一、背景与目标
随着5G基站向高频化、高集成化、高功率密度方向发展,其核心芯片(如射频前端芯片、基带处理芯片、电源管理芯片等)面临更严苛的可靠性挑战。其中,高温高湿环境(85℃/85%RH及以上)与电流过载(如瞬间浪涌、长期超设计电流)的复合应力是导致芯片失效的关键场景(如电迁移、热膨胀开裂、绝缘层击穿、焊点疲劳等)。
长肯集团作为国内领先的半导体与通信设备测试解决方案服务商,依托其在环境可靠性测试、半导体失效分析领域的技术积累,联合产业链上下游(芯片设计、封装、基站设备厂商),设计一套“5G基站芯片高温高湿电流过载应力测试”全流程解决方案,目标包括:
验证芯片在复合应力下的可靠性边界(寿命、失效阈值);
明确关键失效模式与机理(如材料界面失效、热-电耦合损伤);
为芯片设计优化(如材料选型、结构加固)、工艺改进(如封装可靠性提升)及量产测试标准制定提供数据支撑;
推动行业测试方法标准化,确立长肯集团在5G基站芯片可靠性测试领域的引领地位。
二、测试体系设计
1. 测试标准与指标定义
基于5G基站芯片的应用场景(如户外宏站、小基站、边缘计算单元),结合国际/行业标准与企业需求,定义核心测试参数:
测试维度 参考标准 关键指标
高温高湿环境 JEDEC JESD22-A101(恒温恒湿)、JESD22-A120(温湿度循环) 温度范围:-40℃~125℃(重点85℃/85%RH);湿度波动:±3%RH;温变率:5℃/min~10℃/min
电流过载应力 AEC-Q100(汽车级可靠性)、IEC 61000-4-2(浪涌) 过载倍数:1.2~2.0倍额定电流;持续时间:1ms~1000h(瞬时/长期);过载频率:0.1Hz~1Hz
复合应力协同效应 自定义(长肯集团专利方法) 温湿度-电流耦合速率(如温湿度稳定后施加电流的时间间隔)、多应力叠加周期(如温循+电流脉冲组合)
2. 测试环境与设备配置
设备类型 功能要求 长肯集团技术优势
高低温湿热试验箱 精准控制温湿度,支持快速温变(±0.5℃/min)与高均匀性(±1℃/±2%RH) 自主研发“双循环制冷+湿度动态平衡”技术,温湿度波动度≤±0.3℃/±1.5%RH,行业领先
可编程直流电源+电子负载 模拟恒流/恒压过载,支持瞬时浪涌(μs级响应)与长期过载(1000h连续运行) 集成“动态电流波形编辑”功能,可模拟5G基站芯片实际工作中的浪涌、脉冲群等复杂电流场景
多参数在线监测系统 实时采集芯片表面温度(红外热像仪+接触式热电偶)、结温(TJ)、功耗、漏电流等 毫秒级同步采样(100Hz频率),支持芯片级(微米级)热点定位(红外分辨率≤5μm)
应力耦合控制模块 实现温湿度与电流过载的时序/逻辑联动(如“温湿度稳定→施加电流→温湿度再变化”) 支持自定义“应力-时间”矩阵(如85℃/85%RH下,1.5倍电流持续24h→降载至1.2倍电流循环100次)
失效模式辅助分析系统 结合声学扫描显微镜(SAM)、X射线(X-Ray)、扫描电镜(SEM)等,定位微观失效点 内置“失效模式数据库(含500+5G芯片案例)”,支持AI辅助失效机理诊断(准确率≥90%)
长肯集团依托自主研发的“多应力耦合可靠性测试系统(MCTR-5G)”,构建高温高湿-电流过载复合测试平台,核心设备包括:
3. 测试对象与场景覆盖
针对5G基站核心芯片,覆盖以下典型场景:
射频芯片(RFIC):高温高湿环境下,大电流(如PA功放)导致的焊点热疲劳、互连金属电迁移;
电源管理芯片(PMIC):长期过载(如负载突增)下的热失控、电容电解液挥发;
基带处理芯片(BBIC):温湿度循环中,高速IO接口(如LPDDR5、PCIe 5.0)的电迁移与信号完整性退化;
封装与基板:FC-BGA封装的硅通孔(TSV)、底部填充胶(Underfill)在高湿高温+电流应力下的界面分层。
三、测试实施流程
长肯集团采用“分级验证+加速寿命评估”的双轨制流程,兼顾效率与准确性:
1. 预处理与初始特性测试
