Nederlands
Menu

Statische, dynamische en wafer-level burn-in: stress, dekking en kosten vergeleken

Burn-in is een screening waarbij producten bij hoge temperatuur en een spanning boven de nominale waarde onder voeding worden gezet, om producten die gevoelig zijn voor vroege uitval vóór verzending te verwijderen. Bij statische burn-in worden alleen voeding en een vaste bias aangelegd zonder de schakeling te laten werken; de apparatuur is eenvoudig, maar de delen die stress krijgen zijn beperkt. Bij dynamische burn-in worden klok- en testpatronen aangeboden terwijl de interne schakelingen werken, zodat een groter deel stress krijgt. Wafer-level burn-in verschilt in de processtap: de stress wordt in één keer aangebracht op de wafer vóór het dicen, zodat defecte chips worden gevonden voordat ze in een package gaan.

KenmerkStatische burn-inDynamische burn-inWafer-level burn-in
Manier van stress aanbrengenBij hoge temperatuur alleen voedingsspanning en een vaste bias aanleggen. De schakeling werkt nietBij hoge temperatuur en hoge spanning klok- en testpatronen aanbieden en de interne nodes laten schakelen tussen 0 en 1Voeding en signalen worden met contactelementen in één keer aangelegd op de vele chips op de wafer
ProcesstapNa het verpakkenNa het verpakkenVóór het dicen (in de vorm van een wafer)
Typische conditiesOngeveer 125 °C, voedingsspanning boven de nominale waarde, enkele uren tot enkele tientallen urenOngeveer 125 °C, voedingsspanning boven de nominale waarde, enkele uren tot enkele tientallen urenHetzelfde principe van versnelling met temperatuur en spanning. De condities worden afgestemd op product en apparatuur
Gestreste delenBeperkt tot delen die via de vaste ingangen bias krijgen; veel interne nodes blijven in een vaste toestandDoor de interne schakelingen te laten werken met scan, BIST enzovoort kunnen meer transistors en interconnect stress krijgenAfhankelijk van de methode. Alleen voeding en bias, of werking via bijvoorbeeld zelftestschakelingen op de chip
Goed te vinden defectenDefecten die door spanning worden versneld in delen die bias krijgen, zoals zwakke plekken in het oxide en junctielekkageVroege uitval, inclusief in delen die tijdens werking stress krijgen, vollediger te vindenChips met vroege uitval zijn te vinden voordat ze in een package gaan
Apparatuur en fixturesEenvoudig. Burn-in-boards, oven, voedingBoards met drivers die signalen opwekken en bijbehorende apparatuur zijn nodigSpeciale contactelementen die het hele waferoppervlak raken en speciale apparatuur zijn nodig; duur
Bewaking van de werkingNormaal niet. Beoordeling met de elektrische test na de burn-inEr zijn ook methoden waarbij de uitgangen tijdens de burn-in worden bewaaktAfhankelijk van de methode
KostenLaagHogerFixtures en apparatuur zijn duur, maar defecte chips hoeven niet in een package te worden gezet
Belangrijkste uitdagingenLage dekking van de stressBij producten met een hoog vermogensverbruik is de warmteontwikkeling groot en de temperatuurbeheersing moeilijkBetrouwbaar contact met vele chips, voedingscapaciteit en warmteontwikkeling over de hele wafer, isoleren van defecte chips
Belangrijkste toepassingenProducten met een eenvoudige structuur of waarbij spanningsstress de hoofdzaak isProducten met hoge betrouwbaarheid voor automotive en servers, zoals logic-IC's, geheugens en processorsMultichippackages waarvoor known good die (KGD) nodig is, gestapeld geheugen, producten die als losse die worden geleverd

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Statische burn-in
Bij producten waarvan de belangrijkste defecten met spanningsstress kunnen worden versneld zonder de schakeling te laten werken, wanneer apparatuur en kosten beperkt moeten blijven.
Dynamische burn-in
Wanneer producten met complexe interne schakelingen, waarin veel delen zonder werking geen stress krijgen, betrouwbaarder moeten worden gescreend.
Wafer-level burn-in
Wanneer dies nodig zijn waarvan vóór het verpakken is bevestigd dat ze goed zijn (KGD). Bijvoorbeeld packages met meerdere gestapelde chips, waarbij één defect het geheel defect maakt.
Plaats in het testproces
De gangbare volgorde is wafertest, assemblage, eindtest en verzending; burn-in van packages wordt vóór of na de eindtest ingevoegd. Wafer-level burn-in is een methode om stress aan te brengen in de fase van de wafertest.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen statische en dynamische burn-in?

Statische burn-in legt alleen voeding en een vaste bias aan en laat de schakeling niet werken. Dynamische burn-in laat de interne nodes schakelen met klok- en testpatronen, zodat meer transistors en interconnect stress krijgen en vroege uitval gemakkelijker wordt gevonden.

Waarom wordt burn-in op de wafer uitgevoerd?

Omdat wanneer meerdere chips in één package gaan, één defecte chip het geheel defect maakt. Door burn-in in de vorm van een wafer uit te voeren en chips met vroege uitval vooraf te verwijderen, kunnen alleen dies worden geassembleerd waarvan is bevestigd dat ze goed zijn (KGD).

