確保IGBT産品可靠性，需要經過哪些測試？

在當今的半導體市場，公司成功的兩個重要因素是産品質量和可靠性。而這兩者是相互關聯的，可靠性體現為在産品預期壽命內的長期質量錶現。任何製造商要想維續經營，必須確保産品達到或超過基本的質量標準和可靠性標準。安森美(onsemi)作為一家半導體供應商，為高要求的應用提供能在惡劣環境下運行的産品，且這些産品達到了高品質和高可靠性。之前我們分享了如何對IGBT進行可靠性測試，今天我們來介紹如何通過可靠性審核程序確保IGBT的産品可靠性。

安森美通過嚴格執行可靠性審核程序來確保可靠性。所有 IGBT 産品都根據工藝技術和封裝類型分為不同的係列。每季度，會在最終測試時從這些係列的存貨中抽樣，然後提交進行審核測試。通過對每個産品進行實時極端壓力測試，可能會發現一些可以通過過程控製檢測到的工藝異常。典型的可靠性審核測試包括高溫反嚮偏置、高溫柵極偏置、間歇性工作壽命、溫度循環和高壓鍋測試。為了發現任何隱藏的故障模式，可靠性測試被設計成超出常規質量和可靠性測試的測試條件。

檢測到的故障會被發送到産品分析實驗室進行實時評估。這個高度專業化的實驗室配備了多種分析能力，包括電氣特性、濕化學和等離子體技術、冶金橫截麵、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製進行迅速和準確的分析，確保評估的結果可以轉化為糾正措施並引導到適當的責任領域。

安森美可靠性審核程序提供了一種強大的方法，可以發現 IGBT 産品線中潛在的工藝異常跡象。正是這種對可靠性審核的嚴格和持續關註，為實現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

半導體用戶最關心的是器件性能與時間的關係。確定特定器件的適用性後，該器件的有效性取決於它可以提供無故障服務的時間長度。器件的可靠性體現了它將為客戶提供多好的服務。可靠性可以重新定義為在給定製造商的規格下，在給定時間段內無故障性能的概率。一般情況下，半導體的故障率在長時間內會顯示出所謂的“浴盆麯線”。

圖3.半導體故障率

可靠性力學分析

由於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，並且可以通過以下公式使用 λ2 分佈來計算故障率：

置信限度是計算中所需的保守程度。中心極限定理指出，大規模總體中的任何單位樣本的值都將産生正態分佈。50%的置信限度稱為最佳估計值，是此分佈的平均值。90% 的置信限度是一個非常保守的值，它會導緻更高的 λ，錶示 90% 的分佈區域位於該值左側的點。

(2r + 2) 稱為自由度，以適合於 λ2 錶格的形式來錶示不合格品的數量。不合格品的數量是一個關鍵因素，因為不合格品的定義通常因製造商而異。由於隨著樣本量和測試時間的減少，測試不能代錶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産生出奇高的 λ 值。為此，必須收集相對大量的數據來證明真實的長期故障率。由於這需要對數以仟計的器件進行多年測試，因此開發了加速測試方法。

圖 4.置信限度和樣本故障率的分佈

多年的半導體器件測試錶明，溫度會加速故障的出現，並且這種行為符合 Arrhenius 公式的形式：

其中：

R(t) = 反應速率隨時間和溫度的變化
Ro = 常數
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 = 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 公式指出反應速率隨溫度呈指數增加。當在對數線性紙上繪製時，這會産生一條直線，其斜率在物理上被解釋為特定反應或故障機製的能量閾值。

可靠性認證/評估大綱

安森美可靠性和質量保證工程的部分職能是評估新産品的引入、工藝變化（無論是小變化還是大變化）和産品線更新，以驗證完整性、可靠性和一緻性，從而確保在實際應用中能發揮出令人滿意的性能。可靠性評估可能需要進行一係列廣泛的可靠性測試，例如“已執行的測試”部分中概述的測試，或根據認證要求進行的特殊測試。