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赤松城推出智能卡产品可靠性测试方案

来源:一卡通世界      作者:赤松城(北京)科技有限公司      2018-1-30 19:29:31

  1 产品测试简介

  产品测试是公司产品品质的有效保障,它贯穿于整个产品生命周期,主要包括以下三大类:

  ▶ 产品功能/性能测试:

  验证产品是否达到设计规格书中的功能和性能指标;

  ▶ 可靠性测试:

  测试产品寿命和可靠程度,找出产品在原材料、结构、工艺、环境适应性等方面所存在的问题,是产品量产前必不可少的环节

  ▶ 量产自动化测试:

  批量测试产品,剔除生产工艺缺陷造成的不良品。

  下图简介描述了产品整个开发周期,本文重点介绍可靠性测试相关部分。

  图 1 产品开发流程

  2 可靠性测试

  产品的生命周期如下图所示,有3个阶段,可靠性测试的目的在于剔除产品由于原材料、结构、工艺、环境适应性等方面问题造成的早期失效,确保产品的使用期寿命达到设计预期。


图 2 产品生命周期

  3 常用可靠性测试规范

  电子产品常用的工业级可靠性测试可分为以下几类

  ▶ 环境应力测试

  ▶ 电测试

  ▶ 机械应力测试

  ▶ 综合测试

  3.1 环境应力测试规范

1

环境应力测试规范

标准说明

1.01

上电温湿度循环寿命测试

JESD22-A100-B Cycled Temperature-Humidity-Bias Life Test

1.02

上电温湿度稳态寿命测试

JESD22-A101-B Steady State Temperature Humidity Bias Life Test

1.03

高加速蒸煮测试

JESD22-A102-C Accelerated Moisture Resistance -Unbiased Autoclave

1.04

高温储存寿命测试

JESD22-A103-A Test Method A103-A High Temperature Storage Life

1.05

高温储存寿命测试

JESD22-A103-B High Temperature Storage Life

1.06

温度循环

JESD22-A104-B Temperature Cycling

1.07

上电和温度循环(TC)

EIA/JESD22-A105-B Test Method A105-B Power and Temperature Cycling

1.08

热冲击

JESD22-A106-A Test Method A106-A Thermal Shock

1.09

盐雾测试

JESD22-A107-A Salt Atmosphere

1.1

高温环境条件下的工作寿命测试

JESD22-A108-B Temperature, Bias, and Operating Life

1.11

高加速寿命测试

JESD22-A110-B Test Method A110-B Highly-Accelerated Temperature and Humidity Stress  Test (HAST)

1.12

非密封表贴器件在可靠性测试以前的预处理

JESD22-A113-B Preconditioning of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability  Testing

1.13

不上电的高加速湿气渗透测试

JESD22-A118 Accelerated Moisture Resistance - Unbiased HAST

1.14

插接器件的抗焊接温度测试

JESD22-B106-B Test Method B106-B Resistance to Soldering Temperature for Through-Hole  Mounted Devices

1.15

集成电路压力测试规范

EIA/JESD47 Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits

1.16

温度循环

JESD22-A104C Temperature Cycling

  表 1 环境应力测试项目

  3.2 电测试规范

2

电测试规范

 

2.01

人体模型条件下的静电放电敏感度测试

JESD22-A114-B Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Human Body Model (HBM)

2.02

机器模型条件下的静电放电敏感度测试

EIA/JESD22-A115-A Electrostatic Discharge (ESD) Sensitivity Testing Machine Model (MM)

2.03

EEPROM的擦涂和数据保存测试

JESD22-A117 Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM) Program/Erase Endurance  and Data Retention Test

2.04

集成电路器件闩锁测试

EIA/JESD78 IC Latch-Up Test

2.05

微电子器件在电荷感应模型条件下的抗静电放电测试

JESD22-C101-A Field-Induced Charged-Device Model Test Method for Electrostatic-Discharge-Withstand Thresholds of Microelectronic Components

  表 2 电测试项目

  3.3 机械应力测试规范

3

机械应力测试规范

 

3.01

振动和扫频测试

JESD-22-B103-A Test Method B103-A Vibration, Variable Frequency

3.02

机械冲击

JESD22-B104-A Test Method B104-A Mechanical Shock

3.03

焊线邦定的剪切测试方法

EIA/JESD22-B116 Wire Bond Shear Test Method

3.04

焊球的剪切测试

JESD22-B117 BGA Ball Shear BGA

3.05

折弯测试

JESD22B113 Board Level Cyclic Bend Test Method for Interconnect Reliability  Characterization of Components for Handheld Electronic Products

