 在芯片的国产化浪潮下，国产芯片的出货量和替代率近年来迅速飙升。按出货量比率看，消费电子领域，电源管理芯片和射频前端芯片国产替代率已超过70%；工控通信领域，电源管理和信号链芯片国产替代率也超过20%；汽车电子领域，电源管理和功率器件的国产替代率尚不足10%。为了抓住商机，争取项目和订单，许多公司铤而走险，在未完成可靠性实验或可靠性实验已明确未通过的情况下，强行提供可靠性报告，透支信用，进而拉低国产芯片身价，卷入价格战泥潭，不禁令人唏嘘，哀其不幸，怒其不争。今天小潮就来聊聊芯片的可靠性。 根据个人多年从业经验，芯片可靠性可以粗略分为三个大类：静电类可靠性、生产类可靠性以及寿命类可靠性。  一静电类可靠性 静电类可靠性主要为ESD (Electro-Static discharge)。作为最高频的失效原因，ESD防不胜防，是造成终端产品客诉的主要元凶。在生产、组装、测试、存放、运输等过程中都有可能将电荷积累在人体、仪器和设备中，在不经意间接触就会形成放电路径甚至不接触空气放电，瞬间高压将芯片击穿，从而出现ESD失效。 （Latch-Up和Surge与静电无关，但检测机构和测试手法与ESD相似相通，为方便分类和查阅，暂且归在本领域。） 01.HBM (Human Body Model)---人体带电模型 标准JESD22-A114 人体是良导体，很容易积累电荷，特别是冬天干燥的情况下，经常出现对人或对金属放电的现象。HBM就是衡量人体将所积累的电荷释放给芯片的场景下，芯片的静电承受能力。一般厂商都会要求±500V步进，测到最高水平，±1000V为最低通过标准，部分产品会要求±2000V。 0.2CDM (Charge Device Model)---充电器件模型 标准JESD22-C101 芯片在加工制造、测试运输过程中也会积累电荷，在后续的管脚接触中放电。CDM衡量的是芯片自己积累电荷对地放电的场景下，芯片的静电承受能力。一般厂商都会要求通过标准为±500V，四角的管脚有时候会要求最低±750V。 03.MM (Machine Model)---机器模型 标准JESD22-A115C 加工机台或测试机台未良好接地时，也会积累电荷，与芯片接触就会放电。MM衡量的是机台积累的电荷释放给芯片的场景下，芯片的静电承受能力。因为现在生产测试流程都很规范，机台和工人接地都很充分，大多数厂商现在都不会看MM能力，非要卡的话，±200V即可，少数高标准客户会要求±500V。 04.LU (Latch-Up)---闩锁 标准JESD78E CMOS工艺的P阱、N阱和衬底之间结合会导致寄生出n-p-n-p结构，当其中一个三极管正偏时，就会发生正反馈形成闩锁，电流越来越大，最后烧毁芯片。LU衡量的是芯片出现闩锁效应下的过流能力。一般会以1.5*VCC，100mA作为通过标准。 05.Surge---浪涌 标准IEC-61000-4-5 给芯片供电的VBAT、VCC、VDD不会一直稳定，经常出现浪涌现象，和ESD相比，电压等级很低，但持续时间较长，最后会热烧毁。Surge衡量的是芯片在供电管脚发生浪涌时，能承受的浪涌电压能力。根据用途要求不同，Power芯片要求会高一些，信号类芯片一般要求1.6-2倍VCC。 二生产类可靠性 生产类可靠性主要为晶圆在封装过程中的质量管控。某个工序处理的不到位，后面的寿命可靠性就会大打折扣，一般会要求封装厂做，芯片厂不用投入精力。 01.BP (Bond Pull Strength)---打线拉力强度 标准MIL-STD-883-2011 02.BS (Bond Shear)---键合剪切，BP的补充 标准JESD22-B116 03.DS (Die Shear Strength)---晶粒粘接强度 标准MIL-STD-883-2019 04.SD (Solderability)---可焊性 标准JESD22-B102 三寿命类可靠性 寿命类可靠性是衡量芯片规格高低的最重要因素，业界常说的商规工规车规也在这里体现。为了预测芯片可以使用多少年，一般会采用高温、高湿、高压环境加速芯片老化，然后通过换算得知芯片的使用寿命。 01.PC (Precondition)---预处理 标准JESD22-A113 PC是寿命类可靠性的前置实验，将三个批次各77颗样片进行烘烤、浸湿、过三次回流焊，然后将实验品分批，给其他项目试验。 02.TC (Temperature Cycle)---温度循环 标准JESD22-A104 从低温到高温循环，温度变化较慢，衡量芯片承受冷热冲击的能力。一般为-45°C~125°C，1000循环；也有些客户要求-60°C~125°C，500循环。 03.TS (Temperature Shock)-温度冲击 标准为JESD22-A106 快速从低温到高温，检验芯片的抗温度冲击能力。一般要求-45°C~125°C，驻留时间10分钟，移动时间20秒，300或500循环。 