為什么芯片要使用冷熱沖擊試驗箱做試驗？

上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，是一家具有研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設(shè)備的公司。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。現(xiàn)在我們成為許多品牌的供應(yīng)商。

摘要

本文聚焦芯片在**溫差下的潛在缺陷風(fēng)險，通過上海簡戶儀器與車規(guī)芯片企業(yè)的合作案例，論證冷熱沖擊試驗箱對芯片可靠性驗證的核心價值—— 其可精準復(fù)現(xiàn) “驟冷驟熱" 場景，暴露傳統(tǒng)測試無法察覺的封裝開裂、焊點失效等問題，助力芯片符合車規(guī) AEC-Q100、消費級 JEDEC 等行業(yè)標(biāo)準。文章兼具場景化敘事與技術(shù)解析，文末從客戶、廠家角度補充問答，為芯片企業(yè)提供實操參考。

引言

夏季暴曬后的車載芯片突然死機，冬季戶外的智能手表芯片頻繁重啟，零下 40℃的極地科考設(shè)備中，核心芯片直接停止工作 —— 芯片雖體積微小，卻常面臨 “冰火兩重天" 的**環(huán)境。傳統(tǒng)高低溫箱僅能實現(xiàn) 5℃/min 以內(nèi)的緩慢溫變，無法模擬 “從空調(diào)房到烈日下"“冬季啟動車輛" 的極速溫差，導(dǎo)致芯片出廠前看似合格，實際使用中卻因熱脹冷縮引發(fā)隱性故障。此時，冷熱沖擊試驗箱為何成為芯片測試的 “剛需設(shè)備"？上海簡戶儀器的一則車規(guī)芯片測試案例，揭開了答案。

某車規(guī) MCU 芯片企業(yè)曾陷入困境：其研發(fā)的芯片在傳統(tǒng)高低溫測試（-40℃至 125℃，3℃/min 溫變）中合格率達 99.5%，但交付給車企后，裝車測試時卻出現(xiàn) 12% 的失效概率 —— 芯片在 “-30℃低溫存放后，快速升溫至 85℃工作" 場景下，封裝膠體與晶圓間出現(xiàn)微裂紋，導(dǎo)致信號傳輸中斷。傳統(tǒng)測試因溫變速率過慢，膠體與晶圓緩慢收縮、膨脹，隱性裂紋始終未暴露，問題根源難以定位。

與上海簡戶儀器合作后，解決方案逐步清晰。簡戶團隊基于車規(guī)芯片 AEC-Q100 標(biāo)準中 “溫度循環(huán)測試" 要求，結(jié)合車企實際工況，定制了專屬測試方案：設(shè)備采用三槽式冷熱沖擊結(jié)構(gòu)（高溫槽、低溫槽、測試槽），搭配進口鉑電阻傳感器，實現(xiàn) - 60℃至 150℃的寬溫區(qū)覆蓋，且溫變速率提升至 20℃/min—— 能精準復(fù)現(xiàn) “冬季車輛啟動時，芯片從 - 30℃驟升至 85℃" 的真實場景。

經(jīng)過 800 次循環(huán)測試，簡戶技術(shù)團隊通過高倍顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：芯片封裝膠體選用的環(huán)氧樹脂與晶圓的熱膨脹系數(shù)差異達 1.2×10??/℃，在極速溫變下，膠體與晶圓的收縮、膨脹速度不同，最終引發(fā)微裂紋。隨后企業(yè)優(yōu)化膠體配方（降低熱膨脹系數(shù)差異至 0.5×10??/℃），再次通過簡戶試驗箱驗證，芯片在**溫差下的失效概率降至 0.3% 以下，順利通過 AEC-Q100 Grade 2 認證，批量供應(yīng)車企。

這一案例印證了冷熱沖擊試驗箱對芯片測試的不可替代性：芯片內(nèi)部的晶圓、封裝膠體、焊點等部件材質(zhì)不同，熱膨脹系數(shù)存在差異，只有在極速溫變下，這種差異才會被放大，隱性缺陷才會顯現(xiàn)。上海簡戶儀器深耕該領(lǐng)域十余年，其設(shè)備可實現(xiàn)±0.1℃的溫區(qū)控制精度，支持 1000 段可編程測試程序，能適配車規(guī)、消費級、工業(yè)級等不同類型芯片的測試需求，從源頭為芯片可靠性 “把關(guān)"。

問答環(huán)節(jié)

