第 1 部分 – 簡(jiǎn)介

 無(wú)論我們走到哪里，我們都時(shí)刻被科技所包圍。事實(shí)上，我們的智能手機(jī)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(gè)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(gè)關(guān)鍵部件的可靠性，以便我們的設(shè)備正常運(yùn)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(guò)嚴(yán)格的半導(dǎo)體測(cè)試來(lái)完成。最常見(jiàn)和最重要的測(cè)試協(xié)議之一——老化測(cè)試，詣在檢測(cè)組件的早期故障并減少使用時(shí)出現(xiàn)缺陷和故障的可能性。

第 2 部分 – 關(guān)于老化測(cè)試需要了解的內(nèi)容

2.1. 半導(dǎo)體進(jìn)行老化測(cè)試的目的

消費(fèi)者為他們的電子設(shè)備支付高價(jià)，他們最不希望看到的是產(chǎn)品在購(gòu)買后出現(xiàn)故障。進(jìn)行老化測(cè)試就是以復(fù)制實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)壓力環(huán)境，模擬各種情況，進(jìn)而降低故障率。

只有在大量樣本上進(jìn)行的老化測(cè)試才能使制造商能夠更好地了解半導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用中的性能。通過(guò)這個(gè)消除過(guò)程，制造商可以最大限度地減少他們運(yùn)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(fèi)者預(yù)期的可靠性水平的可能性。因此，老化測(cè)試對(duì)于確保生產(chǎn)線的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

2.2. 老化測(cè)試是如何進(jìn)行的？

在測(cè)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(gè)試驗(yàn)室中，半導(dǎo)體中的潛在缺陷通過(guò)媒介來(lái)檢測(cè)，當(dāng)器件施加的電壓應(yīng)力和加熱，運(yùn)行的同時(shí)，特制彈片開(kāi)始工作，這過(guò)程中使得芯片潛在缺陷變得突出。

根據(jù)測(cè)試場(chǎng)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(guò)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(shí)別性能不佳的部件。

這些老化測(cè)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(cè)試階段——“被歸類為嬰兒死亡期”——許多半導(dǎo)體都會(huì)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(jìn)的技術(shù)縮放和增加的電路復(fù)雜性，制造缺陷變得越來(lái)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(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的質(zhì)量保證測(cè)試發(fā)現(xiàn)，并且可能在設(shè)備的生命周期中隨機(jī)出現(xiàn)。因此，半導(dǎo)體元器件需要經(jīng)過(guò)密集地測(cè)試才能將此類問(wèn)題表現(xiàn)為故障。

然而，盡管故障率隨時(shí)間下降，但在嬰兒死亡率期間的結(jié)果并不理想，因?yàn)樵诙虝r(shí)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(fèi)用。

通過(guò)從老化測(cè)試中收集的反饋，可以改進(jìn)制造過(guò)程，從而降低故障率。雖然組件可能仍會(huì)隨著時(shí)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(jī)發(fā)生。然而，當(dāng)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這些問(wèn)題通常會(huì)以相對(duì)恒定的速度出現(xiàn)，因此才會(huì)給制造商帶來(lái)高額的保修費(fèi)用。所以，他們會(huì)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(yùn)送給客戶之前得到解決。

另一個(gè)需要注意的關(guān)鍵細(xì)節(jié)是，老化測(cè)試也有在可交付產(chǎn)品上進(jìn)行的。因此，這些評(píng)估不如加速壽命測(cè)試那么密集。這些半導(dǎo)體元件在老化測(cè)試中花費(fèi)的時(shí)間也比在 ALT 測(cè)試（加速壽命試驗(yàn)）中花費(fèi)的時(shí)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(cè)試的類型

靜態(tài)測(cè)試

在靜態(tài)老化測(cè)試期間，極端溫度和電壓會(huì)施加到每個(gè)部件，這個(gè)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)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(jiǎn)單，許多制造商選擇使用靜態(tài)老化。

然而，這種測(cè)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?yàn)闇y(cè)試期間施加的靜態(tài)電壓不會(huì)激活半導(dǎo)體中的所有節(jié)點(diǎn)。它僅用作熱測(cè)試，用于測(cè)量半導(dǎo)體在極端溫度下儲(chǔ)存時(shí)的狀況。

動(dòng)態(tài)測(cè)試

在動(dòng)態(tài)老化測(cè)試期間，老化系統(tǒng)將對(duì)每個(gè)組件施加多個(gè)電刺激，同時(shí)半導(dǎo)體暴露在高溫和高壓下。這種測(cè)試方法提供了更全面的組件可靠性視圖，因?yàn)樗怪圃焐棠軌驅(qū)Ω鄡?nèi)部電路施加壓力，從而導(dǎo)致其他問(wèn)題浮出水面。

在評(píng)估過(guò)程中可以監(jiān)控輸出，能夠更好地了解電路板上的哪些點(diǎn)最容易出現(xiàn)故障。但是這種方法也有一個(gè)缺點(diǎn)。動(dòng)態(tài)老化無(wú)法完全模擬半導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用，因此不會(huì)對(duì)所有電路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行壓力測(cè)試。

3、動(dòng)態(tài)老化測(cè)試評(píng)估

帶有測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)老化允許技術(shù)人員在老化過(guò)程中的不同點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備輸出，確認(rèn)每個(gè)組件都在運(yùn)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(guò)程在最佳點(diǎn)終止。

此外，這種測(cè)試方法允許制造商識(shí)別在臨界條件下會(huì)發(fā)生故障，通過(guò)在測(cè)試階段檢測(cè)并排除這些故障，才可以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量。

老化測(cè)試中使用的溫度通常達(dá)到 150 攝氏度或更低，并且測(cè)試增量可以跨越幾小時(shí)到幾天，具體取決于測(cè)試要求。這與 ALT 測(cè)試形成對(duì)比，在 ALT 測(cè)試中，設(shè)備暴露在高達(dá) 300 – 400 攝氏度的溫度下很長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)千到數(shù)萬(wàn)小時(shí)）以達(dá)到組件的故障點(diǎn)。

通常，大多數(shù)制造商會(huì)結(jié)合使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)老化測(cè)試來(lái)獲得最佳結(jié)果。畢竟，從這些評(píng)估中收集的性能數(shù)據(jù)對(duì)于改進(jìn)制造流程至關(guān)重要。因此，即使成本更高，更全面的測(cè)試也是有益的。

歸根結(jié)底，實(shí)施老化測(cè)試的目的就是確保提高對(duì)制造的半導(dǎo)體在壓力下的表現(xiàn)的可見(jiàn)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(gè)測(cè)試階段都會(huì)產(chǎn)生正確統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)據(jù)。