# 「5G 芯(xīn)片(piàn)可(kě)靠(kào)性驗證」快速溫變(biàn)試驗箱在(zài)半導體(tǐ)行業(yè)的應用(yòng)

一(yī)，引言(yán)

隨著 5G 技術(shù)的迅猛發(fā)展(zhǎn)，5G 芯(xīn)片(piàn)作為其核(hé)心組(zǔ)件，對可(kě)靠(kào)性提(tí)出了高(gāo)要(yào)求(qiú)。半導(dǎo)體製造工(gōng)藝復(fù)雜(zá)，芯(xīn)片在(zài)不同(tóng)環(huán)境條件下的(dí)性能(néng)穩定性關(guān)乎(hū)整個(gè) 5G 通信係統的成(chéng)敗(bài)。憑借其精(jīng)準模擬(nǐ)極-端溫度環境的能力(lì)，成為 5G 芯(xīn)片可靠性驗(yàn)證(zhèng)關(guān)鍵(jiàn)設(shè)備，為保障芯(xīn)片質量(liáng)，推動(dòng) 5G 產(chǎn)業發(fā)展發揮著(zhuó)重要作用。

二，芯(xīn)片可靠(kào)性(xìng)麵臨(lín)的(dí)溫(wēn)度挑戰

1. 日(rì)常使用(yòng)環境溫差大

• 5G 終端(duān)設備(bèi)（如(rú)智能(néng)手機(jī)，基站設(shè)備(bèi)等(děng)）在(zài)範圍內(nèi)廣(guǎng)泛使(shǐ)用，麵(miàn)臨(lín)從寒冷的極地(dì)到炎熱(rè)的(dí)沙(shā)漠等(děng)多樣化(huà)氣候環境(jìng)。芯片需在 -40℃至 +85℃甚至更(gēng)寬(kuān)的(dí)溫度(dù)區間內正(zhèng)常(cháng)工(gōng)作，且要能經受(shòu)頻(pín)繁的溫(wēn)度(dù)變化(huà)衝擊，例如從室(shì)內常溫迅速過渡(dù)到戶(hù)外高溫或低溫環境(jìng)，而不會(huì)出現性能衰(shuāi)退(tuì)，失效等問題(tí)。

2. 芯片自身發熱(rè)與散熱(rè)不(bù)均(jūn)

• 在工(gōng)作狀(zhuàng)態(tài)下，5G 芯片(piàn)因高速的數(shù)據(jù)處理，信號(hào)傳(chuán)輸(shū)等(děng)任(rèn)務，功耗較(jiào)高(gāo)，會(huì)產(chǎn)生(shēng)大量熱量(liáng)。但(dàn)由於芯(xīn)片(piàn)內部(bù)結(jié)構(gòu)復雜，不(bù)同區域(yù)散(sàn)熱條(tiáo)件各(gè)異，容易形(xíng)成局部(bù)過熱(rè)現象。同(tóng)時，當設備(bèi)從(cóng)高負荷(hé)運行(háng)轉為(wéi)低負(fù)荷(hé)或待(dài)機狀態(tài)時，溫度(dù)又會(huì)快速下降，這(zhè)種(zhǒng)頻繁的(dí)自身(shēn)熱(rè)循環(huán)對(duì)芯(xīn)片材料，焊點(diǎn)等部(bù)件的可靠(kào)性(xìng)帶(dài)來嚴(yán)峻考驗。

三，快速溫(wēn)變試驗箱(xiāng)的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)及(jí)優(yōu)勢(shì)

1. 工作原理

• 基於製(zhì)冷(lěng)與(yǔ)製熱技(jì)術，快速溫變試驗(yàn)箱內(nèi)部配備*的製冷係統（如壓縮機(jī)，蒸(zhēng)發(fā)器，冷(lěng)凝(níng)器(qì)等(děng)）和加熱係統(tǒng)（通常(cháng)為電(diàn)加熱絲(sī)）。通(tōng)過可編程控(kòng)製器（PLC）精(jīng)確調(tiáo)控製冷製熱(rè)功(gōng)率(shuài)，結(jié)合高效(xiào)的空(kōng)氣循環風(fēng)機(jī)，使箱內空(kōng)氣溫度能(néng)夠按(àn)照(zhào)預設的速率快速(sù)上升或下(xià)降(jiàng)，精準(zhǔn)模擬各種(zhǒng)復雜(zá)的溫度變(biàn)化(huà)曲(qū)綫(xiàn)。

