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    半導(dǎo)體產(chǎn)品可靠性測試的主要目的在于確保發(fā)貨的半導(dǎo)體產(chǎn)品在經(jīng)客戶組裝和調(diào)試后，能在終端用戶手中展現(xiàn)出預(yù)期的使用壽命、功能和性能。然而，這一測試受到時(shí)間和資金的限制。半導(dǎo)體產(chǎn)品需要較長的使用壽命和較低的故障率，若在實(shí)際使用條件下進(jìn)行測試，將耗費(fèi)大量的測試時(shí)間，并且需要極大的樣本量。

    因此，通常會(huì)采用加速電壓、溫度和濕度的方式來縮短測試時(shí)間。此外，考慮到工藝和設(shè)計(jì)的相似性，還會(huì)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)抽樣的方法，從而優(yōu)化測試樣本的數(shù)量。為了驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性，會(huì)進(jìn)行各種壽命和環(huán)境測試，這一過程被稱為設(shè)計(jì)認(rèn)可測試（DAT），以確保產(chǎn)品達(dá)到所需的規(guī)格以及質(zhì)量/可靠性目標(biāo)。

    在大規(guī)模生產(chǎn)期間，半導(dǎo)體產(chǎn)品是在嚴(yán)格的制造控制和篩選條件下生產(chǎn)的，目的是剔除有潛在故障的產(chǎn)品，從而確保產(chǎn)品具有更高的可靠性。此外，還會(huì)通過對(duì)產(chǎn)品特性進(jìn)行初始檢查以及定期開展可靠性監(jiān)測來評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量水平是否仍然維持在較高水準(zhǔn)。

    為達(dá)成上述目標(biāo)，在開展可靠性測試之前，必須考慮以下幾點(diǎn)：

（1）半導(dǎo)體產(chǎn)品將用于哪些應(yīng)用場景？

（2）半導(dǎo)體產(chǎn)品可能會(huì)在何種環(huán)境和運(yùn)行條件下使用？

（3）可能的失效模式和機(jī)制有哪些？何種加速應(yīng)力測試較為合適？

（4）市場對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性（例如故障率）有何要求？

（5）半導(dǎo)體產(chǎn)品的預(yù)期使用壽命是多久？

（6）半導(dǎo)體產(chǎn)品在創(chuàng)新性和重要性方面的情況如何？

    在確定測試、應(yīng)力條件和樣本量時(shí)，必須考慮這些因素。以下是可應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)品的加速應(yīng)力：

（1）溫度

（2）溫濕度

（3）電壓

（4）溫差

（5）電流

    在可靠性測試中，重要的是測試必須有助于對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估和改進(jìn)。因此，積累可靠性測試結(jié)果、在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的故障分析并將結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)部門和制造流程至關(guān)重要。

芯片可靠性測試的主要階段、目的和內(nèi)容

    可靠性測試方法：可靠性測試方法包含測試結(jié)構(gòu)（TEG）評(píng)估和產(chǎn)品評(píng)估。針對(duì)每種失效原因，會(huì)創(chuàng)建專門的器件組（即測試結(jié)構(gòu)，簡稱TEG）來進(jìn)行TEG評(píng)估；而產(chǎn)品評(píng)估則是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的評(píng)估。

1）測試結(jié)構(gòu)（TEG）評(píng)估

    TEG評(píng)估以基本失效機(jī)制為目標(biāo)。在這種方法中，會(huì)專門制造一組器件，用于對(duì)每種失效機(jī)制進(jìn)行評(píng)估和分析。該方法能夠?qū)κC(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估和失效分析，在量化極限和加速能力方面非常有效。下表展示了一個(gè)TEG評(píng)估方法的示例。

    依據(jù)目標(biāo)的不同，TEG評(píng)估可在晶圓上或者封裝后的封裝體中開展。TEG評(píng)估有四個(gè)主要目標(biāo)：

(1) 在新技術(shù)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)批準(zhǔn)測試（DAT）期間，用于找出消除影響可靠性的失效機(jī)制的方法。上表中所示的各類TEG可用于評(píng)估由工藝或設(shè)計(jì)引起的失效機(jī)制。

(2) 明確在產(chǎn)品評(píng)估階段發(fā)現(xiàn)的缺陷所涉及的失效機(jī)制。

(3) 用于監(jiān)測制造工藝參數(shù)，監(jiān)測諸如膜厚、膜形和污染等工藝質(zhì)量控制項(xiàng)目，以及每個(gè)工藝和設(shè)計(jì)規(guī)則的失效率。