04.AC (Autoclave)---高压釜/高压蒸煮 标准为JESD22-A102 利用高温、高压、高湿测试芯片对湿气的抵抗能力。一般在121℃, 100% RH, 205kPa下测试96小时。 05.THB (Temperature Humidity Bias)---温湿度偏压 标准为JESD22-A101 和AC测试类似，高温高湿环境下加速老化，不同的是需要加偏压。一般在85℃, 85%RH，加电，测试1000小时。 06B.HAST (Biased High Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)---高加速应力测试 标准为JESD22-A110 在高温高湿高压环境下，加速湿气对产品的侵入。一般在130℃, 85%RH，VCCmax测试96小时；或者110℃, 85%RH，VCCmax测试264小时。因为测试手法相似，THB和HAST可以二选一做。 07.uHAST (Unbiased High Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)---高加速应力测试 标准为JESD22-A118 与BHAST相比，不用加偏压，其他都一样。 08.HTS (High Temperature Storage)---高温存储 标准为JESD22-A103 检验在高温环境下存放的时间，一般要求150°C，1000小时。 09.LTS (Low Temperature Storage)---低温存储 标准为JESD22-A119 检验在低温环境下存放的时间，一般要求-40°C，168小时以上。因为低温存放场景几乎没有，大部分客户不会要求此项测试。 010.HTOL (High Temperature Operating Life)---高温工作寿命 标准为JESD22-A108 HTOL可谓是可靠性测试中最重要的一项，最贴切的模拟芯片工作的环境，然后通过高温和高压，加速芯片工作老化，从而推算芯片的使用寿命。业界通常说的可靠性多少小时基本都指的HTOL。一般按照125°C，VCCmax，1000小时测试。温度加速因子主要与实验温度、使用温度、表面活化能相关，一般125°C，1000小时的HTOL对应的温度加速因子为77.94，对应55°C下可工作8.9年。一般做HTOL的电压会比推荐最高工作电压高10%，以推荐最高工作电压1.8V为例，实验电压2V，电压加速因子为1.22，叠加温度加速因子后，总时间加速因子为93.3，对应常温下使用寿命13.2年，满足绝大部分场景应用。  011.DT (Drop Test)---跌落测试 标准为JESD22-B111 终端在使用中经常会跌落，振动，DT衡量的是芯片抗跌落振动的能力。一般选择1500G加速度，0.5ms半正弦波周期，200次冲击。 012.MS (Mechanical Shock)---机械冲击 标准为JESD-47 在0.5ms脉冲时间内，1500G的加速度冲击脉冲，X/Y/Z三轴各五次。  四商规、工规、车规 Commercial、Industrial、Automotive是业界对行业的简单划分，各自领域对可靠性的要求也全然不同。 01.商规 商规标准主要约束消费类电子行业的器件，因为行业属性，终端用个两三年，坏了就扔，没有什么后果，迭代较快。因此温度范围-20°C~65°C就可以满足，使用寿命五年即可，对应可靠性实验500小时。但近年来许多消费类电子客户不断提高标准，希望设备更耐用，现在基本都要求1000小时。 02.工规 工规标准主要约束工业控制、通信、医疗等行业的器件。这些行业的设备普遍单价较高，使用寿命要求5年以上，且环境较恶劣，因此温度范围要求-40°C~85°C，使用寿命五年以上，对应可靠性实验1000小时，部分户外产品要求2000小时可靠性。 03.车规 车规标准主要约束汽车电子行业的器件。由于终端产品太过昂贵，会处在各种极端环境下工作，且关乎乘客人身安全，因此车规另成体系，遵循AEC-Q系列标准。如针对单芯片的AEC-Q100，针对分立器件的AEC-Q101，针对光电器件的AEC-Q102，针对多芯片器件的AEC-Q104，针对无源器件的AEC-Q200等。根据使用场景的不同，也会分为Grade0~3，比如温度要求从最低的Grade 3 -40°C~85°C到最高的Grade 0 -40°C~150°C不等。 汽车电子一般要求使用寿命10年以上，而高温高压下的1000小时HTOL也可以满足10年使用寿命。车规最特殊的地方当属专用产线，晶圆产线和封测产线必须满足车规ITAF16949标准，且将车规和非车规分线加工。近年来汽车竞争加剧，新车迭代加速，很多非核心物料也开始采用商规产品打擦边球，由于现在商规物料大部分都已经做1000小时可靠性了，因此风险较小，不用太过担心。 质量是一个公司的生命线，值得公司每一个员工重视。只有芯片可靠，客户使用后客诉少，才能逐步建立品牌形象，打下长远发展的基石。 |