• 例(lì)如，可(kě)設定從(cóng) 25℃以(yǐ)每分(fēn)鐘(zhōng) 10℃的(dí)速率(shuài)升溫(wēn)至 100℃，然後(hòu)在 100℃恒(héng)溫一段(duàn)時間後，再以每分(fēn)鐘 15℃的(dí)速(sù)率降(jiàng)溫至 -40℃，如此(cǐ)循環往復，以(yǐ)驗證(zhèng)芯(xīn)片在不(bù)同溫(wēn)變(biàn)階段(duàn)的可靠性。

2. 優(yōu)勢

• 精準(zhǔn)控(kòng)溫(wēn)：采(cǎi)用(yòng)高精度的溫度傳感(gǎn)器(qì)（如熱敏電阻，熱電偶）多點分(fēn)布於箱內，實(shí)時(shí)監測並(bìng)反(fǎn)饋溫(wēn)度信息至控製(zhì)係統。配合的 PID（比例 - 積分(fēn) - 微(wēi)分(fēn)）控製(zhì)算(suàn)法，確保(bǎo)箱(xiāng)內溫度(dù)控製在(zài)極小的偏差範(fàn)圍(wéi)內，一(yī)般能達(dá)到(dào) ±0.5℃甚至更(gēng)高精度(dù)，滿(mǎn)足(zú)芯片對溫(wēn)度精度(dù)的(dí)苛(kē)刻要求。

• 快(kuài)速溫變能力(lì)：區別於傳(chuán)統的(dí)恒溫恒濕(shī)試驗箱，快(kuài)速溫(wēn)變試(shì)驗(yàn)箱具(jù)備強(qiáng)的升降溫(wēn)速率(shuài)，高可達每(měi)分鐘數十攝(shè)氏度(dù)，能(néng)夠(gòu)高度(dù)逼(bī)真(zhēn)地重現(xiàn)芯片在實(shí)際使用中(zhōng)麵(miàn)臨的(dí)快(kuài)速溫度切(qiē)換場景，有(yǒu)效檢測芯片(piàn)在(zài)急冷急熱(rè)環(huán)境下的性能(néng)變化。

• 多樣(yàng)化編(biān)程功能(néng)：支持復雜的(dí)多段(duàn)編程(chéng)模式，操(cāo)作(zuò)人員(yuán)可以根(gēn)據不同的芯片測試(shì)標(biāo)準和(hé)需(xū)求(qiú)，靈活(huó)定(dìng)製各種(zhǒng)溫(wēn)度變化程序，涵(hán)蓋升溫(wēn)，降溫，恒(héng)溫(wēn)，循環等多個(gè)環節(jié)，適應半(bàn)導體(tǐ)行(háng)業繁多(duō)的(dí)測試(shì)規(guī)範(fàn)。

四，在 5G 芯(xīn)片(piàn)可(kě)靠(kào)性驗(yàn)證(zhèng)中的具(jù)體應用(yòng)

1. 材料特性(xìng)測試

• 將芯片裸(luǒ)片(piàn)或封裝(zhuāng)後(hòu)的芯片(piàn)樣品置於(yú)試(shì)驗箱內，按照設(shè)定的(dí)溫度循環(huán)程序運行(háng)。通過監(jiān)測芯片(piàn)在不同(tóng)溫度下(xià)的(dí)電學參數(shù)（如(rú)電阻，電容，漏電(diàn)流等）變(biàn)化，評估芯(xīn)片(piàn)製造所使用的半導(dǎo)體材料(liào)（如矽(guī)，砷(shēn)化镓(jiā)等(děng)），封裝材(cái)料(liào)（如環(huán)氧樹脂，陶瓷等(děng)）在溫(wēn)度應力下的穩定性，判(pàn)斷(duàn)材(cái)料是否會出(chū)現熱(rè)膨(péng)脹(zhàng)係(xì)數(shù)不(bù)匹(pǐ)配導致(zhì)的(dí)開(kāi)裂，分(fēn)層等缺(quē)陷。

