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关于半导体芯片老化测试,干货满满!

发表时间:2023-05-26 13:13
PART
01
简介

无论我们走到哪里,我们都时刻被科技所包围。事实上,我们的智能手机已经成为我们日常生活中不可或缺的工具。

这些不同类型的技术都需要一个必不可少的组件——半导体,其视为现代电子产品的大脑。与任何电子设备类似,我们需要确保这个关键部件的可靠性,以便我们的设备正常运行。


那么制造商如何提高向最终用户提供最佳产品的可能性呢?这就必须通过严格的半导体测试来完成。最常见和最重要的测试协议之一——老化测试,在检测组件的早期故障并减少使用时出现缺陷和故障的可能性。

PART
02
关于老化测试需要了解的内容
2.1. 半导体进行老化测试的目的

消费者为他们的电子设备支付高价,他们最不希望看到的是产品在购买后出现故障。进行老化测试就是以复制实际的现场压力环境,模拟各种情况,进而降低故障率。


只有在大量样本上进行的老化测试才能使制造商能够更好地了解半导体在实际应用中的性能。通过这个消除过程,制造商可以最大限度地减少他们运送给客户的有缺陷半导体的数量。这种方法增加了电子设备达到消费者预期的可靠性水平的可能性。因此,老化测试对于确保生产线的质量控制至关重要。


2.2. 老化测试是如何进行的?

在测试阶段,半导体元件被固定在老化板上,然后被放置在老化系统(如环境室)中。在这个试验室中,半导体中的潜在缺陷通过媒介来检测,当器件施加的电压应力和加热,运行的同时,特制弹片开始工作,这过程中使得芯片潜在缺陷变得突出。

根据测试场景,这些工作条件可能包括将半导体元件暴露在极端温度、变化的电压/电流、高工作频率或任何其他被归类为上限的条件下,通过在受控环境中使部件经受仔细校准的严酷条件,技术人员可以在不影响优质部件使用寿命的情况下识别性能不佳的部件。

这些老化测试的目的是让制造商收集足够的数据以形成浴盆曲线(下例)并降低半导体故障率。

显示半导体速率的图形视图

在最初的测试阶段——“被归类为婴儿死亡期”——许多半导体都会经历早期的组件故障。这些故障通常是制造缺陷的结果,由于激进的技术缩放和增加的电路复杂性,制造缺陷变得越来越普遍。


这些缺陷的根本原因可以确定为导体故障、电迁移、电介质故障、金属化故障等等。这些缺陷无法通过传统的质量保证测试发现,并且可能在设备的生命周期中随机出现。因此,半导体元器件需要经过密集地测试才能将此类问题表现为故障。


然而,尽管故障率随时间下降,但在婴儿死亡率期间的结果并不理想,因为在短时间内仍有大量故障发生。在此阶段交付半导体将导致客户不满和高昂的保修费用。


通过从老化测试中收集的反馈,可以改进制造过程,从而降低故障率。虽然组件可能仍会随着时间的推移而发生故障,但目的是确保这些故障通常发生在产品使用寿命的正常生命阶段。


从理论上讲,在半导体的正常使用寿命期间,故障仍然可能随机发生。然而,当在相当长的一段时间内进行测量时,这些问题通常会以相对恒定的速度出现,因此才会给制造商带来高额的保修费用。所以,他们会希望浴缸曲线的底部(故障率)越低越好,在半导体的预期使用寿命期间发生的任何磨损故障也必须在产品准备好运送给客户之前得到解决。


另一个需要注意的关键细节是,老化测试也有在可交付产品上进行的。因此,这些评估不如加速寿命测试那么密集。这些半导体元件在老化测试中花费的时间也比在 ALT 测试(加速寿命试验)中花费的时间少。毕竟,制造商不想影响其产品的使用寿命。


2.3. 老化测试的类型

静态测试

在静态老化测试期间,极端温度和电压会施加到每个部件,这个过程相对简单。在环境室升温至必要温度之前,只需将探头安装到环境室中。随后,将所需电压施加到半导体元件。由于成本低且简单,许多制造商选择使用静态老化。


然而,这种测试方法并不能为制造商提供组件可靠性的全面视图。这是因为测试期间施加的静态电压不会激活半导体中的所有节点。它仅用作热测试,用于测量半导体在极端温度下储存时的状况。


动态测试

在动态老化测试期间,老化系统将对每个组件施加多个电刺激,同时半导体暴露在高温和高压下。这种测试方法提供了更全面的组件可靠性视图,因为它使制造商能够对更多内部电路施加压力,从而导致其他问题浮出水面。


在评估过程中可以监控输出,能够更好地了解电路板上的哪些点最容易出现故障。但是这种方法也有一个缺点。动态老化无法完全模拟半导体的实际应用,因此不会对所有电路节点进行压力测试。

PART
03
动态老化测试评估

带有测试过程的动态老化允许技术人员在老化过程中的不同点监控设备输出,确认每个组件都在运行。这种方法适用于希望快速确定老化的“后果”,从而允许老化过程在最佳点终止。


此外,这种测试方法允许制造商识别在临界条件下会发生故障,通过在测试阶段检测并排除这些故障,才可以显著提高产品质量。


老化测试中使用的温度通常达到 150 摄氏度或更低,并且测试增量可以跨越几小时到几天,具体取决于测试要求。这与 ALT 测试形成对比,在 ALT 测试中,设备暴露在高达 300 – 400 摄氏度的温度下很长时间(数千到数万小时)以达到组件的故障点。


通常,大多数制造商会结合使用静态和动态老化测试来获得最佳结果。毕竟,从这些评估中收集的性能数据对于改进制造流程至关重要。因此,即使成本更高,更全面的测试也是有益的。



归根结底,实施老化测试的目的就是确保提高对制造的半导体在压力下的表现的可见性和洞察力。选择合适的生产商让其提供优质的产品才能保证每个测试阶段都会产生正确统计意义的数据。


老化测试系统.png




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