《GB/T45721.1-2025半導(dǎo)體器件

應(yīng)力遷移試驗(yàn)

第1部分

：銅應(yīng)力遷移試驗(yàn)》(2026年)深度解析目錄01一

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銅互聯(lián)時(shí)代的“

隱形殺手”?標(biāo)準(zhǔn)為何聚焦應(yīng)力遷移試驗(yàn)核心價(jià)值03三

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術(shù)語定義藏玄機(jī)?專家視角拆解標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念與邊界劃分

試驗(yàn)原理大揭秘:銅原子“

出走”

的物理機(jī)制與標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)05試樣制備有講究:從取樣到預(yù)處理,標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)范試驗(yàn)“初始環(huán)節(jié)”07數(shù)據(jù)處理與結(jié)果判定:如何將試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體可靠性的“通行證”09未來趨勢與修訂展望:半導(dǎo)體技術(shù)迭代下,銅應(yīng)力遷移試驗(yàn)將走向何方?02040608二

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從制定背景到適用范圍,GB/T45721.1-2025如何錨定半導(dǎo)體行業(yè)痛點(diǎn)設(shè)備與材料雙保障:哪些硬件條件是滿足標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的前提?核心試驗(yàn)流程全拆解:升溫

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加壓

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監(jiān)測,每一步都有哪些技術(shù)要求?應(yīng)用場景與行業(yè)價(jià)值:標(biāo)準(zhǔn)如何為5G、AI芯片筑牢可靠性防線?、銅互聯(lián)時(shí)代的“隱形殺手”？標(biāo)準(zhǔn)為何聚焦應(yīng)力遷移試驗(yàn)核心價(jià)值銅互聯(lián)：半導(dǎo)體器件的“血管”與潛在風(fēng)險(xiǎn)01隨著半導(dǎo)體制程進(jìn)入7nm及以下，鋁互聯(lián)已難以滿足性能需求，銅因低電阻率成為互聯(lián)材料主流。但銅在高溫、應(yīng)力環(huán)境下易發(fā)生原子遷移，形成空洞或凸起，如同“血管堵塞”，導(dǎo)致器件失效。此問題在高密度封裝中更突出，成為制約芯片可靠性的關(guān)鍵瓶頸，標(biāo)準(zhǔn)聚焦于此正是為破解該風(fēng)險(xiǎn)。02（二）應(yīng)力遷移試驗(yàn)：預(yù)判器件壽命的“透視鏡”應(yīng)力遷移試驗(yàn)通過模擬芯片實(shí)際工作中的溫度、應(yīng)力條件，加速銅原子遷移過程，提前發(fā)現(xiàn)潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。相較于傳統(tǒng)可靠性測試，其能更精準(zhǔn)量化銅互聯(lián)的穩(wěn)定性，為器件壽命評估提供科學(xué)依據(jù)，是保障芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)全鏈條可靠性的核心手段。（三）GB/T45721.1-2025的核心價(jià)值：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)此前行業(yè)內(nèi)銅應(yīng)力遷移試驗(yàn)方法雜亂，數(shù)據(jù)缺乏可比性。本標(biāo)準(zhǔn)明確試驗(yàn)原理、流程與判定準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)方法的統(tǒng)一化、規(guī)范化。這不僅降低企業(yè)測試成本，更提升產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的公信力，助力我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國際競爭中建立質(zhì)量優(yōu)勢。、從制定背景到適用范圍，GB/T45721.1-2025如何錨定半導(dǎo)體行業(yè)痛點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定的時(shí)代背景：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭加劇，我國芯片自主化進(jìn)程加速，但器件可靠性問題頻發(fā)。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，2023年國內(nèi)因銅互聯(lián)失效導(dǎo)致的芯片報(bào)廢率達(dá)3.2%。為解決試驗(yàn)無標(biāo)可依的問題，國標(biāo)委聯(lián)合企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)制定，填補(bǔ)國內(nèi)空白。