Burn-in und HTOL-Tests

Das Grundprinzip des Burn-in sowie die Badewannenkurve der Ausfallrate wurden bereits im Kapitel Finaler Test und Binning eingeführt: Ein Stresstest bei erhöhter Spannung und Temperatur nimmt Frühausfälle durch versteckte Fertigungsdefekte vorweg, bevor die Bauteile den Kunden erreichen.

Für zuverlässigkeitskritische Anwendungen genügt ein einfacher, oft nur wenige Stunden dauernder Burn-in jedoch nicht immer. Die folgenden Abschnitte behandeln mit dem HTOL-Test (Highly Accelerated Temperature and Operating Life) ein standardisiertes, deutlich länger andauerndes Qualifikationsverfahren sowie das Arrhenius-Modell, mit dem sich aus kurzen, beschleunigten Tests auf die tatsächliche Feldlebensdauer eines Bauteils schließen lässt.

Highly Accelerated Temperature and Operating Life (HTOL) ist ein standardisierter Qualifikationstest, bei dem eine Stichprobe von Bauelementen – nach JEDEC JESD22-A108 häufig 77 Bauteile aus mindestens drei unterschiedlichen Fertigungslosen – über einen Zeitraum von typischerweise 1000 Stunden bei erhöhter Sperrschichttemperatur (häufig 125 °C, bei manchen Technologien auch 150 °C) und erhöhter Betriebsspannung im aktiven Schaltbetrieb belastet wird. Die Prüflinge werden vor, während und nach dem Test elektrisch charakterisiert, um Parameterdrifts oder Funktionsausfälle zu erkennen.

Für ein Bestehen des Tests wird üblicherweise gefordert, dass innerhalb der Stichprobe kein Bauteil ausfällt (Zero-Fail-Kriterium), was bei einer Stichprobe von 77 Einheiten statistisch einer Ausfallrate von unter etwa 0,3 % bei 60 % Konfidenzniveau entspricht. HTOL deckt in erster Linie diffusionsgetriebene und feldabhängige Alterungsmechanismen wie Elektromigration, TDDB und BTI ab und ergänzt damit ESD- und Latchup-Qualifikation um die zeitabhängige Betriebszuverlässigkeit.