STR dans les semiconducteurs : Métrique fiabilité Contrainte-Température-Résistance

En ingénierie fiabilité semiconducteurs, **STR** signifie **Stress-Temperature-Resistance** (parfois **S**tress **T**est **R**esult). Il quantifie la capacité d'un dispositif à supporter combinés stress thermo-mécanique.

Les Trois Piliers

Facteur	Signification physique	Mécanismes défaillance accélérés
Contrainte (Mécanique)	Différence CTE (Die/Substrat/Moule), Voile, Traction fil, Contrainte TSV, Flexion boîtier.	Délamination, Fissuration puce, Décollage fil, Fissuration TSV, Fatigue soudure.
Température (Thermique)	Temp jonction (Tj), ΔT cyclage, Gradient thermique, Rth (Theta-JA/JC).	Électromigration, TDDB (claquage oxyde), Diffusion dopants, Fluage soudure (Fluage-Fatigue).
Résistance (Électrique)	RDS(on) dynamique, VF, Fuite (IR), Dérive tension seuil (Vth).	Dérive paramétrique → Défaillance fonctionnelle. Mesurée *in-situ* ou post-stress.

Flux tests STR courants (JEDEC / AEC-Q101 / AEC-Q100)

• HTRB / HTGB : Haute Tension Inverse/Grille (Temp + Stress Électrique). Surveiller I_R, V_th.
• TC (Cyclage Température) : -65°C ↔ +150°C (Air-Air). Stress mécanique par différence CTE. Surveiller R_DS(on), V_F.
• THB / HAST / uHAST : Temp/Humidité/Biais. 85°C/85% HR ou 130°C/85% HR. Corrosion, contamination ionique. Surveiller Fuite.
• PC (Préconditionnement) : Trempe MSL + 3x Refusion (260°C pic). Simule stress assemblage CMS. *Prérequis pour TC/THB.*
• IOL / Cyclage Puissance : ΔT_j > 80°C par pulsation courant. Fatigue soudure/fil. Surveiller augmentation R_th (résistance thermique).

Analyse données STR

• Distribution Weibull : Ajustement temps défaillance → Facteur forme (β), Vie caractéristique (η).
• Modèles Arrhenius / Eyring / Peck : Facteurs Accélération (FA) pour déclasser conditions test vers conditions usage (ex. 55°C, 50% HR).
• Taux FIT : Défaillances En Temps (10⁹ device-heures). Cible : < 1 FIT (Auto), < 10 FIT (Industriel).

Conception pour STR (Robustesse)

• Substrats CTE adaptés (CuMo, AlSiC, DBC).
• Métallisation face supérieure épaisse / Collage clip (modules puissance).
• Diélectriques bas-α (PI, BCB) tampon stress.
• Collage coins / Sous-remplissage (BGA/CSP).
• Chemin R_th optimisé (TIM, Vias thermiques, plans Cu).

Résumé

STR est la **triade physique fiabilité** : Stress Mécanique + Charge Thermique → Dégradation Paramètre Électrique. Qualification STR réussie (Zéro échec taille échantillon/lot requis) = « Apte Profil Mission ».