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| 标准编号 | GB/T 47725-2026 (GB/T47725-2026) | | 中文名称 | 微机电系统（MEMS）技术 硅通孔三维结构可靠性评价要求 | | 英文名称 | Micro-electromechanical systems(MEMS) technology - Requirements for reliability evaluation of three-dimensional structureof through-silicon vias | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L55 | | 国际标准分类 | 31.200 | | 字数估计 | 30,347 | | 发布日期 | 2026-05-25 | | 实施日期 | 2026-12-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 47725-2026: 微机电系统（MEMS）技术 硅通孔三维结构可靠性评价要求
GB/T 47725-2026 英文版: Micro-electromechanical systems(MEMS) technology - Requirements for reliability evaluation of three-dimensional structureof through-silicon vias
ICS 31.200
CCSL55
中华人民共和国国家标准
微机电系统(MEMS)技术
硅通孔三维结构可靠性评价要求
2026-05-25发布
2026-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件规定了微机电系统(MEMS)中硅通孔三维结构可靠性评价的样品、失效模式分类及可靠性
评价项目,以及参数评价、内外部形貌评价、热应力特性评价、电应力特性评价、机械特性评价、互连特性
评价和三维结构评价的要求。
本文件适用于单层或多层堆叠的TSV三维结构的可靠性评价,其中的TSV结构可以是仅通孔侧
壁有金属、孔内部填实金属或孔局部填实金属。
4 样品
TSV三维结构评价样品状态按以下要求选用:
a) 参数评价选用晶圆;
b) 内外部形貌评价选用晶圆或芯片,其中制样镜检评价选用芯片;
c) 热应力特性评价选用晶圆或芯片,其中稳态寿命、稳态湿热评价选用芯片;
d) 电应力特性评价选用芯片;
e) 机械特性评价选用固定在载体上的芯片;
f) 互连特性评价选用芯片;
g) 三维结构评价选用标准样件或芯片。
5 失效模式及可靠性评价
5.1 失效模式分类
TSV三维结构失效模式分类如下。
a) 参数评价常见的失效模式有:
1) 由TSV金属层缺陷(填充空洞、界面分层和连接点裂缝等异常)导致的直流电阻增大,以
及1dB压缩点(P1dB)变小(即线性工作的最大功率下降,非线性效应变明显);
2) 由TSV绝缘层缺陷(覆盖性不良、污染和孔壁缺陷等异常)导致的漏电流增大;
3) 由TSV衬底材料、成孔质量和金属化质量等缺陷导致的S参数异常。
b) 内外部形貌评价常见的失效模式有:
1) 结构、尺寸与设计不符;
2) TSV变形、错位;
3) TSV三维结构裂纹;
4) 金属化层划痕、断开,金属化残余或缺损;
5) 仅侧壁有金属的TSV内金属化鼓起、缺损;
6) 内部填实或局部填实金属的TSV内填充金属空洞;
7) 绝缘层不连续、分层、空洞;
8) 互连界面裂纹、分层、空洞;
9) 键合界面翘曲、缝隙,键合界面金属溢出等。
c) 热应力特性评价常见的失效模式有:由材料热失配导致的硅体或绝缘层开裂、界面分层、金属
凸起等。
d) 电应力特性评价常见的失效模式有:由TSV的结构缺陷引起的电场分布不均和电流密度超
标,所导致的绝缘介质击穿和电迁移失效。
e) 机械特性评价常见的失效模式有:由TSV三维结构在周期性应力(振动)作用下导致的产品疲
劳裂纹、界面分层、互连失效、硅体或绝缘层开裂等。
f) 互连特性评价常见的失效模式有:
1) 由表面杂质残留或缺陷导致的引线键合强度测试值不满足要求,严重时可导致金属化层
出现鼓包、起皮现象;
2) 由表面杂质残留或缺陷导致的芯片剪切强度测试值不满足要求。
g) 三维结构评价常见的失效模式有:
1) 由TSV版图设计不合理或TSV三维结构缺陷导致的抗弯强度测试值不满足要求;
2) 由晶圆键合面不平、界面杂质残留等导致的层间键合强度测试值不满足要求;
3) 键合面金属成分不满足设计要求。
5.2 可靠性评价项目
6 可靠性评价要求
6.1 参数评价
6.1.1 直流电阻
6.1.1.1 直流电阻评价
直流电阻可用于TSV互连质量的评价。由于金属材料优异的导电性能,TSV的直流电阻很小,当
TSV存在缺陷时,直流电阻会增大,甚至出现断路的情况。TSV三维结构直流电阻评价要求见表2。
6.1.1.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 直流电阻数值;
g) 失效分析报告(若有)。
6.1.2 漏电流
6.1.2.1 漏电流评价
漏电流可用于TSV侧壁介质层绝缘性的评价。介质层完整性的主要标志是介质层连续、无针孔和
厚度均匀。当介质层出现针孔时,TSV对衬底的漏电流可能增大,甚至出现短路。理论上,TSV与衬
底之间的电阻应无穷大,漏电流应为零,但是当TSV介质层出现针孔后,电阻下降,漏电流增大。TSV
三维结构漏电流评价要求见表3。
6.1.2.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) I-V 测试曲线;
g) 失效分析报告(若有)。
6.1.3 S参数
6.1.3.1 S参数评价
S参数可用于TSV射频传输质量的评价。利用网络分析仪,结合探针台测试系统进行TSV三维
结构的S参数测量,深宽比越大,TSV阻抗匹配所需的布局设计受限越小,TSV的带宽、插入损耗、反
射损耗和隔离等特性越好。TSV三维结构S参数评价要求见表4。
