【封測芯片廠家】揭秘什么是半導(dǎo)體芯片老化測試，干貨滿滿！

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(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぞ摺?/span>

這些不同類型的技術(shù)都需要一個必不可少的組件——半導(dǎo)體，其視為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的大腦。與任何電子設(shè)備類似，我們需要確保這個關(guān)鍵部件的可靠性，以便我們的設(shè)備正常運行。

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

第 2 部分 – 關(guān)于老化測試需要了解的內(nèi)容

2.1. 半導(dǎo)體進行老化測試的目的

消費者為他們的電子設(shè)備支付高價，他們最不希望看到的是產(chǎn)品在購買后出現(xiàn)故障。進行老化測試就是以復(fù)制實際的現(xiàn)場壓力環(huán)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(dǎo)體在實際應(yīng)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(dǎo)體的數(shù)量。這種方法增加了電子設(shè)備達(dá)到消費者預(yù)期的可靠性水平的可能性。因此，老化測試對于確保生產(chǎn)線的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

2.2. 老化測試是如何進行的？

在測試階段，半導(dǎo)體元件被固定在老化板上，然后被放置在老化系統(tǒng)（如環(huán)境室）中。在這個試驗室中，半導(dǎo)體中的潛在缺陷通過媒介來檢測，當(dāng)器件施加的電壓應(yīng)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(jù)測試場景，這些工作條件可能包括將半導(dǎo)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(huán)境中使部件經(jīng)受仔細(xì)校準(zhǔn)的嚴(yán)酷條件，技術(shù)人員可以在不影響優(yōu)質(zhì)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(shù)據(jù)以形成浴盆曲線（下例）并降低半導(dǎo)體故障率。

顯示半導(dǎo)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(dǎo)體都會經(jīng)歷早期的組件故障。這些故障通常是制造缺陷的結(jié)果，由于激進的技術(shù)縮放和增加的電路復(fù)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(dǎo)體故障、電遷移、電介質(zhì)故障、金屬化故障等等。這些缺陷無法通過傳統(tǒng)的質(zhì)量保證測試發(fā)現(xiàn)，并且可能在設(shè)備的生命周期中隨機出現(xiàn)。因此，半導(dǎo)體元器件需要經(jīng)過密集地測試才能將此類問題表現(xiàn)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(jié)果并不理想，因為在短時間內(nèi)仍有大量故障發(fā)生。在此階段交付半導(dǎo)體將導(dǎo)致客戶不滿和高昂的保修費用。

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(fā)生故障，但目的是確保這些故障通常發(fā)生在產(chǎn)品使用壽命的正常生命階段。

從理論上講，在半導(dǎo)體的正常使用壽命期間，故障仍然可能隨機發(fā)生。然而，當(dāng)在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)進行測量時，這些問題通常會以相對恒定的速度出現(xiàn)，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(dǎo)體的預(yù)期使用壽命期間發(fā)生的任何磨損故障也必須在產(chǎn)品準(zhǔn)備好運送給客戶之前得到解決。

另一個需要注意的關(guān)鍵細(xì)節(jié)是，老化測試也有在可交付產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)品的使用壽命。

2.3. 老化測試的類型

靜態(tài)測試

在靜態(tài)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(huán)境室升溫至必要溫度之前，只需將探頭安裝到環(huán)境室中。隨后，將所需電壓施加到半導(dǎo)體元件。由于成本低且簡單，許多制造商選擇使用靜態(tài)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(tài)電壓不會激活半導(dǎo)體中的所有節(jié)點。它僅用作熱測試，用于測量半導(dǎo)體在極端溫度下儲存時的狀況。

動態(tài)測試

在動態(tài)老化測試期間，老化系統(tǒng)將對每個組件施加多個電刺激，同時半導(dǎo)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?qū)Ω鄡?nèi)部電路施加壓力，從而導(dǎo)致其他問題浮出水面。

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

3、動態(tài)老化測試評估

帶有測試過程的動態(tài)老化允許技術(shù)人員在老化過程中的不同點監(jiān)控設(shè)備輸出，確認(rèn)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(fā)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(chǎn)品質(zhì)量。

老化測試中使用的溫度通常達(dá)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(shè)備暴露在高達(dá) 300 – 400 攝氏度的溫度下很長時間（數(shù)千到數(shù)萬小時）以達(dá)到組件的故障點。

通常，大多數(shù)制造商會結(jié)合使用靜態(tài)和動態(tài)老化測試來獲得最佳結(jié)果。畢竟，從這些評估中收集的性能數(shù)據(jù)對于改進制造流程至關(guān)重要。因此，即使成本更高，更全面的測試也是有益的。

歸根結(jié)底，實施老化測試的目的就是確保提高對制造的半導(dǎo)體在壓力下的表現(xiàn)的可見性和洞察力。選擇合適的生產(chǎn)商讓其提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品才能保證每個測試階段都會產(chǎn)生正確統(tǒng)計意義的數(shù)據(jù)。

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