一、客戶角度

1.我們是做消費級藍牙芯片的，測試時該如何設(shè)定冷熱沖擊的溫區(qū)與循環(huán)次數(shù)？

答：需結(jié)合消費級芯片的應(yīng)用場景與行業(yè)標(biāo)準（如 JEDEC JESD22-A104）。若芯片用于手機、耳機（日常環(huán)境溫度 - 10℃至 60℃），建議溫區(qū)設(shè)定為 - 40℃至 85℃；若用于戶外穿戴設(shè)備（如運動手表），低溫可降至 - 55℃。循環(huán)次數(shù)方面，消費級芯片通常需完成 100-200 次循環(huán)（單次循環(huán)含高溫停留、低溫停留、溫變切換環(huán)節(jié)），既能暴露潛在缺陷，又不會過度消耗測試周期。可將產(chǎn)品應(yīng)用場景告知上海簡戶儀器，獲取定制化參數(shù)表。

2.芯片體積很小（如 3mm×3mm），測試時如何避免溫區(qū)不均導(dǎo)致的誤判？

答：需關(guān)注試驗箱的“溫場均勻性" 指標(biāo)。上海簡戶儀器的冷熱沖擊試驗箱溫場均勻性達 ±2℃（行業(yè)平均為 ±3℃），且針對小尺寸芯片，會配備專用微型樣品架 —— 樣品架采用導(dǎo)熱性好的鋁合金材質(zhì)，確保芯片各部位與試驗箱溫區(qū)同步變化，避免局部溫度偏差導(dǎo)致誤判。測試前可通過溫度驗證儀（如熱電偶）對芯片表面溫度進行校準，進一步提升測試準確性。

二、廠家角度

1.相比普通冷熱沖擊試驗箱，上海簡戶針對芯片測試做了哪些專屬優(yōu)化？

答：核心優(yōu)化在“精細化控制" 與 “兼容性" 兩方面。一是溫度控制系統(tǒng)：采用雙 PID 調(diào)節(jié)（分別控制加熱、制冷模塊），溫變速率可從 5℃/min 至 25℃/min 無級調(diào)節(jié)，適配不同芯片（如車規(guī)芯片需 20℃/min，消費級芯片需 10℃/min）的測試需求；二是樣品放置：提供可調(diào)節(jié)間距的網(wǎng)格樣品架，支持多顆小尺寸芯片同時測試，且樣品架與箱體絕緣，避免電磁干擾影響芯片參數(shù)；三是數(shù)據(jù)記錄：配備高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實時記錄芯片溫度、測試時間等參數(shù)，生成符合行業(yè)標(biāo)準的測試報告（如 AEC-Q100 格式），方便客戶后續(xù)認證。

2.芯片測試后若發(fā)現(xiàn)缺陷，上海簡戶能否提供輔助分析服務(wù)？

答：可以。我們不僅提供測試設(shè)備，還配套“缺陷溯源輔助服務(wù)"：測試完成后，若芯片出現(xiàn)失效，技術(shù)團隊可結(jié)合測試數(shù)據(jù)（如溫變曲線、循環(huán)次數(shù)），協(xié)助客戶分析缺陷可能的成因（如熱膨脹系數(shù)不匹配、焊點工藝問題）；同時可提供行業(yè)案例參考（如類似芯片的缺陷解決方案），幫助客戶快速定位優(yōu)化方向。此外，我們還與第三方檢測機構(gòu)合作，可協(xié)助客戶進行缺陷的微觀觀測（如掃描電鏡分析），進一步提升問題解決效率。

關(guān)于我們

• 上海簡戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設(shè)備。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務(wù)于國內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測機構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點。

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• 　上海簡戶榮獲企業(yè)，表明上海簡戶在技術(shù)、科技成果轉(zhuǎn)化、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)等方面得到了國家的高度認可。簡戶一直秉承"服務(wù)以人為本"的宗旨，為廣大客戶提供精良的設(shè)備及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，提供的送貨上門、安裝調(diào)試、一年的設(shè)備保養(yǎng)、終身維修，技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我完善、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實現(xiàn)雙贏局面。
  

• 簡戶是集設(shè)計、銷售、研發(fā)、維修服務(wù)等為一體的綜合集團公司，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，提供的環(huán)境設(shè)備。公司創(chuàng)始人從事儀器設(shè)備行業(yè)20余年，經(jīng)驗豐富、資歷雄厚，帶領(lǐng)簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測試設(shè)備裝置。
  

• 簡戶擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務(wù)隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，目前擁有博士學(xué)位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗箱國家標(biāo)準起草和發(fā)行。企業(yè)制定標(biāo)準，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學(xué)會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來，參與3項國家標(biāo)準起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。