图2 S参数测试系统框图
6.1.3.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 测试温度;
e) 样品数量及分布;
f) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
g) S参数数值;
h) 失效分析报告(若有)。
6.1.4 非线性
6.1.4.1 非线性评价
非线性可用于射频大功率传输质量的评价。利用射频功率源、频谱分析仪、衰减器(需要时),结合
探针台测试系统进行TSV三维结构的非线性测量。同等尺寸下,TSV金属层质量越高,射频传输线性
度越好,耐功率能力越强,P1dB越高;金属层存在缺陷时,TSV垂直互连对射频大功率传输呈现的非线
性效应越明显,P1dB越低。TSV三维结构非线性评价要求见表5。
6.1.4.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 测试温度;
e) 样品数量及分布;
f) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
g) P1dB数值;
h) 失效分析报告(若有)。
6.2 内外部形貌评价
6.2.1 外观镜检
6.2.1.1 外观镜检评价
外观镜检可用于TSV外观工艺质量的评价。TSV三维结构的失效通常由物理损坏引起,例如:
TSV内壁金属鼓包、缺损,硅片裂痕等。这些损坏和缺陷可通过外观镜检进行检测。TSV三维结构外
观镜检评价要求见表6。
6.2.1.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.2.2 X射线检查
6.2.2.1 X射线检查评价
X射线检查可用于TSV内部工艺质量的评价。金属填实或部分填实的TSV内部缺陷,如填充金
属空洞、金属断裂,若无法通过外观镜检发现,则可通过X射线成像检测进行评价。TSV三维结构X
射线检查评价要求见表7。
6.2.2.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.2.3 制样镜检
6.2.3.1 制样镜检评价
制样镜检可用于TSV内部工艺质量的评价。TSV三维结构的失效与本身内部结构缺陷有关,例
如:TSV绝缘层存在不连续、堆叠TSV晶圆键合界面有明显缝隙等。这些缺陷可通过制样镜检进行评
价。TSV三维结构制样镜检评价要求见表8。
6.2.3.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.3 热应力特性评价
6.3.1 温度循环
6.3.1.1 温度循环评价
温度循环的目的是测定TSV三维结构产品承受高温和低温的能力,以及高温与低温交替变化对产
品的影响。温度的变化可能会导致芯片内部工艺缺陷位置情况恶化或应力失配位置出现裂纹,从而导
致产品功能失效、芯片裂片或多层结构分离等。温度循环评价要求见表9。
6.3.1.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.3.2 稳定性烘焙
6.3.2.1 稳定性烘焙评价
稳定性烘焙的目的是在不施加电应力的条件下,确定芯片在高温环境下使用、运输或贮存的能力。
稳定性烘焙可靠性评价要求见表10。
6.3.2.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.3.3 稳态寿命
6.3.3.1 稳态寿命评价
稳态寿命的目的是评价时间推移、偏置条件和温度对TSV三维结构的影响。稳态寿命评价要求见
表11。
6.3.3.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 样品数量及分布;
d) 检测仪器:型号、名称、编号;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.3.4 稳态湿热
6.3.4.1 稳态湿热评价
稳态湿热的目的是评价偏置温度、湿度对非密封装器件的TSV三维结构的影响。稳态湿热评价要
求见表12。
6.3.4.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.4 电应力特性评价
6.4.1 介电层的时间相关介电击穿(TDDB)试验
6.4.1.1 介电层的时间相关介电击穿寿命评价
TDDB的目的是评价时间推移、电场条件和温度对TSV三维结构的影响。介电层的时间相关介电
击穿评价要求见表13。
6.4.1.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.4.2 电迁移试验
6.4.2.1 电迁移寿命评价
电迁移寿命试验的目的是评价时间推移、电流条件和温度对TSV三维结构的影响。电迁移评价要
求见表14。
6.4.2.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 检测仪器:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.5 机械特性评价
6.5.1 扫频振动
6.5.1.1 扫频振动评价
扫频振动的目的是测定在规定的振动频率范围内,振动对TSV三维结构的影响。扫频振动评价要
求见表15。
6.5.2 机械冲击
6.5.2.1 机械冲击评价
机械冲击的目的是评价TSV三维结构能否适用于需经中等严酷程度冲击的电子设备中,这种类型
的冲击可能破坏工作特性或引起额外振动而造成结构损坏。机械冲击评价要求见表16。
6.5.2.2 报告要求
有关报告应至少包括以下内容:
a) 生产单位和评价单位的名称和地址、产品名称、批次号等;
b) 试验环境:温度、湿度、洁净度等;
c) 试验设备:型号、名称、编号;
d) 样品数量及分布;
e) 试验方法、判据、试验过程与结果、试验时间;
f) 失效模式及数量;
g) 失效分析报告(若有)。
6.5.3 ......
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