芯片主要組成物質(zhì)是硅，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有4大部分：傳感器，分立器件，集成電路，光電器件。集成電路屬于半導(dǎo)體芯片中很重要的一部分，它把數(shù)量龐大的晶體管集中到一個(gè)小的金屬片上。芯片做得越小，內(nèi)部的晶體管數(shù)量越多，耗能，電容效應(yīng)，開關(guān)頻率越小，性能更好。溫度的改變對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力、極限電壓、極限電流以及開關(guān)特性等都有很大的影響。半導(dǎo)體芯片上的元器件分布很密，元器件之間空間非常小，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，元器件體積發(fā)生膨脹、擠壓，半導(dǎo)體芯片可能因?yàn)閿D壓產(chǎn)生裂紋報(bào)廢。若溫度太高，集成電路在工作的時(shí)候過(guò)熱激發(fā)高能載流子會(huì)增大晶體管被擊穿短路的概率；晶體管性能隨溫度會(huì)發(fā)生變化，高溫會(huì)使部分電路因?yàn)樾阅茏兓療o(wú)法正常工作；高溫提高電遷移導(dǎo)致導(dǎo)線工作壽命下降。如果溫度過(guò)低，往往會(huì)造成芯片在額定工作電壓下無(wú)法打開其內(nèi)部的半導(dǎo)體開關(guān)，導(dǎo)致其不能正常工作。所以，芯片在生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn)。一般情況下，民用芯片的正常工作溫度范圍是 0℃-70℃，軍用芯片性能更高，正常工作溫度范圍是 -55℃-125℃。以上溫度范圍都是芯片工作下的溫度范圍，當(dāng)芯片不工作時(shí)，可以承受超過(guò) 200℃ 的焊接溫度。

冷熱沖擊試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

GB/T2423.1-2008低溫試驗(yàn)方法；GB/T2423.2-2008 高溫試驗(yàn)方法；GB/T2423.22-2002/IEC60068-2-14：2009溫度變化試驗(yàn)；GJB 150 《 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 》；GJB150.5A-2009溫度沖擊試驗(yàn)；GJB360.7-87溫度沖擊試驗(yàn)；GJB367.2-87 405溫度沖擊試驗(yàn)。

半導(dǎo)體芯片進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意：

1. 根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境確定試驗(yàn)溫度。

2. 試件暴露于極值溫度的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為半導(dǎo)體芯片的實(shí)際工作時(shí)間或溫度穩(wěn)定的時(shí)間。GJB 150中規(guī)定持續(xù)時(shí)間一般為1h，或者是溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，當(dāng)溫度穩(wěn)定的時(shí)間超過(guò)1h，則使用溫度穩(wěn)定時(shí)間。

3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間與溫度變化速率，GJB 要求會(huì)比 GB 要求更為嚴(yán)苛。例如，GJB 150A 中要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，轉(zhuǎn)換時(shí)間要求不大于1min ,溫度變化速率小于3℃/min，如果因?yàn)樵嚇映叽邕^(guò)大，導(dǎo)致時(shí)間超過(guò) 1min ，應(yīng)說(shuō)明合理性。

半導(dǎo)體芯片冷熱沖擊方法

• 將試件芯片通電置于置物架上；

• 根據(jù)要求設(shè)定試驗(yàn)溫度；

• 首先對(duì)試件進(jìn)行低溫試驗(yàn)，再進(jìn)行高溫試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)依要求進(jìn)行；

• 記錄半導(dǎo)體芯片工作狀態(tài)下，在設(shè)定溫度下的相關(guān)參數(shù), 對(duì)產(chǎn)品分析, 工藝改進(jìn)以及批次的定向品質(zhì)追溯提供確實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

冷熱沖擊方向選擇

試件從低溫或是高溫試驗(yàn)開始，不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的解析。若試驗(yàn)從低溫段開始，試驗(yàn)結(jié)束在高溫段；若試驗(yàn)從高溫段開始，結(jié)束在低溫段。為防止試件在試驗(yàn)結(jié)束后表面產(chǎn)品凝露，試驗(yàn)結(jié)束在低溫段時(shí)需要增加烘干恢復(fù)的過(guò)程，這樣就增加了試驗(yàn)周期，建議試驗(yàn)從低溫段開始，結(jié)束在高溫段。