0102（二）適用范圍精準(zhǔn)界定：哪些半導(dǎo)體器件需參照執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)適用于以銅為互聯(lián)材料的半導(dǎo)體器件，包括集成電路、分立器件等，明確排除了非銅互聯(lián)及特殊用途（如航天級）器件。這一界定既聚焦核心應(yīng)用場景，又避免范圍過寬導(dǎo)致執(zhí)行混亂，為企業(yè)提供清晰的適用邊界。（三）與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的銜接：構(gòu)建完整的可靠性試驗(yàn)體系本標(biāo)準(zhǔn)并非孤立存在，其與GB/T45721系列其他部分、GB/T2423（環(huán)境試驗(yàn)方法）等標(biāo)準(zhǔn)銜接。例如，試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)參考GB/T2423.2，確保試驗(yàn)條件的一致性，形成從材料到器件的全鏈條可靠性評價(jià)體系，提升標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性。、術(shù)語定義藏玄機(jī)？專家視角拆解標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念與邊界劃分核心術(shù)語解讀：“應(yīng)力遷移”與“電遷移”如何區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)明確“應(yīng)力遷移”是銅原子在機(jī)械應(yīng)力作用下的遷移，與“電遷移”（電流引發(fā)的原子遷移）本質(zhì)不同。二者失效機(jī)制、試驗(yàn)方法各異，此前行業(yè)常混淆。標(biāo)準(zhǔn)的清晰界定，為精準(zhǔn)診斷失效原因提供基礎(chǔ)，避免因概念模糊導(dǎo)致的測試偏差。12（二）關(guān)鍵參數(shù)定義：“臨界應(yīng)力”“遷移速率”為何是核心指標(biāo)“臨界應(yīng)力”指引發(fā)銅原子遷移的最小應(yīng)力值，“遷移速率”反映原子遷移的快慢，二者直接關(guān)聯(lián)器件壽命。標(biāo)準(zhǔn)對這些參數(shù)的定義，明確了試驗(yàn)的核心監(jiān)測對象，使企業(yè)能通過量化指標(biāo)評估互聯(lián)可靠性，為芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。（三）術(shù)語邊界劃分：避免歧義的“技術(shù)防火墻”標(biāo)準(zhǔn)對“試樣”“試驗(yàn)夾具”等術(shù)語的定義，細(xì)化了試驗(yàn)各環(huán)節(jié)的技術(shù)邊界。例如，明確“試樣”需包含完整銅互聯(lián)結(jié)構(gòu)，而非單獨(dú)銅材料，確保試驗(yàn)對象與實(shí)際器件一致。這種精準(zhǔn)劃分，減少了試驗(yàn)過程中的歧義，提升測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。、試驗(yàn)原理大揭秘：銅原子“出走”的物理機(jī)制與標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)微觀機(jī)制：銅原子為何會(huì)在應(yīng)力作用下“移動(dòng)”01銅晶體中存在空位、位錯(cuò)等缺陷，高溫下缺陷活動(dòng)性增強(qiáng)。當(dāng)銅互聯(lián)線承受機(jī)械應(yīng)力（如封裝時(shí)的熱應(yīng)力）時(shí)，原子會(huì)沿應(yīng)力梯度向低應(yīng)力區(qū)域遷移，形成空洞（原子流失處）或晶須（原子聚集處）。這一微觀過程是應(yīng)力遷移失效的根源，也是標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)基礎(chǔ)。02（二）宏觀表現(xiàn)：應(yīng)力遷移引發(fā)的器件失效有哪些特征宏觀上，應(yīng)力遷移會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)線電阻增大、斷線，或因晶須生長引發(fā)短路。失效通常具有滯后性，在器件使用一段時(shí)間后爆發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)通過加速試驗(yàn)，使這些宏觀失效特征提前顯現(xiàn)，幫助企業(yè)在產(chǎn)品出廠前發(fā)現(xiàn)問題，避免終端應(yīng)用故障。（三）標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)：熱力學(xué)與材料力學(xué)的融合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件的設(shè)定基于熱力學(xué)第一定律（能量守恒）和材料力學(xué)的應(yīng)力應(yīng)變理論。例如，升溫加速原子運(yùn)動(dòng)符合阿倫尼烏斯方程，加壓模擬實(shí)際應(yīng)力環(huán)境基于胡克定律。這些科學(xué)理論的應(yīng)用，確保試驗(yàn)既能加速失效過程，又能真實(shí)反映器件實(shí)際工作狀態(tài)。、設(shè)備與材料雙保障：哪些硬件條件是滿足標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的前提？