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        【封測芯片廠家】揭秘什么是半導體芯片老化測試,干貨滿滿!

        2023-04-19 09:03:01 

        第1 部分 – 簡介


        無論我們走到哪里,我們都時刻被科技所包圍。事實上,我們的智能手機已經成為我們日常生活中不可或缺的工具。

        這些不同類型的技術都需要一個必不可少的組件——半導體,其視為現代電子產品的大腦。與任何電子設備類似,我們需要確保這個關鍵部件的可靠性,以便我們的設備正常運行。


        那么制造商如何提高向最終用戶提供最佳產品的可能性呢?這就必須通過嚴格的半導體測試來完成。最常見和最重要的測試協議之一——老化測試,在檢測組件的早期故障并減少使用時出現缺陷和故障的可能性。

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        第 2 部分 – 關于老化測試需要了解的內容


        2.1. 半導體進行老化測試的目的

        消費者為他們的電子設備支付高價,他們最不希望看到的是產品在購買后出現故障。進行老化測試就是以復制實際的現場壓力環境,模擬各種情況,進而降低故障率。


        只有在大量樣本上進行的老化測試才能使制造商能夠更好地了解半導體在實際應用中的性能。通過這個消除過程,制造商可以最大限度地減少他們運送給客戶的有缺陷半導體的數量。這種方法增加了電子設備達到消費者預期的可靠性水平的可能性。因此,老化測試對于確保生產線的質量控制至關重要。

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        2.2. 老化測試是如何進行的?

        在測試階段,半導體元件被固定在老化板上,然后被放置在老化系統(如環境室)中。在這個試驗室中,半導體中的潛在缺陷通過媒介來檢測,當器件施加的電壓應力和加熱,運行的同時,特制彈片開始工作,這過程中使得芯片潛在缺陷變得突出。

        根據測試場景,這些工作條件可能包括將半導體元件暴露在極端溫度、變化的電壓/電流、高工作頻率或任何其他被歸類為上限的條件下,通過在受控環境中使部件經受仔細校準的嚴酷條件,技術人員可以在不影響優質部件使用壽命的情況下識別性能不佳的部件。

        這些老化測試的目的是讓制造商收集足夠的數據以形成浴盆曲線(下例)并降低半導體故障率。

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        顯示半導體速率的圖形視圖

        在最初的測試階段——“被歸類為嬰兒死亡期”——許多半導體都會經歷早期的組件故障。這些故障通常是制造缺陷的結果,由于激進的技術縮放和增加的電路復雜性,制造缺陷變得越來越普遍。


        這些缺陷的根本原因可以確定為導體故障、電遷移、電介質故障、金屬化故障等等。這些缺陷無法通過傳統的質量保證測試發現,并且可能在設備的生命周期中隨機出現。因此,半導體元器件需要經過密集地測試才能將此類問題表現為故障。


        然而,盡管故障率隨時間下降,但在嬰兒死亡率期間的結果并不理想,因為在短時間內仍有大量故障發生。在此階段交付半導體將導致客戶不滿和高昂的保修費用。

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        通過從老化測試中收集的反饋,可以改進制造過程,從而降低故障率。雖然組件可能仍會隨著時間的推移而發生故障,但目的是確保這些故障通常發生在產品使用壽命的正常生命階段。


        從理論上講,在半導體的正常使用壽命期間,故障仍然可能隨機發生。然而,當在相當長的一段時間內進行測量時,這些問題通常會以相對恒定的速度出現,因此才會給制造商帶來高額的保修費用。所以,他們會希望浴缸曲線的底部(故障率)越低越好,在半導體的預期使用壽命期間發生的任何磨損故障也必須在產品準備好運送給客戶之前得到解決。


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        另一個需要注意的關鍵細節是,老化測試也有在可交付產品上進行的。因此,這些評估不如加速壽命測試那么密集。這些半導體元件在老化測試中花費的時間也比在 ALT 測試(加速壽命試驗)中花費的時間少。畢竟,制造商不想影響其產品的使用壽命。


        2.3. 老化測試的類型

        靜態測試

        在靜態老化測試期間,極端溫度和電壓會施加到每個部件,這個過程相對簡單。在環境室升溫至必要溫度之前,只需將探頭安裝到環境室中。隨后,將所需電壓施加到半導體元件。由于成本低且簡單,許多制造商選擇使用靜態老化。


        然而,這種測試方法并不能為制造商提供組件可靠性的全面視圖。這是因為測試期間施加的靜態電壓不會激活半導體中的所有節點。它僅用作熱測試,用于測量半導體在極端溫度下儲存時的狀況。


        動態測試

        在動態老化測試期間,老化系統將對每個組件施加多個電刺激,同時半導體暴露在高溫和高壓下。這種測試方法提供了更全面的組件可靠性視圖,因為它使制造商能夠對更多內部電路施加壓力,從而導致其他問題浮出水面。


        在評估過程中可以監控輸出,能夠更好地了解電路板上的哪些點最容易出現故障。但是這種方法也有一個缺點。動態老化無法完全模擬半導體的實際應用,因此不會對所有電路節點進行壓力測試。


        3、動態老化測試評估

        帶有測試過程的動態老化允許技術人員在老化過程中的不同點監控設備輸出,確認每個組件都在運行。這種方法適用于希望快速確定老化的“后果”,從而允許老化過程在最佳點終止。


        此外,這種測試方法允許制造商識別在臨界條件下會發生故障,通過在測試階段檢測并排除這些故障,才可以顯著提高產品質量。


        老化測試中使用的溫度通常達到 150 攝氏度或更低,并且測試增量可以跨越幾小時到幾天,具體取決于測試要求。這與 ALT 測試形成對比,在 ALT 測試中,設備暴露在高達 300 – 400 攝氏度的溫度下很長時間(數千到數萬小時)以達到組件的故障點。

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        通常,大多數制造商會結合使用靜態和動態老化測試來獲得最佳結果。畢竟,從這些評估中收集的性能數據對于改進制造流程至關重要。因此,即使成本更高,更全面的測試也是有益的。

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        歸根結底,實施老化測試的目的就是確保提高對制造的半導體在壓力下的表現的可見性和洞察力。選擇合適的生產商讓其提供優質的產品才能保證每個測試階段都會產生正確統計意義的數據。

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