如何確保IGBT的產(chǎn)品可靠性

在當(dāng)今的半導(dǎo)體市場，公司成功的兩個重要因素是產(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IGBT進(jìn)行可靠性測試，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?。所有 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，會在最終測試時從這些系列的存貨中抽樣，然后提交進(jìn)行審核測試。通過對每個產(chǎn)品進(jìn)行實時極端壓力測試，可能會發(fā)現(xiàn)一些可以通過過程控制檢測到的工藝異常。典型的可靠性審核測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)和高壓鍋測試。為了發(fā)現(xiàn)任何隱藏的故障模式，可靠性測試被設(shè)計成超出常規(guī)質(zhì)量和可靠性測試的測試條件。

檢測到的故障會被發(fā)送到產(chǎn)品分析實驗室進(jìn)行實時評估。這個高度專業(yè)化的實驗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。總之，這些能力允許對故障機制進(jìn)行迅速和準(zhǔn)確的分析，確保評估的結(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。正是這種對可靠性審核的嚴(yán)格和持續(xù)關(guān)注，為實現(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

半導(dǎo)體用戶最關(guān)心的是器件性能與時間的關(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)?？煽啃钥梢灾匦露x為在給定制造商的規(guī)格下，在給定時間段內(nèi)無故障性能的概率。一般情況下，半導(dǎo)體的故障率在長時間內(nèi)會顯示出所謂的“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 分布來計算故障率：

（公式5）

其中

（公式6）

置信限度是計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值，是此分布的平均值。90% 的置信限度是一個非常保守的值，它會導(dǎo)致更高的 λ，表示 90% 的分布區(qū)域位于該值左側(cè)的點。

(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)量是一個關(guān)鍵因素，因為不合格品的定義通常因制造商而異。由于隨著樣本量和測試時間的減少，測試不能代表整個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 計算也會在短時間測試期間產(chǎn)生出奇高的 λ 值。為此，必須收集相對大量的數(shù)據(jù)來證明真實的長期故障率。由于這需要對數(shù)以千計的器件進(jìn)行多年測試，因此開發(fā)了加速測試方法。

圖 4.置信限度和樣本故障率的分布

多年的半導(dǎo)體器件測試表明，溫度會加速故障的出現(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)速率隨時間和溫度的變化

Ro = 常數(shù)

t = 時間

T = 絕對溫度，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

這個公式也可以寫成以下形式：

AF = 加速因子

T2 = 用戶溫度

T1 = 實際測試溫度

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

可靠性認(rèn)證/評估大綱

安森美可靠性和質(zhì)量保證工程的部分職能是評估新產(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，以驗證完整性、可靠性和一致性，從而確保在實際應(yīng)用中能發(fā)揮出令人滿意的性能?？煽啃栽u估可能需要進(jìn)行一系列廣泛的可靠性測試，例如“已執(zhí)行的測試”部分中概述的測試，或根據(jù)認(rèn)證要求進(jìn)行的特殊測試。

審核編輯：湯梓紅