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(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(jìn)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(jìn)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(jìn)而降低故障率。

只有在大量樣本上進(jìn)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(jìn)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(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(jī)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(jìn)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(jī)發(fā)生。然而，當(dāng)在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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)。