定義は明確。

高温・高電圧・高負荷で長時間動作させ、初期故障を事前に顕在化させる試験。

 

目的は2つ。

① 初期不良の除去

② 潜在欠陥の顕在化

つまり、市場に出る前に壊しておく。

半導体故障率は、時間に対して一定ではない。

 

有名な概念が、バスタブカーブ（Bathtub Curve）

 

故障率の推移：

① 初期故障期（Infant Mortality）

② 偶発故障期（Random Failure）

③ 摩耗故障期（Wear-out）

 

バーンインの狙いは：

① 初期故障を出荷前に除去すること。

代表例：

● 微細欠陥

・配線クラック

・ゲート欠陥

 

● 異物混入

・パーティクル

・残渣

 

● 接触不良

・バンプ

・ワイヤ接合

 

● 絶縁不良

・膜欠陥

・ピンホール

 

通常動作では顕在化しないが、高ストレスで発現する。

代表条件：

● 温度　125℃〜150℃

● 電圧　定格の1.2〜1.5倍

● 動作モード　実動作 / 高負荷動作

● 時間　数十時間〜数百時間

 

高温・高電圧・長時間。加速劣化試験である。

構成要素：

● バーンインボード　→　多数チップを同時試験。

● ソケット　→　電気接続部。

● ヒーター　→　均一温度制御。

● 電源・信号供給系　→　動作負荷を印加。

 

近年は、高I/O対応ボード、AIチップ専用装置も登場。

バーンインが「初期故障」なら、寿命試験は「摩耗故障」評価。

 

目的：何時間動作すると壊れるかを推定。

 

代表試験：

● HTOL（High Temp Operating Life）　→　高温動作寿命。

● TDDB寿命試験　→　絶縁破壊寿命。

● EM寿命試験　→　配線断線寿命。

● NBTI / PBTI試験　→　トランジスタ劣化。

実使用10年を、そのまま試験は不可能。

そこで、高温、高電圧、高電流を印加し、劣化を加速。

 

代表式：Arrheniusモデル

温度が10℃上昇 → 劣化速度2倍。

つまり、短時間で長期寿命を予測。

バーンインは、後工程の歩留まり改善。

 

効果：

・市場不良低減

・早期故障除去

・品質信頼向上

 

ただし：

● 試験コスト増

● スループット低下

● 過剰ストレス破壊　とのトレードオフ。

近年難易度が上昇。

理由：

① 消費電力増大　→ 発熱制御が困難

② I/O増加　→ ボード設計複雑化

③ 3D積層　→ 熱分布不均一

④ AIチップ　→ 実動作模擬が難しい

つまり、試験自体が設計課題。

要求は別格。

 

● 動作温度範囲　→　-40℃〜150℃以上

● 使用期間　→　15年以上

● 故障許容度　→　極小（人命影響）

そのため：

バーンイン時間延長、試験電圧増大、複合試験実施

進化方向：

● ウェハレベルバーンイン　→　パッケージ前試験。

● システムレベルバーンイン　→　実装状態で試験。

● AI負荷模擬試験　→　GPU / ASIC向け。

● 低ストレス高精度試験　→　過剰劣化回避。

・バーンインは初期故障除去技術

・寿命試験は摩耗故障予測技術

・バスタブカーブが基礎概念

・高温・高電圧で劣化加速

・車載・AIで重要性が急拡大

１．バーンイン試験の主目的は何か？

２．バスタブカーブの3領域を説明せよ。

３．なぜ加速試験が必要なのか？

４．先端AIチップでバーンインが難しい理由は？

 

 

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。