半導(dǎo)體廠商應(yīng)對半導(dǎo)體元器件零缺陷的大挑戰(zhàn)

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。業(yè)界對于半導(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)對挑戰(zhàn)，以滿足汽車用戶的需求。

美國汽車電子委員會AEC-Q001規(guī)格推薦了一種通用方法，該方法采用零件平均測試(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元器件的品質(zhì)和可靠性。對特定晶圓、批號或待測零件組，PAT方法可以指示總平均值落在6σ之外的測試結(jié)果，任何超出特定元器件的6σ限制值的測試結(jié)果均被視為不合格，并從零件總數(shù)中剔除，那些未達到PAT限制值的零件不能開始出貨給客戶，這樣一來就改進了元器件的品質(zhì)和可靠性。

用戶對這些規(guī)格的要求促使供貨商之間的競爭更加激烈。在改進可靠性并降低缺陷率方面面臨很大的壓力，尤其對于目前由半導(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、動力及主動穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

供貨商既要改進已開始出貨零件的品質(zhì)，又要讓這些規(guī)格對其良率的影響最小。由于制造成本持續(xù)走低，測試成本卻維持在相對不變的水準(zhǔn)，因此測試成本在制造成本中的比重日益增大，元器件的利潤空間持續(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估他們的測試程序以便找到替代測試方法，并且從備選方法中反復(fù)試驗直至找到最佳方法。 不借助尖端的分析和仿真工具，供貨商就會在沒有充分了解這些規(guī)格對供應(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試，那么結(jié)果即使保證采用PAT之類的規(guī)格對元器件進行了測試并以相同的DPM率開始出貨，在這種情況下保證也是毫無疑義的，而且可靠性也會降低。 一些供貨商似乎認(rèn)為，在晶圓探測中進行PAT測試就足夠了，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，因此會在封裝測試時導(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和最終測試兩個階段都進行PAT測試，而且他們的客戶也應(yīng)推動該方法的應(yīng)用。

實時PAT和統(tǒng)計后處理PAT處理過程采用的方法，是經(jīng)由對數(shù)個批處理過程分析最新的數(shù)據(jù)，并為每個感興趣的測試建立靜態(tài)PAT限制。

經(jīng)計算，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)整合在測試程序中。靜態(tài)PAT限制值必須至少每六個月覆審并更新一次。首選的方法是計算每個批次或晶圓的動態(tài)PAT限制值。

動態(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態(tài)PAT限制值根據(jù)晶圓或批次運算，因而限制值將會根據(jù)晶圓或批次所采用的材料性能連續(xù)變化。動態(tài)PAT限制值運算為平均值+/-(n*σ)或中值+/-(N*強韌σ)，且不能小于測試程序中所規(guī)定的LSL或大于USL。