Burn In是甚麼?與老化甚麼關係?

芯片廣泛的應用在生活、資訊、通訊、 交通、 國防…等領域，如今在人類現實生活中無所不在。 為了滿足人類更多的需求與便利性， 芯片功能日益強大與複雜，過去只能在電影中看到的未來世界場景:VR/AR 、智慧手錶、眼鏡、AI 、無人自駕車…如今已非遙不可及的夢想，而且正逐漸實現中。

至此，芯片應用不僅僅只是單純提供生活的便利，更涉及生命、財產的安全性。芯片的開發，除了強調其強大的功能外，如何確保其可靠與穩定性，無疑是重中之重的議題。

然而由於半導體產品浴缸曲線的特性(如圖二)，芯片早期具有較高的失效率。

我們已知道老化測試能協助找到產品設計或製造工藝的缺陷，藉以評估產品可靠性。

所謂的老化：意即利用較芯片正常工作更為嚴苛的工作條件加速促使

其反應失效機制，加速方式通常以溫度、電壓為主。

圖一:浴缸曲線

溫度加速模型，以阿瑞尼斯方程式（Arrhenius equation）描述之:

AT = exp [ ( Eαα / k ) × ( 1 / TU - 1 / TA ) ] 

其中 AT :  溫度加速因子

        Eαα : 活化能，單位為電子伏(eV)

        k : 波次曼常數 ( 8.617×10^-5 )

        TU : 正常溫度使用時的結溫

        TA : 加速溫度使用時的結溫

電壓加速模型:

AV = exp [ γV × (VA-VU ) ]

其中 AV :  電壓加速因子

        γV : 電壓加速常數

        VA : 正常時使用的電壓

        VU : 加速時使用時的電壓

「Burn In」，又稱「崩應」或稱「預燒」：是老化測試的一種。

執行「Burn In」測試須具備以下關鍵設備與組件:

Burn In System：

崩應系統。由溫箱、電源系統、向量產生器、驅動板等組成。可提供測試所需高溫之環境溫度、芯片運作所需之電源、訊號源等，以進行動態老化測試。

Burn In Board：

即老化板。由老化專用之芯片插座(Socket)與耐高溫印刷電路板(PCB)組成。

老化板上布局有芯片之測試電路，並以金手指或其他接口方式與崩應系統驅動板連接，以接收系統所提供之電源及訊號。

圖二:芯片Burn In測試示意圖

圖三:芯片測試流程

在量產出貨前的測試流程中，加入一道「Burn In」程序，能有效將有潛在失效風險的芯片篩檢出來，以避免這些問題芯片流入市場，造成整個應用系統的當機或崩潰，可說是確保產品可靠與穩定性之一大利器，因此在一些重要應用上如CPU、5G基地台、AI、邊緣運算、車用芯片…等等，「Burn In」已成為重要且必要的工序了(如圖三)。