¿Qué es el efecto Burn-In de la cámara?

se Las cámaras climáticas construyen para realizar una amplia gama de pruebas climáticas en materiales. Algunas de estas pruebas son muy específicas, diseñadas para una categoría de producto concreta y que requieren cámaras especiales. 

El caso que analizaremos hoy es el de las cámaras de envejecimiento acelerado para pruebas de semiconductores.

¿Qué son los semiconductores?

Si bien antes solo eran conocidos entre ingenieros e informáticos, los semiconductores han acaparado los titulares desde la pandemia. Todavía nos encontramos en medio de la mayor crisis de semiconductores desde su invención, debido a la caída de la producción resultante de los diversos confinamientos.

¿Por qué son tan importantes los semiconductores?

La ciencia nos dice que los semiconductores son semimetales que pueden tener una resistividad mayor que la de los conductores y menor que la de los aislantes; la resistividad depende directamente de la temperatura.

Debido a estas características invaluables, los semiconductores se utilizan en la electrónica , más precisamente en microchips y placas electrónicas.

En resumen, los semiconductores son un componente esencial de innumerables productos electrónicos que usamos a diario. Las pruebas de envejecimiento acelerado de semiconductores son un paso crucial para verificar su fiabilidad.

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¿Qué es la prueba de quemado de semiconductores?

Al ser la más delicada y, al mismo tiempo, la más funcional de muchos aparatos electrónicos de consumo, los semiconductores se someten a una rigurosa serie de pruebas en cámaras climáticas, incluida la cámara de envejecimiento acelerado (Burn-In Chamber).

Las pruebas de envejecimiento acelerado de semiconductores se realizan al principio de la vida útil del componente para evaluar de inmediato su durabilidad y reducir fallos prematuros del producto prueba en condiciones climáticas extremas que somete al semiconductor a ciclos térmicos (como 125 °C durante 168 horas) y ciclos ambientales (como 20 ciclos de -10 a 70 °C).

Debido a los valores extremos que se alcanzan durante las pruebas de quemado de semiconductores, no todas las cámaras ambientales están equipadas para realizarlas. Las que alcanzan estos valores se denominan cámaras de quemado.

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¿Qué son las cámaras de quemado?

Las cámaras de rodaje o los hornos para semiconductores son el nombre que se da a todas las cámaras climáticas capaces de alcanzar ciertas temperaturas y, por lo tanto, de realizar la prueba de rodaje.

Cabe señalar que este no es un nombre técnico y lo más importante es comprobar las características técnicas de la máquina. 

Por ejemplo, las cámaras conocidas como cámaras ambientales alcanzan valores que las hacen adecuadas para realizar la prueba, a saber, un rango de temperatura que puede llegar a -70/180° y una humedad ajustable hasta 98°.

Hornos, cámaras de envejecimiento acelerado o cámaras climáticas: independientemente de cómo las denomine el fabricante, lo importante es que puedan alcanzar ciertos valores.

Para conocer en detalle los requisitos de las pruebas, le recomendamos consultar las regulaciones internacionales pertinentes , que se pueden encontrar en las normas IEC/EN-60068-2 e IEC/EN-60068-3

La cámara ambiental FDM para pruebas de quemado de semiconductores

En base a lo anterior, nuestra cámara ambiental FDM es la herramienta ideal para realizar pruebas de envejecimiento acelerado en semiconductores.

Además de los valores máximos mencionados anteriormente, nuestras cámaras ambientales tienen una velocidad de ascenso y descenso de +5/-4°/min respectivamente, necesaria para reproducir las tensiones de las pruebas de envejecimiento acelerado de semiconductores.

Cada cámara climática FDM cuenta además con una interfaz sencilla e intuitiva que guía al operador en cada paso del proceso. Para más información, póngase en contacto con nosotros.

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Normas de referencia

• JEDEC JESD22-A108 — Temperatura, polarización y vida útil. Norma JEDEC para pruebas de vida útil a alta temperatura (HTOL) y pruebas de envejecimiento acelerado.
• Método MIL-STD-883 1015 — Prueba de envejecimiento acelerado. Método militar para detectar defectos de fabricación y evaluar la fiabilidad de los componentes electrónicos.
• Método 1039 de la norma MIL-STD-750 : Prueba de envejecimiento acelerado en dispositivos semiconductores discretos.
• AEC-Q100 — Calificación de pruebas de estrés basadas en el mecanismo de falla para circuitos integrados, incluye HTOL y tasa de fallas en la vida útil temprana (ELFR).
• JESD91 — Método para desarrollar modelos de aceleración para mecanismos de falla de componentes electrónicos (rhmodelo de
• JESD85 — Métodos para calcular las tasas de fallo en unidades de FIT.
• IEC 60068-2-2 — Ensayos ambientales – Ensayo B: Calor seco (referencia para cámara estática de alta temperatura).