(4) 為每個(gè)功能塊開發(fā)TEG，并根據(jù)每個(gè)TEG組合預(yù)估產(chǎn)品的可靠性壽命和失效率。

    通過這種方式，TEG可用于多種目的。

2）產(chǎn)品評(píng)估

    根據(jù)產(chǎn)品的創(chuàng)新性和重要性對(duì)評(píng)估等級(jí)進(jìn)行分類，進(jìn)而確定測試項(xiàng)目和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以此實(shí)現(xiàn)高效且有重點(diǎn)的測試。TEG（測試結(jié)構(gòu)）評(píng)估可為每個(gè)失效機(jī)制生成詳細(xì)且關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。但因不一致性以及失效機(jī)制組合產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)所導(dǎo)致的缺陷卻難以被檢測到。所以，作為TEG評(píng)估的補(bǔ)充，必須開展全面的產(chǎn)品評(píng)估。

    產(chǎn)品可靠性測試應(yīng)盡可能在實(shí)際的現(xiàn)場環(huán)境條件下進(jìn)行，并且始終要具備可重復(fù)性。因此，在可能的情況下應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法，要求測試符合日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）、日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA）、美國軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）、國際電工委員會(huì)（IEC）和美國電子器件工程聯(lián)合委員會(huì)（JEDEC）等半導(dǎo)體器件測試標(biāo)準(zhǔn)，下表展示了部分此類標(biāo)準(zhǔn)。

    各公司可以從半導(dǎo)體產(chǎn)品的常見測試中（詳見下表），選取符合JIS、JEITA、MIL、IEC和JEDEC的測試方法，將其標(biāo)準(zhǔn)化、本地化，并依據(jù)產(chǎn)品組開展合適的測試。此外，還會(huì)在現(xiàn)場環(huán)境和氣候條件下進(jìn)行靜電放電（ESD）、閂鎖強(qiáng)度、軟失效等情況的測試。

壽命和環(huán)境測試

機(jī)械性能測試

故障評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

    一般來說，故障分為致命故障（如功能故障、開路和短路）以及其他故障，例如電氣特性退化和外觀缺陷（在外觀檢查中被檢測為故障）。原則上，根據(jù)器件規(guī)格中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)是否滿足來評(píng)估。

可靠性測試的詳細(xì)應(yīng)用方法（階段和流程簡介）

1）設(shè)計(jì)認(rèn)可測試流程

    半導(dǎo)體可靠性測試在研發(fā)與量產(chǎn)階段都會(huì)開展。在研發(fā)階段，可靠性測試被用于評(píng)估設(shè)計(jì)質(zhì)量、材料以及工藝；而在量產(chǎn)階段，它被用作設(shè)計(jì)認(rèn)可測試和定期的可靠性監(jiān)測手段。

    設(shè)計(jì)認(rèn)可測試（DAT）流程在研發(fā)期間主要利用測試元件組（TEG）來評(píng)估晶圓工藝和封裝，并獲取設(shè)計(jì)優(yōu)化所需的基本數(shù)據(jù)。產(chǎn)品依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后采用原型進(jìn)行DAT。在評(píng)估時(shí)，產(chǎn)品按照設(shè)計(jì)規(guī)則和封裝進(jìn)行分類，針對(duì)每個(gè)類別的代表性產(chǎn)品開展可靠性測試。

    測試內(nèi)容包括電氣特性、早期失效率（EFR）、長期壽命或隨機(jī)失效率（IFR）、閾值以及環(huán)境測試。針對(duì)非代表性產(chǎn)品的可靠性測試主要以電氣特性和小樣本為依據(jù)。下面給出了一個(gè)產(chǎn)品的DAT示例。

2）量產(chǎn)期間的可靠性監(jiān)測

    通過設(shè)計(jì)認(rèn)可測試（DAT）的產(chǎn)品在發(fā)貨前需接受初始質(zhì)量保證檢查。此外，還會(huì)開展定期的可靠性監(jiān)測，以驗(yàn)證已發(fā)貨產(chǎn)品的可靠性水平。在初始質(zhì)量保證檢查環(huán)節(jié)，要對(duì)產(chǎn)品的初始電氣特性和外觀進(jìn)行檢查，目的是驗(yàn)證每個(gè)產(chǎn)品批次的質(zhì)量，確保發(fā)貨產(chǎn)品的質(zhì)量。

    定期的可靠性驗(yàn)證（即可靠性監(jiān)測）包括對(duì)按工藝和封裝類型分類的產(chǎn)品組進(jìn)行壽命和環(huán)境測試?？煽啃运綍?huì)被持續(xù)監(jiān)測，故障會(huì)被分析，分析結(jié)果將反饋至制造流程。此外，數(shù)據(jù)會(huì)被積累起來，以便進(jìn)一步提高可靠性。