采用零件平均測(cè)試法檢測(cè)汽車半導(dǎo)體元器件品質(zhì)的方法

業(yè)界對(duì)于半導(dǎo)體元器件零缺陷需求的呼聲日益高漲，為此半導(dǎo)體制造商開始加大投資應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，以滿足汽車用戶的需求。隨著汽車中電子元器件數(shù)量的不斷增加，必須嚴(yán)格控制現(xiàn)代汽車中半導(dǎo)體元器件的品質(zhì)以降低每百萬零件的缺陷率(DPM)，將與電子元器件相關(guān)的使用現(xiàn)場(chǎng)退回及擔(dān)保等問題最小化，并減少因電子元器件失效導(dǎo)致的責(zé)任問題。

美國(guó)汽車電子委員會(huì)AEC-Q001規(guī)格推薦了一種通用方法，該方法采用零件平均測(cè)試(Part Average Testing，PAT)方法將異常零件從總零件中剔除，因而在供貨商階段改進(jìn)元器件的品質(zhì)和可靠性。對(duì)特定晶圓、批號(hào)或待測(cè)零件組，PAT方法可以指示總平均值落在6σ之外的測(cè)試結(jié)果，任何超出特定元器件的6σ限制值的測(cè)試結(jié)果均被視為不合格，并從零件總數(shù)中剔除，那些未達(dá)到PAT限制值的零件不能開始出貨給客戶，這樣一來就改進(jìn)了元器件的品質(zhì)和可靠性。

用戶對(duì)這些規(guī)格的要求促使供貨商之間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。在改進(jìn)可靠性并降低缺陷率方面面臨很大的壓力，尤其對(duì)于目前由半導(dǎo)體控制的許多相當(dāng)重要的安全功能，諸如剎車、牽引控制、動(dòng)力及主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。供貨商既要改進(jìn)已開始出貨零件的品質(zhì)，又要讓這些規(guī)格對(duì)其良率的影響最小。由于制造成本持續(xù)走低，測(cè)試成本卻維持在相對(duì)不變的水準(zhǔn)，因此測(cè)試成本在制造成本中的比重日益增大，元器件的利潤(rùn)空間持續(xù)縮水。由于絕大部份的良率都不能夠滿足要求，所以供貨商必須徹底評(píng)估他們的測(cè)試程序以便找到替代測(cè)試方法，并且從備選方法中反復(fù)試驗(yàn)直至找到最佳方法。

不借助尖端的分析和仿真工具，供貨商就會(huì)在沒有充分了解這些規(guī)格對(duì)供應(yīng)鏈影響的情況下應(yīng)用它們。更糟糕的是，如果盲目應(yīng)用并遺漏了重要的測(cè)試，那么結(jié)果即使保證采用PAT之類的規(guī)格對(duì)元器件進(jìn)行了測(cè)試并以相同的DPM率開始出貨，在這種情況下保證也是毫無疑義的，而且可靠性也會(huì)降低。

一些供貨商似乎認(rèn)為，在晶圓探測(cè)中進(jìn)行PAT測(cè)試就足夠了，但研究顯示采用這種方法存在許多問題。在晶圓探測(cè)中采用PAT是第一道品質(zhì)關(guān)卡，但在剩余的下游制造過程中，由于無數(shù)可變因素造成的變量增加，因此會(huì)在封裝測(cè)試時(shí)導(dǎo)致更多的PAT異常值。如果供貨商希望推出高品質(zhì)的零件，他們就必須在晶圓探測(cè)和最終測(cè)試兩個(gè)階段都進(jìn)行PAT測(cè)試，而且他們的客戶也應(yīng)推動(dòng)該方法的應(yīng)用。

實(shí)時(shí)PAT和統(tǒng)計(jì)后處理 PAT處理過程采用的方法，是經(jīng)由對(duì)數(shù)個(gè)批處理過程分析最新的數(shù)據(jù)，并為每個(gè)感興趣的測(cè)試建立靜態(tài)PAT限制。經(jīng)計(jì)算，這些限制的平均值為+/-6σ，且通常作為規(guī)格上限(USL)和規(guī)格下限(LSL)整合在測(cè)試程序中。靜態(tài)PAT限制值必須至少每六個(gè)月覆審并更新一次。

首選的方法是計(jì)算每個(gè)批次或晶圓的動(dòng)態(tài)PAT限制值。動(dòng)態(tài)PAT限制值通常比靜態(tài)PAT限制值更為嚴(yán)格，并且清除不在正常分布內(nèi)的任何異常值。最為重要的差異是動(dòng)態(tài)PAT限制值根據(jù)晶圓或批次運(yùn)算，因而限制值將會(huì)根據(jù)晶圓或批次所采用的材料性能連續(xù)變化。動(dòng)態(tài)PAT限制值運(yùn)算為平均值+/-(n*σ)或中值+/-(N*強(qiáng)韌σ)，且不能小于測(cè)試程序中所規(guī)定的LSL或大于USL。

所運(yùn)算出的PAT限制值必定被作為圖1中所示的較低PAT限制(LPL)和較高PAT限制(UPL)。任何超過動(dòng)態(tài)PAT限制且處于LSL和USL限制之間的值都被視為異常值。這些異常值通常被命名為故障并被裝入一個(gè)特定的異常值軟件和硬件箱。追蹤特定晶圓或批次所計(jì)算出的PAT限制以及每一個(gè)測(cè)試所檢測(cè)到的異常量對(duì)于后期追溯具有重要意義。實(shí)施PAT有兩種主要方法：實(shí)時(shí)PAT和統(tǒng)計(jì)后處理(SPP)。供貨商必須清楚是否要在探測(cè)和最終測(cè)試中采用兩種不同方法，還是只采用一種方案更有意義。