Fuentes autorizadas

• JEDEC Solid State Technology Association. Organización estadounidense que creó las normas JESD22/JESD85/JESD91 sobre pruebas de fiabilidad.
• DLA – Agencia de Logística de Defensa. Publica las normas MIL-STD-883 y MIL-STD-750.
• Consejo de Electrónica Automotriz (AEC). Especificaciones de calificación automotriz AEC-Q100/Q101.
• IEC – Comisión Electrotécnica Internacional. Norma IEC 60068 sobre ensayos ambientales.

Preguntas frecuentes sobre el efecto de quemado de pantalla en las cámaras

¿Qué es el rodaje y qué es la curva de la bañera?

El rodaje es el estrés termoeléctrico acelerado de componentes electrónicos destinado a eliminar fallos prematuramente antes de la entrega al cliente. Se basa en la curva de bañera de la tasa de fallos λ(t): región inicial decreciente (mortalidad infantil, 0-1000 h), región intermedia constante (vida útil, 1000 h – 10⁵ h), región terminal creciente (desgaste). El rodaje elimina estadísticamente los dispositivos defectuosos en la primera región al someterlos a 24-168 horas de estrés termoeléctrico a 125-150 °C con polarización de potencia. Para el grado 0 AEC-Q100 automotriz, el rodaje estándar es de 168 h a 150 °C con los niveles operativos de VDD y VIN nominales sometidos a estrés. La tasa de defectos final esperada después del rodaje es < 50 ppm para aplicaciones comerciales y < 10 ppm para aplicaciones automotrices.

¿Cómo calcular la aceleración de rodaje con el modelo Arrhenius?

modelo de Arrhenius describe la dependencia de la temperatura de la tasa de fallas según la ley: λ(T) = A exp(-Ea/kT), donde Ea es la energía de activación (eV), k la constante de Boltzmann (8,617 10⁻⁵ eV/K), T la temperatura absoluta. El factor de aceleración AF entre la temperatura de estrés Ts y la temperatura de operación Top es: AF = exp[(Ea/k) (1/Top – 1/Ts)]. Energías típicas: Ea = 0,7 eV para defectos de óxido/interfaz; 0,9 eV para electromigración de metal; 1,0–1,3 eV para corrosión. Ejemplo: 168 h a 150 °C con Ea=0,7 eV es equivalente a aproximadamente 5,5 años a 55 °C o 13 años a 40 °C. Para obtener la tasa FIT (Fallos en el tiempo = fallos por 10⁹ horas) utilizamos JESD85 con distribución chi-cuadrado para un intervalo de confianza del 60-90% en un tamaño de muestra limitado.

¿Qué condiciones ambientales debe ofrecer una cámara de rodaje?

La cámara de envejecimiento está diseñada para altas temperaturas controladas típicamente +85/+150 °C (extrema +200/+300 °C para SiC/GaN), sin control de humedad. Características técnicas: estabilidad ± 0,5 °C, uniformidad ± 3 °C en todo el volumen útil con convección forzada ≥ 1,5 m/s; capacidad para disipar el calor liberado por los DUT bajo polarización (disipación de potencia típica de 100 W a 10 kW por cámara); fuente de alimentación del DUT con placas controladoras dedicadas en la cámara (VDD estabilizada al 0,1 %, corriente monitorizada para cada ranura); monitorización in situ de parámetros eléctricos (Icc, Vout) con registro continuo; bloqueo de seguridad en caso de sobretemperatura, sobrecorriente o fallos de circuito abierto/cortocircuito. Para la calificación AEC-Q100 Grado 0, la cámara debe mantener una temperatura de 150 °C con una carga completa de 4-8 kW de disipación, con extracción de aire filtrado para evitar la desgasificación de los paquetes de plástico.

¿Cómo se ajustan el tamaño de la muestra y la duración para el periodo de calentamiento estadístico?

El dimensionamiento sigue la norma JESD47 y la investigación de confiabilidad con un enfoque estadístico. Para el lote de cualificación AEC-Q100 se requiere un mínimo de 77 dispositivos × 3 lotes = 231 muestras sometidas a 1000 horas HTOL a 125 °C con 0 fallos (aceptación 0/231 = LTPD 1%). Para aplicaciones menos severas (comerciales/industriales) se reduce a 77 muestras en 1 lote. El cálculo del límite inferior de confianza de la tasa de fallos utiliza una distribución chi-cuadrado: λ ≤ χ²(2r+2, 1-α) / (2 DH AF) donde r=fallos, α=nivel de confianza (típicamente 0,4 o 0,1 = 60%/90% CL), DH=horas totales del dispositivo. Ejemplo: 0 fallos de 231 dispositivos × 1000 h × AF=78 (150→55 °C, Ea=0,7) da λ ≤ 51 FIT con un CL del 60 %. Los planes más largos (> 3000 h) permiten ir por debajo de 10 FIT, requisito para alta fiabilidad y clase S aeroespacial.