核心試驗(yàn)設(shè)備：應(yīng)力加載裝置需滿足哪些技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)力加載裝置精度達(dá)±0.5%，能實(shí)現(xiàn)恒定應(yīng)力或梯度應(yīng)力加載，且具備溫度同步控制功能。設(shè)備需配備力傳感器和位移監(jiān)測模塊，實(shí)時(shí)記錄應(yīng)力與變形數(shù)據(jù)。這些指標(biāo)確保加載的準(zhǔn)確性，避免因設(shè)備誤差影響試驗(yàn)結(jié)果的可信度。12電阻儀需具備10^-4Ω級測量精度，用于監(jiān)測互聯(lián)線電阻變化（原子遷移的間接指標(biāo)）；光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)不低于500倍，用于觀察表面晶須或空洞。部分高要求試驗(yàn)需配備掃描電鏡，實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)觀測，全面捕捉遷移信號。（二）輔助監(jiān)測設(shè)備：如何通過電阻儀、顯微鏡捕捉遷移信號010201試驗(yàn)夾具需采用耐高溫、低膨脹系數(shù)材料（如因康鎳合金），避免自身變形影響應(yīng)力加載；耗材如導(dǎo)電膠需具備良好導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。標(biāo)準(zhǔn)對材料的要求，防止因輔助材料性能不足引入干擾因素，確保試驗(yàn)過程的穩(wěn)定性和重復(fù)性。（三）試驗(yàn)材料規(guī)范：夾具、耗材的選擇為何不能“隨意”010201、試樣制備有講究：從取樣到預(yù)處理，標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)范試驗(yàn)“初始環(huán)節(jié)”取樣原則：代表性與一致性如何兼顧標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取樣需從同一批次、同一工藝的器件中隨機(jī)抽取，每批試樣數(shù)量不少于10個(gè)。取樣位置需覆蓋芯片不同區(qū)域（如邊緣、中心），確保試樣能代表整批產(chǎn)品的特性。同時(shí)，明確取樣工具的精度要求，避免取樣過程中對銅互聯(lián)造成損傷。（二）試樣尺寸與結(jié)構(gòu)：為何要嚴(yán)格符合“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格”試樣需保留完整的銅互聯(lián)結(jié)構(gòu)，互聯(lián)線長度、寬度、厚度誤差不超過±5%，尺寸不一致會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布差異，影響試驗(yàn)結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)提供了典型試樣的尺寸規(guī)格，企業(yè)可根據(jù)自身器件調(diào)整，但需在試驗(yàn)報(bào)告中明確，確保數(shù)據(jù)的可比性。12試樣需用無水乙醇超聲清洗5-10分鐘，去除表面油污和雜質(zhì)，再在120℃下烘干30分鐘，消除水分影響。預(yù)處理能避免污染物阻礙原子遷移或引發(fā)額外腐蝕，確保試驗(yàn)在純凈環(huán)境中進(jìn)行，減少初始狀態(tài)差異對試驗(yàn)結(jié)果的干擾。（三）預(yù)處理流程：清潔、烘干為何是“必選項(xiàng)”010201、核心試驗(yàn)流程全拆解：升溫、加壓、監(jiān)測，每一步都有哪些技術(shù)要求？試驗(yàn)環(huán)境校準(zhǔn)：溫度、濕度如何精準(zhǔn)控制A標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)溫度控制在125℃-200℃（可根據(jù)器件實(shí)際工況調(diào)整），精度±2℃；相對濕度≤50%。升溫需采用階梯式，速率不超過5℃/min，避免熱沖擊損傷試樣。環(huán)境校準(zhǔn)需每日進(jìn)行，使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和濕度計(jì)驗(yàn)證，確保環(huán)境參數(shù)符合要求。B（二）應(yīng)力加載環(huán)節(jié)：加載速率與保持時(shí)間的“黃金配比”應(yīng)力加載速率設(shè)定為0.1MPa/s-1MPa/s，根據(jù)試樣厚度調(diào)整，加載至目標(biāo)應(yīng)力后保持恒定。保持時(shí)間需滿足“至少觀察到電阻變化10%”或達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間（通常1000小時(shí)），以確保捕捉到明顯的遷移信號。加載過程需實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免應(yīng)力突變。12（三）實(shí)時(shí)監(jiān)測要求：數(shù)據(jù)記錄頻率與異常處理機(jī)制電阻值每10分鐘記錄一次，微觀形貌每200小時(shí)觀測一次。當(dāng)電阻突變超過5%或出現(xiàn)明顯晶須/空洞時(shí)，需暫停試驗(yàn)，記錄失效數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)明確異常處理流程，包括試樣保存、數(shù)據(jù)標(biāo)注等，確保試驗(yàn)過程的可追溯性，為后續(xù)分析提供完整數(shù)據(jù)。