芯片老化测试（Burn-in）是半导体生产中不可或缺的筛选环节，许多芯片工程师和采购人员搜索这个关键词时，最关心的往往是：Burn-in到底在测什么？它能发现哪些隐藏问题？为什么有些芯片必须经过这个“高温高压”考验才能出厂？简单回答：Burn-in主要通过加速应力暴露早期失效缺陷，重点检测芯片在极端条件下电气性能的稳定性、漏电流增加、阈值漂移、功能失效等潜在问题，从而大幅降低产品“早夭”风险。本文将从核心检测内容入手，结合实际参数和失效模式，帮您全面搞懂Burn-in测试的本质和价值。
Burn-in测试的核心概念
芯片老化测试（Burn-in），也叫烧机测试或高温偏压寿命测试，是一种加速寿命筛选方法。它将芯片置于高温（通常125°C~150°C）、高电压或工作负载条件下，连续运行数小时至数千小时，目的是快速激活制造过程中的潜伏缺陷（如氧化层薄弱、金属化问题、电迁移等），让它们在出厂前显现并被剔除。
Burn-in针对的是浴缸曲线的“早期失效期”（infant mortality），通过人为“虐待”合格芯片不会显著缩短寿命，但能有效筛掉有隐患的芯片，确保交付产品进入低失效率的稳定期。
（图1：芯片Burn-in测试浴缸曲线示意图，直观展示早期失效如何通过老化筛选被剔除，提升整体可靠性）
Burn-in主要检测什么？核心参数与失效模式
Burn-in测试并非泛泛“跑一跑”，而是针对特定失效机制设计监测参数。主流Burn-in主要测以下内容：
- 漏电流（Leakage Current）：最常见监测项，高温高偏压下漏电流异常增加往往表示栅氧化层缺陷或掺杂不均。
- 阈值电压漂移（Vth Shift）：MOSFET器件关键参数，漂移过大说明热载流子注入或负偏压温度不稳定性（NBTI/PBTI）。
- 功能失效与逻辑错误：动态Burn-in中运行测试向量，检测时序违例、翻转失败或内存位翻转。
- 功耗与电流异常：监测IDDQ/IDD泄漏或突发电流峰值，暴露短路或寄生通路。
- 电阻/电容变化：金属互连层电迁移导致电阻上升，或介电层击穿。
- 热稳定性：结温（Tj）监控，确保芯片在高温下不发生热失控。
常见失效模式包括：
- 介电击穿（Dielectric Breakdown）
- 电迁移（Electromigration）
- 导体/金属化失效（Metallization Failures）
- 热载流子退化（Hot Carrier Degradation）
- 应力诱导漏电流（Stress-Induced Leakage Current）
这些参数在测试过程中实时或周期性监测，任何超出规格的漂移或失效都会判定为Fail。
Burn-in测试的种类对比
根据激励方式不同，Burn-in分为几种类型，每种侧重检测的内容略有差异：
| 种类 | 激励方式 | 主要检测内容 | 适用芯片类型 | 成本/复杂度 |
|---|---|---|---|---|
| 静态Burn-in | 高温 + 高偏压，无动态信号 | 漏电流、阈值漂移、介电耐压 | 模拟、分立器件 | 低 |
| 动态Burn-in | 高温 + 高偏压 + 时钟/向量 | 功能失效、时序问题、动态功耗 | 数字、SoC、存储器 | 中 |
| TDBI（Test During Burn-in） | 高温 + 实时功能测试 | 全面电气参数 + 在线功能验证 | 高可靠性车规/军工芯片 | 高 |
大多数量产芯片采用动态或TDBI，以最大化缺陷覆盖率。
Burn-in测试的标准与条件
国际主流标准以JEDEC JESD22-A108（Temperature, Bias, and Operating Life）为核心，规定：
- 测试温度：通常125°C~150°C（视芯片耐受）
- 偏压：1.1~1.5倍正常工作电压
- 时长：筛选型48~168小时，寿命验证型1000+小时
- 监测：电气参数漂移不超过规格（如漏电流<规定值的X倍）
车规芯片常参考AEC-Q100 Group B，强调更严苛条件。
Burn-in测试典型步骤
- 样品准备：初始电气测试（Pre-Burn-in），记录基准参数。
- 加载老化板：芯片插入专用Burn-in Socket，置入老化箱。
- 施加应力：设置温度、电压，运行测试向量（动态模式）。
- 实时/间歇监测：采集漏电流、Vth、功能日志。
- Post-Burn-in测试：再次全参数测试，比对漂移。
- 失效分析：Fail芯片送FA，优化工艺。
实际案例：汽车芯片Burn-in的应用
某车规电源管理芯片在125°C、1.2倍电压下进行168小时动态Burn-in，发现约3%的样品出现IDDQ异常升高。经FA确认为金属层微小空洞导致电迁移早期显现。调整沉积工艺后，失效率降至0.01%以下，确保产品在-40°C~150°C车载环境下的长期可靠性。
常见问题解答
Burn-in会缩短芯片寿命吗？
对合格芯片影响极小（<5%寿命损耗），但能剔除早期失效品，整体可靠性反而提升。
静态和动态Burn-in哪个更好？
动态更全面，能覆盖功能性缺陷；静态成本低，适合简单器件。
为什么有些芯片不做Burn-in？
消费级低成本芯片可能省略或缩短，但高可靠性领域（如汽车、医疗、航天）几乎强制要求。
Burn-in后参数漂移多少算正常？
视规格而定，通常要求关键参数（如Vth、漏电流）漂移<10%~20%。
总结
芯片老化测试（Burn-in）主要测的是高温高偏压条件下芯片的漏电流、阈值电压、功耗、功能稳定性等关键电气参数，目的是提前暴露介电击穿、电迁移、热载流子退化等早期失效缺陷，确保出厂产品避开“婴儿期”高失效率阶段。这是半导体可靠性工程中最直接有效的筛选手段，几乎所有高端芯片都离不开它。
如果您正为芯片产品寻找专业的Burn-in老化测试服务，上海德垲芯片检测拥有先进的动态老化设备和经验丰富的团队，能为您提供精准的筛选方案。欢迎获取免费咨询+报告服务、行业标准与认证支持，以及定制化测试方案开发，我们将助力您的产品达到更高可靠性标准。