3.06

掉落测试

JESD22-B111 Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products,  July 2003 [Text-jd039]   

  表 3 机械应力测试项目

  3.4 综合测试规范

4

综合测试规范

 

4.01

密封性测试

JEDEC Standard No.22-A109 Test Method A109 Hermeticity

4.02

集成电路器件中使用的有机材料水分扩散和水溶性测定测试方法

Test Method for the Measurement of Moisture Diffusivity and Water Solubility in  Organic Materials Used in Integrated Circuits

4.03

物理尺寸的测量

JESD22-B100-A Physical Dimensions

4.04

外观检查

JESD22-B101 Test Method B101 External Visual

4.05

可焊性测试方法

EIA/JESD22-B102-C Solderability Test Method

4.06

器件管脚的完整性测试

EIA/JESD22-B105-B Test Method B105-B Lead Integrity

4.07

图标的耐久性测试

EIA/JESD22-B107-A Test Method B107-A Marking Permanency

4.08

表贴半导体器件的共面性测试

JESD22-B108 Coplanarity Test for Surface-Mount Semiconductor Devices

  表 4 综合测试项目

  3.5 其他规范

5

其它规范

 

5.01

湿度敏感器件的符号和标识

JEP113-B Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices

5.02

硅半导体器件的失效机理和模型

EIA/JEP122 Failure Mechanisms and Models for Silicon Semiconductors Devices

5.03

针对非密封表贴半导体器件的湿度/回流焊敏感度分级

IPC/JEDEC J-STD-020A Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid  State Surface Mount Devices

5.04

湿度/回流焊敏感标贴器件的处理、包装、运输和使用的标准

IPC/JEDEC J-STD-033 Standard for Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow  Sensitive Surface Mount Devices

5.05

产品文档分类建议

EIA/JEP103-A Suggested Product-Documentation Classifications and Disclaimers

5.06

针对非密封表贴半导体器件的湿度/回流焊敏感度分级 Supersedes IPC/JEDEC J-STD-020D August 2007, March 2008 [Text-jd037]

IPC/JEDEC J-STD-020D.1 Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid  State Surface Mount Devices

  表 5 其他

  4 常用标准- JESD47:集成电路压力测试规范

  JESD47是在工业级电子产品领域应用较为广泛的可靠性测试标准,它定义了一系列测试项目,用于新产品,新工艺或工艺发生变化时的可靠性测试。

  4.1 参考文献

 

标准

说明

1

UL94

设备和器具零件塑料材料易燃性试验。

2

ASTM D2863

用氧指数法测定塑料的可燃性

3

IEC Publication 695

防火测试

4

JP-001

晶圆厂工艺验证准则

5

J-STD-020

Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid
State Surface-Mount Devices
.

6

JESD22 系列

封装设备的可靠性测试项目

7

JESD46

Guidelines for User Notification of Product/process Changes by Semiconductor Suppliers.

8

JESD69

硅器件信息(不同产品)要求参照标准

9

JESD74

电子产品的早期寿命失效率计算准则

10

JESD78

芯片Latch Up测试。

11

JESD85

计算FIT(10小时失效一次为1 FIT)单位故障率的方法

12

JESD86

电气参数评估

13

JESD94

,Application Specific Qualification using Knowledge Based Test Methodology.

14

JESD91

Methods for Developing Acceleration Models for Electronic Component Failure Mechanisms.

15

JEP122

半导体故障机制

16

JEP143

固态可靠性评估资格认定方法

17

JEP150

Stress-Test-Driven Qualification of and Failure Mechanisms Associated with Assembled Solid State Surface-Mount Components.

18

JESD201

,Environmental Acceptance Requirements for Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes

19

JESD22A121

锡和锡合金表面涂层的晶须生长测试方法

  表 6 JESD47标准参考文献

  4.2 样品数计算

  N >= 0.5 [Χ2 (2C+2, 0.1)] [1/LTPD – 0.5] + C

  C = 接受数量, N=最小样品数, Χ 2 = Chi Squared distribution value(卡方分布值)for a 90% Confidence Level,

  and LTPD is the desired 90% confidence defect level.

