半导体芯片冷热冲击试验
芯片主要组成物质是硅,内部结构有4大部分:传感器,分立器件,集成电路,光电器件。集成电路属于半导体芯片中很重要的一部分,它把数量庞大的晶体管集中到一个小的金属片上。芯片做得越小,内部的晶体管数量越多,耗能,电容效应,开关频率越小,性能更好。温度的改变对半导体的导电能力、极限电压、极限电流以及开关特性等都有很大的影响。半导体芯片上的元器件分布很密,元器件之间空间非常小,当温度过高时,元器件体积发生膨胀、挤压,半导体芯片可能因为挤压产生裂纹报废。若温度太高,集成电路在工作的时候过热激发高能载流子会增大晶体管被击穿短路的概率;晶体管性能随温度会发生变化,高温会使部分电路因为性能变化无法正常工作;高温提高电迁移导致导线工作寿命下降。如果温度过低,往往会造成芯片在额定工作电压下无法打开其内部的半导体开关,导致其不能正常工作。所以,芯片在生产过程中,需要对其进行冷热冲击试验。一般情况下,民用芯片的正常工作温度范围是 0℃-70℃,军用芯片性能更高,正常工作温度范围是 -55℃-125℃。以上温度范围都是芯片工作下的温度范围,当芯片不工作时,可以承受超过 200℃ 的焊接温度。

冷热冲击试验参考标准
GB/T2423.1-2008低温试验方法;GB/T2423.2-2008 高温试验方法;GB/T2423.22-2002/IEC60068-2-14:2009温度变化试验;GJB 150 《 军用装备实验室环境试验方法 》;GJB150.5A-2009温度冲击试验;GJB360.7-87温度冲击试验;GJB367.2-87 405温度冲击试验。
半导体芯片进行冷热冲击试验时,应注意:
根据产品使用环境确定试验温度。
试件暴露于极值温度的持续时间应为半导体芯片的实际工作时间或温度稳定的时间。GJB 150中规定持续时间一般为1h,或者是温度达到稳定的时间,当温度稳定的时间超过1h,则使用温度稳定时间。
转换时间与温度变化速率,GJB 要求会比 GB 要求更为严苛。例如,GJB 150A 中要求转换时间尽可能短,转换时间要求不大于1min ,温度变化速率小于3℃/min,如果因为试样尺寸过大,导致时间超过 1min ,应说明合理性。
半导体芯片冷热冲击方法
将试件芯片通电置于置物架上;
根据要求设定试验温度;
首先对试件进行低温试验,再进行高温试验,循环次数依要求进行;
记录半导体芯片工作状态下,在设定温度下的相关参数, 对产品分析, 工艺改进以及批次的定向品质追溯提供确实的数据依据。
冷热冲击方向选择
试件从低温或是高温试验开始,不同标准有不同的解析。若试验从低温段开始,试验结束在高温段;若试验从高温段开始,结束在低温段。为防止试件在试验结束后表面产品凝露,试验结束在低温段时需要增加烘干恢复的过程,这样就增加了试验周期,建议试验从低温段开始,结束在高温段。