汽车工业推动了半导体IC可靠性的发展

工程师7 发表于 2018-05-18 10:41:00 收藏 已收藏
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汽车工业推动了半导体IC可靠性的发展

工程师7 发表于 2018-05-18 10:41:00

对于汽车里所采用的上千个芯片,有一个浅显的事实,即它们都不能失灵。 可靠性对于汽车半导体元件至关重要,任何在行驶途中发生故障的芯片都可能导致昂贵的维修费用,甚至可能造成人身伤害甚至死亡。为了满足汽车行业的这一特殊要求,半导体制造商必须解决和提高芯片的可靠性。

虽然汽车的基本功能并没有改变 - 依然是将人员和事物从一个地方运送到另一个地方 - 汽车技术和功能却随着时间的推移而不断发展和增加。汽车制造商不断加入新的功能让我们的汽车更加高效和安全,并提供更多娱乐 - 这些功能都需要使用半导体元件。如今,电子元件占汽车制造总成本的35%,预计到2030年这一比例将增加到50%。如今一辆汽车可能需要数千个芯片才能支持它的技术功能(电子燃油喷射,气电混合动力等)、安全功能(防锁刹车,安全气囊等)、和便利功能(卫星导航,与智能手机结合等)。而且,随着无人驾驶技术在可行性和普及性方面的进步,无人汽车所需的传感器和AI(人工智能)所需的芯片数量将迅速增加。

对于汽车里所采用的上千个芯片,有一个浅显的事实,即它们都不能失灵。 可靠性对于汽车半导体元件至关重要,任何在行驶途中发生故障的芯片都可能导致昂贵的维修费用,甚至可能造成人身伤害甚至死亡。为了满足汽车行业的这一特殊要求,半导体制造商必须解决和提高芯片的可靠性。

幸运的是,对于半导体制造商来说,他们很清楚芯片的可靠性与什么相关:那就是缺陷! 事实上,对于设计良好的半导体制造工艺和产品来说,随机缺陷就是造成芯片早期可靠性问题的主要根源。

对于半导体制造商来说,有两种芯片缺陷最为重要:

(1)  致命缺陷: 这些缺陷会导致芯片在半导体制造过程中的最后测试阶段失败。具有致命缺陷的芯片永远不会离开制造厂。因此致命缺陷影响半导体制造商的成品率。

(2)  潜在缺陷:这些缺陷会导致芯片在老化或使用一段时间后失效。今天,大多数带有潜在缺陷的芯片将通过最终测试,并将在供应链上持续向前,包括安装在汽车上。但是,最终的潜在缺陷会导致芯片失灵 - 而芯片可靠性出问题就会影响汽车的可靠性。

有趣的是,致命缺陷(影响成品率)和潜在缺陷(影响可靠性)之间是相关的。 影响成品率的缺陷类型也会影响可靠性; 两者的区别主要在于缺陷尺寸大小以及出现在芯片图案结构上的位置不同。例如,桥接缺陷(即多余的材料造成两条不应连接的线路出现连接并短路)是一个会影响成品率的致命缺陷。 部分桥接缺陷 - 两条线之间的多余材料还没有造成连接 – 则是潜在的缺陷,并可能导致可靠性问题。 随着环境和使用,缺陷可能会变成一个完整的桥接,最终导致短路和随之而来的芯片故障。

成品率缺陷与可靠性缺陷之间的这种相关性不仅仅只是缺陷类型相同:它们都是半导体制造过程中相同的根本原因而导致。失效分析已经表明,大多数可靠性缺陷都源于芯片厂并与生产工艺有关(并且导致成品率问题)。由于成品率缺陷和可靠性缺陷具有相同的根本原因,因此提高半导体芯片的成品率将有助于提高可靠性! 事实上,为了提高汽车芯片的可靠性,半导体制造商采取了一个简单但却关键的策略:降低芯片厂的整体随机缺陷水平,这是减少产生可靠性缺陷的可能性的最好方法。而且,减少整体随机缺陷的最好方法是什么? 是采用世界一流的缺陷减少策略。

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