图 3 LTPD抽样标准

  4.3 早期失效率计算

  ▶ 目的:ELFR ( Early Life Failure Rate)早期失效测试,主要反映出产品在最初投入使用的几个月时间内产品的质量情况,评估产品及设计的稳定性,加速缺陷失效率,去除由于先天原因失效的产品。

名称

条件

测试时间

具体操作

失效原理

ELFR

(早期失效测试)

测试TJ温度控制在125度,被测产品上电,且为最大工作电压(比额定工作电压高5%10%),芯片的引脚按照应用的状态进行搭接。

48 h<t<168 h (最有效的参考时间是168h

在规定条件下执行完测试,最好在12小时内进行电气测试(最大延时在24小时内),判断样本失效数量。

材料或工艺的缺陷包括诸如氧化层缺陷,金属刻镀,离子玷污等由于生产造成的失效。

  表 7 早期失效测试

  &#9654; 抽样标准:早期失效测试的样本需从最少三组不连续的产品批次中抽取,并由具有品质代表性的样本组成。所有样本应在同一地点用同样的流程进行组装和收集。在60%的可信度时,以百万分之一的失效(FPM)为单位,下图说明了想要达到不同的早期失效率目标的最小样本数量。

  图 4 早期失效的抽样标准

  4.4 生产工艺变化时测试项目选择指导

  图 5 工艺变化测试项目选择指导

  5 可靠性测试方案-智能卡芯片

Stress

 Ref.

Abbv.

Conditions

# Lots/SS per lot 

Duration/Accept

High Temperature Operating Life 高温工作寿命

JESD22-A108,
JESD85

HTOL

TJ>=125C Vcc>=Vcc max

3 Lots/77 units

1000 hrs/ 0 Fail

Early Life Failure Rate

早期失效率

JESD22-A108

JESD74

ELFR

TJ>=125C Vcc>=Vcc max

参考4.3ELFR

168 hrs

Low Temperature Operating Life 低温工作寿命

JESD22-A108

LTOL

TJ<=50C Vcc>=Vcc max

1 Lot/32 units

1000 hrs/0 Fail

High Temperature Storage Life

高温存储寿命

JESD22-A103

HTSL

TA >=150C

3 Lots/25 units

1000 hrs/0 Fail

Latch-Up

JESD78

LU

Class I

Or Class II

1 Lot/3 units

 0 Fail

Electrical Parameter Assessment 电气参数

JESD86

ED

Datasheet

3 Lots/10 units

TA per datasheet

Human Body Model ESD

JS-001

ESD-HBM 

TA = 25 °C

3 units

Classification

Charged Device Model ESD

JESD22-C101

ESD-CDM

TA = 25 °C

3 units

Classification

Accelerated Soft Error Testing

JESD89-2

JESD89-3

ASER

TA = 25 °C

3 units

Classification

OR System Soft Error Testing

JESD89-1

SSER

TA = 25 °C

Minimum of 1E+06 Device Hrs or 10 fails.

Classification

Uncycled High Temperature Data retention高温数据存储测试

JESD22-A117

 

UCHTDR

TA>125°C

Vcc>=Vcc max

 

3 lots /77 units

1000 h/0fail

Cycling Endurance 循环耐力

JESD22-A117

 

NVCE

25°C55°C <=TJ<=85°C

3 lots /77 units

Up to Spec. Max

Cycles per note (b) / 0Fails

Postcycling High Temperature data

Retention 循环高温数据存储测试

JESD22-A117

 

PCHTDR

参照4.5

3 lots /39 units

参照4.5

LowTemperature Retention  and read disturb低温保存和读取干扰

JESD22-A117

 

LTDR

TA=25°C

3 lots /38 units

参照4.5

MSL Preconditioning 预处理

JESD22-A113

PC

Perappropriate MSL level per

J-STD-020

JESD22-A113

ElectricalTest(optional)

Temperature2 Humidity bias加速式温湿度及偏压测试

JESD22-A101

THB

85 °C, 85 % RH, Vcc>=Vcc max

3 Lots /25 units

1000 hrs / 0 Fail

Temperature2, 3 Humidity Bias

( Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress) 高加速温湿度及偏压测试

JESD22-A110

HAST

130°C / 110 °C, 85 % RH,

Vcc>=Vcc max

 

3 Lots /25 units

96 hrs / 0 Fail

Temperature Cycling高低温循环测试)

 

JESD22-A104

TC

参照4.7 TC

3 Lots /25 units

参照4.7 TC

Unbiased Temperature/Humidity高加速温湿度测试

JESD22-A118

UHAST

130 °C / 85% RH

110 °C / 85% RH

3 Lots /25 units

96 hrs / 0 Fail

  表 12 智能卡可靠性测试方案

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