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CPU的老化试验原理

   老化试验是一门能够及早预测和发现产品故障并将产品早期故障剔除的筛选试验技术。老化试验的作用在于通过对产品老化试验后使产品得到技术改进,从而使产品更具可靠性。在电脑集成电路中,老化试验对其有非常重要的意义,在老化试验中,通过对其施加应力,加速其内部潜在缺陷暴露的过程。经过老化过程后,可以使集成电路上存在的缺陷暴露出,并使在上机使用前失效,从而保证了集成电路蕞终的使用可靠性。老化的作用主要有两方面,一是剔除有缺陷的、可能发生早期失效的产品,保证产品的使用可靠性;二是评估和比较不同产品的质量和可靠性水平。
    
    近年来,国家通过各种途径大力扶持微处理器(CPU)产品的研发,已相继研制出了具有独立知识产权的CPU产品。相对于先进的设计和制造技术,国产CPU 质量和可靠性评价技术研究相对滞后。目前国内CPU老化试验方案都是由研制单位自己制订,不同厂家的老化方案间存在较大的差距。如额定工作频率为33MHz的CPU,有的单位将老化时钟频率定为1MHz,有的将老化时钟频率定为20MHz,这样老化应力强度和老化效果完全没有可比性,因此无法通过老化试验进行CPU产品质量和可靠性水平的评估和比较。作为用户,通过质量和可靠性试验,可以评估出更为理想的产品。因此,对CPU进行等效老化试验技术的研究,成为CPU 质量和可靠性评估急需解决的问题之一。

CPU老化试验原理

   集成电路的老化过程,实际上是在强环境温度应力下,通过对其施加电应力模拟其正常工作,使故障尽早出现。老化试验的目的是保证产品的使用可靠性和评估产品的质量与可靠性水平。通过技术文献中的资料得知,在工作过程中,芯片温度每提高10°C,器件的失效率约会增加一倍。由此可见,芯片温度在老化过程中起着决定性的作用,老化试验过程中的应力强弱可以归结为芯片温度的高低。
     在老化试验中,外界可以控制的应力只有环境温度和电应力,以及被试器件的散热条件。同样的老化箱,其中空气的流速都是相同的,器件的热阻主要由芯片封装结构、材料和工艺决定,属于器件的本征特性。热阻特性的好坏与芯片功耗一样,由其设计和制造决定,热阻越小,产品的可靠性越高。在进行质量和可靠性评价试验时,对其本征的特性热阻是必须进行考核的,这样在考虑老化试验方案时,重点应该放在老化功耗上。

    随着集成电路设计线宽的不断缩小,由等比缩小效应引起的漏功耗不可避免地增大,为了提高可靠性,集成电路纷纷采用低功耗设计技术。同一类产品,由不同的公司设计生产,尽管功能完全一样,其功耗却相差很大,功耗低的产品,工作时的芯片温度肯定低于功耗高的产品。

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