QKC20180427：讀書會_半導體可靠度產業標準-JEDEC Standards

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品質學會品質知識社群 (QKC) 讀書會
專題：半導體可靠度產業標準-JEDEC Standards
時間：2018 年 04 月 27 日(星期五) 15:00 - 18:00   
地點：品質學會九樓教室（台北市羅斯福路 2 段 75 號）
主導：彭鴻霖 會友

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JEDEC 的固態技術協會 (JEDEC Solid State Technology Association) 為美國工業界主導固態與半導體裝置的標準化組織，簡稱為 JEDEC。JEDEC 的前身為美國電子工業聯盟 (electronic industry alliance, EIA) 與美國國家電氣製造商協會 (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) 成立的聯合電子裝置工程理事會 (Joint Electron Device Engineering Council, JEDEC)。

1924 年美國收音機製造業者成立的收音機製造商協會 (Radio Manufacturers Association, RMA)，1926 年電氣設備製造商成立美國國家電氣製造商協會 (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) 。1944 年 EIA 與 NEMA 聯合成立電子管工程聯合理事會 (Joint Electron Tube Engineering Council, JETEC)。1957 年隨著電視機發展，RMA 改名為電子工業協會 (Electronic Industries Association, EIA)。1958 年隨著半導體技術發展，JETEC 改名為聯合電子裝置工程理事會 (Joint Electron Device Engineering Council, JEDEC)，負責電子裝置標準化相關業務。1979 年 NEMA 退出 JEDEC 的運作，JEDEC 成為 EIA 的直屬單位。1999 年 JEDEC 離開 EIA 成為獨立運作的營業團體。

JEDEC 所發布的文檔分為 JEDEC 標準 (JESD)、工程公報 (JEB)、嘗試性標準 (TENTSTD)、工程規範 (JES)、出版物 (JEP)，以及早期的 EIA 標準。此外，JEDEC 還與其他標準化組織推出一些聯合標準、規範和工業指導，例如 IPC/JEDEC 標準是 JEDEC 和 IPC 聯合訂定，與印刷電路板有關的標準。

基本上， JEDEC 文件都可以在上網註冊後，可以直接從其網站免費獲取。不過這幾年，針對一些先進和專業性較高的文件，JEDEC 已改採付費下載的方式，一些基礎性及共通用性的文件則仍然可以免費下載。以 JEDEC JESD 47 為例，JESD 47I:2012 免費下載，但是 2017 年改版為 H 版，亦即 JESC 47G:2017 則需要 $74.00 才能下載使用。

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JEDEC 發行與廣義半導體元件可靠度測試相關的一些文件（非全部）包括：

• JEDEC JEP-122H:2016, Failure Mechanisms and Models for Semiconductor Devices
• JEDEC JEP-131, Potential Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)
• JEDEC JEP-143, Solid State Reliability Assessment Qualification Methodologies
• JEDEC JEP-148, Reliability Qualification of Semiconductor Devices Based on Physics of Failure Risk and Opportunity Assessment
• JEDEC JEP-150, Stress-Test-Driven Qualification and Failure Mechanisms Associated with Assembled Solid State Surface-Mount Components
• JEDEC JEP-174, Understanding Electrical Overstress - EOS
  

• JEDEC JESD-22 (series), Reliability Test Methods for Packaged Devices
• JEDEC JESD-29A:1996, Failure-Mechanism-Driven Reliability Monitoring of Silicon Devices (已撤銷、由 JEDEC JESD 659:1999 取代）
• JEDEC JESD-34:2003, Failure-Mechansim-Driven Reliability Qualification of Silicon Devices （2004 年撤銷無後續）
• JEDEC JESD-37, Standard for Lognormal Analysis of Uncensored Data, and of Singly Right-Censored Data Utilizing the Persson and Rootzen Method
• JEDEC JESD-47G:2017, Stress-Test-Driven Qulification of Integrated Circuits
• JEDEC JESD-74A:2007, Early Life Failure Rate Calculation Procedure for Semiconductor Components
• JEDEC JESD-85, Methods for Calculating Failure Rates in Units of FITs
• JEDEC JESD-91, Methods for Developing Acceleration Models for Electronic Component Failure Mechanisms
• JEDEC JESD-94, Application Specific Qualification Using Knowledge Based Test Methodology
• JEDEC JESD-201, Environmental Acceptance Requirements for Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes
• JEDEC JESD-659C:2017, Failure-Mechanism-Driven Reliability Monitoring
  