12、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果判定：如何將試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體可靠性的“通行證”數(shù)據(jù)處理方法：平均值、標(biāo)準(zhǔn)差與遷移速率計(jì)算規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求對多組試樣數(shù)據(jù)計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，遷移速率通過電阻變化量與時(shí)間的線性關(guān)系求得。數(shù)據(jù)需剔除異常值（偏離平均值3倍標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)），確保結(jié)果的可靠性。計(jì)算過程需保留4位有效數(shù)字，滿足精度要求。（二）結(jié)果判定準(zhǔn)則：“合格”與“不合格”的核心邊界是什么判定分兩個(gè)維度：一是試驗(yàn)結(jié)束時(shí)無明顯失效（空洞、晶須）；二是遷移速率低于規(guī)定閾值（不同器件閾值由企業(yè)結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定）。二者均滿足則判定合格，任一不滿足則不合格。準(zhǔn)則既考慮宏觀失效，又量化微觀遷移，確保判定的全面性。（三）試驗(yàn)報(bào)告編制：需包含哪些關(guān)鍵信息以確?？勺匪菪詧?bào)告需涵蓋試樣信息（批次、規(guī)格）、設(shè)備型號、試驗(yàn)參數(shù)、數(shù)據(jù)曲線、微觀照片及判定結(jié)果等。特別要求記錄異常情況及處理方式，簽字確認(rèn)環(huán)節(jié)不可缺失。完整的報(bào)告不僅是產(chǎn)品合格的證明，也是后續(xù)質(zhì)量追溯和問題分析的重要依據(jù)。、應(yīng)用場景與行業(yè)價(jià)值：標(biāo)準(zhǔn)如何為5G、AI芯片筑牢可靠性防線？5G芯片應(yīng)用：高頻高溫下的可靠性“防護(hù)網(wǎng)”5G芯片工作頻率高、功耗大，導(dǎo)致銅互聯(lián)溫度升高，應(yīng)力遷移風(fēng)險(xiǎn)加劇。采用本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，可提前發(fā)現(xiàn)互聯(lián)薄弱環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化互聯(lián)線布局、增加散熱設(shè)計(jì)等措施提升可靠性。某企業(yè)應(yīng)用后，5G芯片高溫工況下的失效風(fēng)險(xiǎn)降低40%。AI芯片需集成大量計(jì)算單元，銅互聯(lián)密度極高，應(yīng)力分布不均問題突出。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)芫珳?zhǔn)定位高密度區(qū)域的應(yīng)力集中點(diǎn)，為封裝工藝優(yōu)化提供指導(dǎo)。例如，某AI芯片企業(yè)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整鍵合工藝，互聯(lián)可靠性提升35%，產(chǎn)品良率提高5%。（二）AI芯片應(yīng)用：高密度封裝下的“失效預(yù)警系統(tǒng)”010201（三）行業(yè)價(jià)值延伸：推動(dòng)半導(dǎo)體測試設(shè)備與材料國產(chǎn)化標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施帶動(dòng)了國內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備需求，促使設(shè)備企業(yè)研發(fā)符合標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力加載裝置和監(jiān)測儀器，打破國外壟斷。同時(shí)，對試驗(yàn)材料的規(guī)范要求，推動(dòng)國內(nèi)耗材企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量，助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)整體競爭力。、未來趨勢與修訂展望：半導(dǎo)體技術(shù)迭代下，銅應(yīng)力遷移試驗(yàn)將走向何方？技術(shù)趨勢：先進(jìn)制程下試驗(yàn)方法的創(chuàng)新方向01隨著制程向3nm及以下發(fā)展，銅互聯(lián)線寬度逼近物理極限，傳統(tǒng)試驗(yàn)方法面臨挑戰(zhàn)。未來試驗(yàn)將結(jié)合原子力顯微鏡等微觀表征技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原子級遷移監(jiān)測；同時(shí)，AI算法將用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測，提前預(yù)判失效風(fēng)險(xiǎn)，提升試驗(yàn)效率。02標(biāo)準(zhǔn)將建立動(dòng)態(tài)修訂機(jī)制，針對新制程、新材料（如