Verkort burn-in de levensduur van goede producten niet?

Er wordt een klein deel verbruikt, maar de condities worden zo gekozen dat goede producten slechts een heel klein deel van hun slijtagelevensduur verliezen. Het doel van burn-in is de periode van vroege uitval in de badkuipkromme vóór verzending af te ronden en te verzenden in de periode van toevallige uitval met een laag uitvalpercentage.

Test uw begrip

Wat is het doel van burn-in?

  1. ADe uitwendige inspectie van de chip
  2. BDoor stress zoals hoge temperatuur en hoge spanning worden producten met vroege uitval vóór de levering verwijderd
  3. CHet meten van de laagdikte op de wafer
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Door stress zoals hoge temperatuur en hoge spanning worden producten met vroege uitval vóór de levering verwijderd

Burn-in is een screening waarbij producten enkele uren tot tientallen uren worden bedreven bij een hoge temperatuur van ongeveer 125 °C en een spanning boven de nominale waarde, zodat producten met latente defecten vroegtijdig uitvallen en worden verwijderd. Het doel is de periode van vroege uitval van de badkuipcurve vóór de levering af te handelen; dit wordt toegepast bij producten met hoge betrouwbaarheidseisen, zoals voor auto's en servers. Het doel verschilt van dat van uiterlijke inspectie of laagdiktemeting.

Welke combinatie van de drie perioden waaruit de badkuipkromme, die het verloop van de uitvalsnelheid in de tijd weergeeft, bestaat, is juist?

  1. APeriode van vroege uitval, periode van toevallige uitval en periode van slijtage-uitval
  2. BOntwerpperiode, productieperiode en verzendperiode
  3. CPrototypeperiode, massaproductieperiode en onderhoudsperiode
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Periode van vroege uitval, periode van toevallige uitval en periode van slijtage-uitval

De badkuipkromme bestaat uit drie perioden: de periode van vroege uitval, waarin direct na ingebruikname de uitvalsnelheid door productiedefecten hoog is; de periode van toevallige uitval, waarin de uitvalsnelheid laag en vrijwel constant is; en de periode van slijtage-uitval, waarin de uitvalsnelheid door degradatie stijgt. De vorm lijkt op de doorsnede van een badkuip. Vroege uitval wordt vóór levering verwijderd met onder meer burn-in, en slijtage-uitval wordt zo ontworpen dat deze na de beoogde levensduur van het product optreedt. Ontwerp, productie en verzending zijn fasen van de levenscyclus van een product en geen perioden van de uitvalsnelheid.

Wat is KGD (Known Good Die), dat belangrijk is bij het monteren van meerdere chips in één behuizing?

  1. AEen grote chip
  2. BEen defecte chip
  3. CEen chip (die) waarvan vóór de montage is vastgesteld dat deze goed is
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Een chip (die) waarvan vóór de montage is vastgesteld dat deze goed is

Wanneer meerdere chips in één behuizing worden opgenomen, is de gehele behuizing defect zodra één chip defect is, ook al zijn de overige chips goed. Bijvoorbeeld bij het stapelen van acht chips met een yield van 99 % daalt de kans dat alle chips goed zijn tot 0,99⁸ ≈ 92 %. Daarom is het belangrijk om vóór de montage op diniveau grondig geteste goede chips (KGD) te gebruiken; dit wordt vooral zwaar gewogen bij HBM en chiplets.

  1. Welke volgorde is juist voor de testflow van een gangbaar halfgeleiderproduct?
  2. Welk model wordt vaak gebruikt om het verband tussen temperatuur en levensduur weer te geven bij versnelde testen waarbij de duur van levensduurtests wordt verkort door de temperatuur te verhogen?
  3. Welke representatieve betrouwbaarheidstest beoordeelt de levensduur of uitvalsnelheid door een product lang bij hoge temperatuur te laten werken?

Oefenvragen over Testen en inspectie

Belangrijke termen uitgelegd

Burn-in
Test waarbij producten onder stress (hoge temperatuur, hoge spanning, enz.) worden bedreven om exemplaren die gevoelig zijn voor vroege uitval vóór levering te verwijderen.
Badkuipcurve (bathtub curve)
Curve die het verloop van de uitvalsnelheid in de tijd weergeeft. Ze bestaat uit de periode van vroege uitval, de periode van toevallige uitval en de periode van slijtage-uitval en lijkt op een badkuip.
KGD (known good die)
Chip waarvan voor de montage is bevestigd dat hij goed is. Belangrijk wanneer meerdere chips in één package worden gestapeld, omdat het hele package defect is zodra er één defecte chip tussen zit.
Arrheniusmodel
Model waarin de snelheid van een reactie of degradatie met de temperatuur verandert volgens exp(−Ea/kT). Wordt gebruikt om uit de resultaten van versnelde tests bij verhoogde temperatuur de levensduur bij de werkelijke gebruikstemperatuur te schatten.
Wafertest (probe test)
Stap voor het zagen waarbij probes op de elektroden van elke chip op de wafer worden gezet om de elektrische eigenschappen te testen. Defecte chips worden voor de assemblage gevonden, zodat onnodige assemblage wordt vermeden.

Verwante vergelijkingen