如何確保IGBT的產(chǎn)品可靠性

在當(dāng)今的半導(dǎo)體市場(chǎng)，公司成功的兩個(gè)重要因素是產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。而這兩者是相互關(guān)聯(lián)的，可靠性體現(xiàn)為在產(chǎn)品預(yù)期壽命內(nèi)的長期質(zhì)量表現(xiàn)。任何制造商要想維續(xù)經(jīng)營，必須確保產(chǎn)品達(dá)到或超過基本的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。安森美(onsemi)作為一家半導(dǎo)體供應(yīng)商，為高要求的應(yīng)用提供能在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的產(chǎn)品，且這些產(chǎn)品達(dá)到了高品質(zhì)和高可靠性。之前我們分享了如何對(duì)IGBT進(jìn)行可靠性測(cè)試，今天我們來介紹如何通過可靠性審核程序確保IGBT的產(chǎn)品可靠性。

安森美通過嚴(yán)格執(zhí)行可靠性審核程序來確?？煽啃浴Ｋ?IGBT 產(chǎn)品都根據(jù)工藝技術(shù)和封裝類型分為不同的系列。每季度，會(huì)在最終測(cè)試時(shí)從這些系列的存貨中抽樣，然后提交進(jìn)行審核測(cè)試。通過對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)極端壓力測(cè)試，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些可以通過過程控制檢測(cè)到的工藝異常。典型的可靠性審核測(cè)試包括高溫反向偏置、高溫柵極偏置、間歇性工作壽命、溫度循環(huán)和高壓鍋測(cè)試。為了發(fā)現(xiàn)任何隱藏的故障模式，可靠性測(cè)試被設(shè)計(jì)成超出常規(guī)質(zhì)量和可靠性測(cè)試的測(cè)試條件。

檢測(cè)到的故障會(huì)被發(fā)送到產(chǎn)品分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。這個(gè)高度專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)室配備了多種分析能力，包括電氣特性、濕化學(xué)和等離子體技術(shù)、冶金橫截面、掃描電子顯微鏡、色散 X 射線、俄歇光譜和微觀/宏觀拍攝?？傊?，這些能力允許對(duì)故障機(jī)制進(jìn)行迅速和準(zhǔn)確的分析，確保評(píng)估的結(jié)果可以轉(zhuǎn)化為糾正措施并引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)呢?zé)任領(lǐng)域。

安森美可靠性審核程序提供了一種強(qiáng)大的方法，可以發(fā)現(xiàn) IGBT 產(chǎn)品線中潛在的工藝異常跡象。正是這種對(duì)可靠性審核的嚴(yán)格和持續(xù)關(guān)注，為實(shí)現(xiàn)客戶滿意度提供了良好保證。

IGBT 可靠性審核程序

可靠性要點(diǎn)

半導(dǎo)體用戶最關(guān)心的是器件性能與時(shí)間的關(guān)系。確定特定器件的適用性后，該器件的有效性取決于它可以提供無故障服務(wù)的時(shí)間長度。器件的可靠性體現(xiàn)了它將為客戶提供多好的服務(wù)。可靠性可以重新定義為在給定制造商的規(guī)格下，在給定時(shí)間段內(nèi)無故障性能的概率。一般情況下，半導(dǎo)體的故障率在長時(shí)間內(nèi)會(huì)顯示出所謂的“浴盆曲線”。

圖3.半導(dǎo)體故障率

可靠性力學(xué)分析

由于可靠性評(píng)估通常僅涉及總體器件中的部分樣本，因此中心極限定理的概念適用，并且可以通過以下公式使用 λ2 分布來計(jì)算故障率：

（公式5）

其中

（公式6）

置信限度是計(jì)算中所需的保守程度。中心極限定理指出，大規(guī)?？傮w中的任何單位樣本的值都將產(chǎn)生正態(tài)分布。50%的置信限度稱為最佳估計(jì)值，是此分布的平均值。90% 的置信限度是一個(gè)非常保守的值，它會(huì)導(dǎo)致更高的 λ，表示 90% 的分布區(qū)域位于該值左側(cè)的點(diǎn)。

(2r + 2) 稱為自由度，以適合于 λ2 表格的形式來表示不合格品的數(shù)量。不合格品的數(shù)量是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)椴缓细衿返亩x通常因制造商而異。由于隨著樣本量和測(cè)試時(shí)間的減少，測(cè)試不能代表整個(gè)總體的可能性越來越大，因此即使真正的長期故障率可能非常低，λ2 計(jì)算也會(huì)在短時(shí)間測(cè)試期間產(chǎn)生出奇高的 λ 值。為此，必須收集相對(duì)大量的數(shù)據(jù)來證明真實(shí)的長期故障率。由于這需要對(duì)數(shù)以千計(jì)的器件進(jìn)行多年測(cè)試，因此開發(fā)了加速測(cè)試方法。

圖 4.置信限度和樣本故障率的分布

多年的半導(dǎo)體器件測(cè)試表明，溫度會(huì)加速故障的出現(xiàn)，并且這種行為符合 Arrhenius 公式的形式：

（公式7）

其中：

R(t) = 反應(yīng)速率隨時(shí)間和溫度的變化

Ro = 常數(shù)

t = 時(shí)間

T = 絕對(duì)溫度，開爾文 (°C + 273°)= 活化能，電子伏特 (ev)

K = 波爾茲曼常數(shù) = 8.62 × 10?5 ev/°K

這個(gè)公式也可以寫成以下形式：

AF = 加速因子

T2 = 用戶溫度

T1 = 實(shí)際測(cè)試溫度

Arrhenius 公式指出反應(yīng)速率隨溫度呈指數(shù)增加。當(dāng)在對(duì)數(shù)線性紙上繪制時(shí)，這會(huì)產(chǎn)生一條直線，其斜率在物理上被解釋為特定反應(yīng)或故障機(jī)制的能量閾值。

可靠性認(rèn)證/評(píng)估大綱

安森美可靠性和質(zhì)量保證工程的部分職能是評(píng)估新產(chǎn)品的引入、工藝變化（無論是小變化還是大變化）和產(chǎn)品線更新，以驗(yàn)證完整性、可靠性和一致性，從而確保在實(shí)際應(yīng)用中能發(fā)揮出令人滿意的性能?？煽啃栽u(píng)估可能需要進(jìn)行一系列廣泛的可靠性測(cè)試，例如“已執(zhí)行的測(cè)試”部分中概述的測(cè)試，或根據(jù)認(rèn)證要求進(jìn)行的特殊測(cè)試。

審核編輯：湯梓紅