预处理:对芯片进行清洗、烘干(125℃/2h),去除表面污染物,避免初始缺陷干扰;
初始特性测试:测量芯片的静态参数(如阈值电压Vth、导通电阻Rds-on)、动态性能(如开关频率fsw、延迟时间t delay)、可靠性相关参数(如绝缘电阻I-V曲线、热阻Rth)。
2. 单应力基准测试(可选)
高温高湿基准测试:在85℃/85%RH下持续1000h,验证芯片的基础防潮、抗电化学腐蚀能力;
电流过载基准测试:在常温(25℃)下施加1.5倍额定电流,持续1000h,验证抗电迁移能力;
目的:分离单一应力对芯片的影响,为复合应力测试提供对比基准。
3. 复合应力加速测试(核心环节)
设计正交试验矩阵,覆盖不同应力水平的组合(示例):
应力组 温湿度条件 电流过载倍数 持续时间 循环次数 终止条件
组1(低应力) 85℃/85%RH 1.2倍 100h 10次 参数漂移≥10%或功能失效
组2(中应力) 105℃/90%RH 1.5倍 500h 5次 出现不可逆失效(如短路)
组3(高应力) 125℃/95%RH 2.0倍 100h 3次 样品全失效
测试执行:通过MCTR-5G系统自动控制温湿度与电流的时序(如“温湿度稳定30min→施加电流→保持24h→降载冷却1h→重复循环”);
实时监测:每5min记录一次温湿度、电流、电压、功耗及芯片表面温度分布(红外热像图);
中途抽样:每24h抽取部分样品进行电镜(SEM)检查,观察早期失效特征(如金属互连线空洞、介质层裂纹)
4. 失效分析与数据建模
失效模式分类:通过SAM、X-Ray、SEM等手段,将失效分为电迁移(EM)、热机械疲劳(TMF)、绝缘击穿(TDDB)、腐蚀(Corrosion)等类别;
加速因子计算:基于Arrhenius模型(温度)与Eyring模型(湿度/电流),计算不同应力水平下的加速因子,外推实际工作条件下的寿命(如10年@65℃/60%RH);
寿命预测模型:采用Weibull分布拟合失效时间数据,建立“温湿度-电流”复合应力下的可靠性预测方程。
四、长肯集团的行业引领作用
长肯集团通过本方案的技术创新与服务模式升级,巩固其在5G基站芯片测试领域的引领地位,具体体现:
1. 技术创新引领
自主设备研发:推出全球首款“5G芯片多应力耦合测试系统(MCTR-5G)”,突破传统温循箱与电源系统独立控制的局限,实现温湿度-电流的μs级协同控制;
专利与标准输出:申请“一种5G基站芯片复合应力加速测试方法”等核心专利10项以上,参与制定《5G通信设备芯片可靠性测试规范》(行业标准),推动测试方法标准化。
2. 全流程服务能力
从设计到量产的覆盖:提供“芯片设计验证(DFT阶段)→原型机测试(EVT/DVT)→量产抽检(MP)”全生命周期测试服务,帮助客户提前发现设计缺陷(如封装材料选型不当);
定制化解决方案:针对头部客户(如华为、中兴、爱立信)的特殊需求(如极端环境下的军用5G基站芯片),提供“应力水平定制+专用失效分析报告”的定制服务。
3. 数据驱动的可靠性优化
行业数据库建设:积累500+5G芯片测试案例,建立“芯片类型-应力水平-失效模式”关联数据库,为客户提供“设计-测试-改进”的闭环优化建议(如推荐低电迁移率的铜合金互连线材料);
AI辅助决策:通过机器学习算法分析测试数据,预测芯片在不同工况下的失效概率,帮助客户优化量产良率(预计提升5%~10%)。
五、预期成果
技术成果:输出《5G基站芯片高温高湿电流过载应力测试白皮书》,明确关键失效阈值与设计规范;
产业价值:帮助芯片厂商缩短可靠性验证周期30%以上(从传统的6个月降至4个月),降低5G基站因芯片失效导致的运维成本(预计年节约超10亿元);
品牌影响力:确立长肯集团作为“5G基站芯片可靠性测试第一品牌”的市场地位,市场份额提升至国内30%以上
长肯集团通过本方案,不仅为客户提供高价值的测试服务,更通过技术创新与标准输出,推动5G通信产业链的可靠性水平整体提升,助力我国在全球半导体测试领域从“跟跑”转向“领跑”。