采用零件平均測試法檢測汽車半導(dǎo)體元器件品質(zhì)的方法

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。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。

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(jìn)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(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)算為平均值+/-(n*σ)或中值+/-(N*強(qiáng)韌σ)，且不能小于測試程序中所規(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特定的異常值軟件和硬件箱。追蹤特定晶圓或批次所計算出的PAT限制以及每一個測試所檢測到的異常量對于后期追溯具有重要意義。實施PAT有兩種主要方法：實時PAT和統(tǒng)計后處理(SPP)。供貨商必須清楚是否要在探測和最終測試中采用兩種不同方法，還是只采用一種方案更有意義。