大型高低温试验设备，分析半导体芯片热循环寿命

一、 产品详情

用于半导体芯片热循环测试的设备，核心是模拟温度剧烈变化带来的物理应力。其主要形式为高低温（冷热）冲击试验箱，采用两箱式（吊篮移动）或三箱式（风门切换）结构。设备具备独立的高温区（+150°C至+200°C）和低温区（-65°C至-10°C），试件通过机械臂或吊篮在两区之间快速移动，实现温度冲击。箱体采用高强度绝热材料，内壁为防腐蚀不锈钢，确保温度稳定性并防止污染。控制系统管理转换时序、驻留时间和循环次数，以复现芯片封装材料因热胀冷缩系数不匹配而导致的疲劳失效过程。

二、 技术参数

关键参数远超通用恒温恒湿箱，以满足半导体严苛要求：

• 温度范围：高温常达+150°C至+200°C，低温达-65°C或更低（如-85°C）。

• 转换时间：核心指标，指样品从一个温区移动到另一温区并达到设定温度的时间，通常要求10秒以内，设备可达5秒，以实现剧烈热冲击。

• 温度恢复时间：温区在样品放入后恢复到设定温度的时间，一般≤5分钟。

• 循环能力：可编程数千至上万次自动循环。

• 负载能力：托架需承载多层PCB板或批量芯片，并确保气流均匀。

三、 工作原理

其工作原理是创造温度剧变环境，而非缓慢变化。以两箱式为例：芯片样品置于吊篮中，先在高温箱中充分受热，使所有材料膨胀；随后吊篮在数秒内迅速转移至低温箱，芯片瞬间急剧冷却收缩。这种反复的快速膨胀与收缩，在芯片内部不同材料（如硅晶圆、塑封料、焊球、基板）的结合界面处产生剪切应力。经过成百上千次循环，这种应力将导致焊点开裂、芯片分层、引线键合失效等缺陷，从而在实验室里加速暴露芯片的封装可靠性问题。

四、 重要性

此测试对于半导体产业至关重要：

1. 可靠性评估的核心：直接评估芯片封装结构和互联界面的机械完整性，是预测产品在恶劣环境（如汽车、工业）下使用寿命的关键。

2. 筛选设计缺陷：在研发阶段快速识别封装材料选型或结构设计的弱点，指导设计改进，避免流片失败。

3. 质量控制与认证：是进入汽车电子、航空航天等高可靠性市场的强制性认证测试，符合行业标准是产品上市的前提。

4. 降低现场故障率：通过加速寿命测试提前剔除潜在缺陷，大幅降低产品在客户端因热疲劳导致的早期失效风险，维护品牌声誉。

五、 满足标准

• JEDEC 标准：广泛应用的是 JEDEC JESD22-A104（温度循环），详细规定了条件（如Condition G：-55°C至+125°C）、循环次数与监测要求。

• AEC 标准：AEC-Q100（汽车电子委员会标准）是汽车级芯片认证的基石，其中包含严格的温度循环测试要求。

• ISO 标准：如ISO 16750等汽车通用环境标准也涵盖相关测试。

六、 应用领域

该设备专门应用于半导体产业链的多个环节：

1. 芯片封装测试：评估各类封装形式（如BGA、QFN、WLCSP）的可靠性。

2. 汽车电子：对发动机舱控制器、自动驾驶芯片等进行严酷等级（如-55°C至+150°C）测试。

3. 功率器件：测试IGBT、SiC MOSFET等在大电流工作下产生的自身热量与环境温度交变叠加的可靠性。