2. 焊(hàn)點可靠性評估

• 針對芯(xīn)片與(yǔ)封裝基(jī)板(bǎn)之間的焊點，快(kuài)速(sù)溫(wēn)變試(shì)驗箱(xiāng)模擬(nǐ)芯片(piàn)在實際(jì)使(shǐ)用中的(dí)溫度波動。高(gāo)溫下(xià)焊點材(cái)料軟化(huà)，低(dī)溫下又收(shōu)縮，經過(guò)多個(gè)溫變(biàn)周(zhōu)期(qī)後(hòu)，利(lì)用 X 射綫檢測，金(jīn)相(xiāng)分析等手段檢查焊點是否有(yǒu)開(kāi)裂，虛焊等失(shī)效形(xíng)式(shì)，確(què)保芯片(piàn)在(zài)長(cháng)期(qī)使用過程(chéng)中(zhōng)的(dí)電(diàn)氣連(lián)接可靠性(xìng)。

3. 芯(xīn)片功能完(wán)整性驗(yàn)證(zhèng)

• 在試驗(yàn)箱(xiāng)內(nèi)，讓(ràng)芯片(piàn)處(chǔ)於不同(tóng)的(dí)溫度(dù)階段(duàn)，同時(shí)通過(guò)外部(bù)測(cè)試設備向芯片(piàn)輸入(rù)模擬信號，監測(cè)芯片(piàn)輸(shū)出(chū)信(xìn)號的準確性(xìng)與穩(wěn)定性。例(lì)如(rú)，驗證 5G 芯片(piàn)在(zài)低(dī)溫環(huán)境下的信(xìn)號(hào)接收(shōu)靈(líng)敏(mǐn)度，在高溫(wēn)環(huán)境下(xià)的數據處理速度是否(fǒu)符(fú)合設計要求(qiú)，確保芯片在(zài)全(quán)溫度(dù)範圍能正(zhèng)常執行(háng)其(qí)通信功(gōng)能(néng)。

五，應用案例(lì)與成果

1. 某(mǒu)半導體(tǐ)企業(yè)在研發新一代 5G 芯(xīn)片過程中(zhōng)，引入快速溫變試(shì)驗(yàn)箱進(jìn)行可靠性驗證(zhèng)。在為(wéi)期三個(gè)月的(dí)密(mì)集測試中，針(zhēn)對(duì)芯(xīn)片的(dí)不同封裝形式，不(bù)同功(gōng)能模塊設計了多(duō)套(tào)溫變測試(shì)程(chéng)序。通過(guò)試(shì)驗發(fā)現並解決了幾處潛在的(dí)焊點(diǎn)可靠(kào)性(xìng)問題(tí)，優(yōu)化(huà)了芯片封裝材料的選型(xíng)，使得芯片在後續(xù)的量產(chǎn)階(jiē)段(duàn)良品率提高(gāo)了 15%，大(dà)幅降(jiàng)低了生(shēng)產(chǎn)成本(běn)，同(tóng)時確(què)保了(liǎo)產品(pǐn)推(tuī)向市場(cháng)後的(dí)穩(wěn)定(dìng)性(xìng)，提高了(liǎo)品牌聲(shēng)譽。

2. 在(zài)一(yī)家(jiā) 5G 基站設備(bèi)製(zhì)造商的質(zhì)量管(guǎn)控(kòng)環(huán)節，快(kuài)速(sù)溫變(biàn)試(shì)驗箱(xiāng)作為(wéi)關(guān)鍵檢(jiǎn)測手段，對(duì)每(měi)批次(cì)采購(gòu)的 5G 芯片進(jìn)行(háng)入廠(chǎng)抽檢。經(jīng)過嚴格(gé)的溫度可(kě)靠(kào)性(xìng)測試(shì)，淘汰(tài)了一(yī)批在(zài)高(gāo)溫(wēn)環境(jìng)下(xià)存(cún)在(zài)功能異常(cháng)的(dí)芯片，避免了因芯片問題(tí)導致(zhì)的基(jī)站(zhàn)設備故障隱患，保(bǎo)障了基站在各種氣(qì)候(hòu)條件(jiàn)下(xià)的穩(wěn)定(dìng)運行(háng)，為 5G 網(wǎng)絡的廣泛(fàn)部(bù)署(shǔ)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

六，未(wèi)來展望