JEDEC 與其他機構，例如 IPC，聯合準備擬定的文件包括：

• JEDEC/FSA JP-001, Foundry Process Qualification Guidelines
• IPC/JEDEC J-STD-020, Joint IPC/JEDEC Standard, Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface-Mount Devices
• IPC/JEDEC J-STD-033, Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices
  

參考資料：

• 壽命或失效時間發生分布的表示法，http://tw-redi.com/forum.php?mod ... =240&extra=page%3D1
• fit 與 ppm 的關係，http://tw-redi.com/forum.php?mod ... &extra=page%3D1
• 半導體與積體電路元件壽命試驗樣本數的意義，http://tw-redi.com/forum.php?mod ... &extra=page%3D1
  

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產品早期壽命失效率 (Early Life Failure Rate, ELFR) 的量測工作一般是產品鑑定階段進行，也有的是當作產品可靠度持續監控作業的一部分。早期壽命試驗量測產品出廠後數個月的現場可靠度效能。因此，建立可以在顧客實際使用的條件下，非常精確地推測早期壽命失效率的方法，是非常重要的工作。

早期壽命階段失效率為漸減失效率，一般假設壽命分佈為指數分佈 (exponential distribution) 或韋伯分佈 (Weibull distribution)。

早期壽命失效率 (ELFR)：指數分佈


  

• n = 壽命試驗樣本數
• r = 壽命試驗失效次數
• t_A = 壽命試驗時間
• A = 加速因子
• γ = 信心水準(confidence level)
  

加速模型

採用加速壽命試驗方法，加速因子包括：溫度、電壓。



: t_U：使用條件時間 (hr)
: t_A： 加速條件下試驗時間 (hr)

• E_aa = 表觀活化能或視在活化能 (K)，由實驗決定的參數，
• k_b = 玻茲曼常數，
• K = 電場介電阻抗強度(electric field constant) (單位伏特之介電厚度) (µm/V)，
• D = 1/K = 單位介電厚度之電場強度 (V/µm)，
• X = 基板氧化層介電厚度 (µm)，
• γ_V = (K/X) (V^-1)，
• V_ef = D × X = 介電電場強度 (V)，由實驗決定的參數。
  

• V_efa = 表觀介電電壓或視在介電電壓 = D × X
• T_aa = 表觀活化溫度或視在活化溫度(apparent activation temperature) = E_aa/k_b
• λ_EL = 1 - Π(1 - λ_ELi)
  

李典樺

說到早期壽命失效，想請教彭老師：
學會出版的可靠度手冊有提到,當”以環境應力篩選（ESS)使早夭期潛在問題曝露出來,選用的環境力不超過產品的設計強度,以致使正常的產品損耗太多的可用壽命或遭受破壞“...
那麼我疑問的是，要如何拿捏這裡提到的應力強度？

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李典樺 發表於 2018-4-28 19:50
說到早期壽命失效，想請教彭老師：
學會出版的可靠度手冊有提到,當”以環境應力篩選（ESS)使早夭期潛在問題 ...

這就是為什麼美國自動車工程師學會 (SAE) 與德國電機電子製造商協會 (ZVEI) 推動車用及車載電子產品的強健性確認 (robustness validation, RV) 的概念與參考文件。
篩選的前提與原則是斷尾求生，好的過關、差的卡關，問題當然是什麼是好、什麼是壞。利用早期壽命期間的失效資料分析，有助於了解與確認產品耐環境強度。理想做法，建立篩選強度模型，進行模擬分析。
應力強度擬定原則：1. 參考行業團體標準（通則）、2. 選取樣品量測分析訂定（個案）。
不過篩選也要分零件（IC、半導體)、模組 (PCB、PCA)、與成品 (unit)，雖然原理原則類似，但是做法還是有差異。
建議許博與廖博找時間就環境應力篩選議題與大家聊聊。