如何确保IGBT的产品可靠性

在当今的半导体市场，公司成功的两个重要因素是产品质量和可靠性。而这两者是相互关联的，可靠性体现为在产品预期寿命内的长期质量表现。任何制造商要想维续经营，必须确保产品达到或超过基本的质量标准和可靠性标准。安森美(onsemi)作为一家半导体供应商，为高要求的应用提供能在恶劣环境下运行的产品，且这些产品达到了高品质和高可靠性。之前我们分享了如何对IGBT进行可靠性测试，今天我们来介绍如何通过可靠性审核程序确保IGBT的产品可靠性。

安森美通过严格执行可靠性审核程序来确保可靠性。所有 IGBT 产品都根据工艺技术和封装类型分为不同的系列。每季度，会在最终测试时从这些系列的存货中抽样，然后提交进行审核测试。通过对每个产品进行实时极端压力测试，可能会发现一些可以通过过程控制检测到的工艺异常。典型的可靠性审核测试包括高温反向偏置、高温栅极偏置、间歇性工作寿命、温度循环和高压锅测试。为了发现任何隐藏的故障模式，可靠性测试被设计成超出常规质量和可靠性测试的测试条件。

检测到的故障会被发送到产品分析实验室进行实时评估。这个高度专业化的实验室配备了多种分析能力，包括电气特性、湿化学和等离子体技术、冶金横截面、扫描电子显微镜、色散 X 射线、俄歇光谱和微观/宏观拍摄。总之，这些能力允许对故障机制进行迅速和准确的分析，确保评估的结果可以转化为纠正措施并引导到适当的责任领域。

安森美可靠性审核程序提供了一种强大的方法，可以发现 IGBT 产品线中潜在的工艺异常迹象。正是这种对可靠性审核的严格和持续关注，为实现客户满意度提供了良好保证。

IGBT 可靠性审核程序    

可靠性要点    

半导体用户最关心的是器件性能与时间的关系。确定特定器件的适用性后，该器件的有效性取决于它可以提供无故障服务的时间长度。器件的可靠性体现了它将为客户提供多好的服务。可靠性可以重新定义为在给定制造商的规格下，在给定时间段内无故障性能的概率。一般情况下，半导体的故障率在长时间内会显示出所谓的“浴盆曲线”。

图3.半导体故障率

可靠性力学分析    

由于可靠性评估通常仅涉及总体器件中的部分样本，因此中心极限定理的概念适用，并且可以通过以下公式使用 λ2 分布来计算故障率：

（公式5）

其中

（公式6）

置信限度是计算中所需的保守程度。中心极限定理指出，大规模总体中的任何单位样本的值都将产生正态分布。50%的置信限度称为最佳估计值，是此分布的平均值。90% 的置信限度是一个非常保守的值，它会导致更高的 λ，表示 90% 的分布区域位于该值左侧的点。

(2r + 2) 称为自由度，以适合于 λ2 表格的形式来表示不合格品的数量。不合格品的数量是一个关键因素，因为不合格品的定义通常因制造商而异。由于随着样本量和测试时间的减少，测试不能代表整个总体的可能性越来越大，因此即使真正的长期故障率可能非常低，λ2 计算也会在短时间测试期间产生出奇高的 λ 值。为此，必须收集相对大量的数据来证明真实的长期故障率。由于这需要对数以千计的器件进行多年测试，因此开发了加速测试方法。

图 4.置信限度和样本故障率的分布

多年的半导体器件测试表明，温度会加速故障的出现，并且这种行为符合 Arrhenius 公式的形式：

（公式7）

其中：

R(t) = 反应速率随时间和温度的变化

Ro = 常数

t = 时间

T = 绝对温度，开尔文 (°C + 273°)= 活化能，电子伏特 (ev)

K = 波尔兹曼常数 = 8.62 × 10−5 ev/°K

这个公式也可以写成以下形式：

AF = 加速因子

T2 = 用户温度

T1 = 实际测试温度

Arrhenius 公式指出反应速率随温度呈指数增加。当在对数线性纸上绘制时，这会产生一条直线，其斜率在物理上被解释为特定反应或故障机制的能量阈值。

可靠性认证/评估大纲    

安森美可靠性和质量保证工程的部分职能是评估新产品的引入、工艺变化（无论是小变化还是大变化）和产品线更新，以验证完整性、可靠性和一致性，从而确保在实际应用中能发挥出令人满意的性能。可靠性评估可能需要进行一系列广泛的可靠性测试，例如“已执行的测试”部分中概述的测试，或根据认证要求进行的特殊测试。

审核编辑：汤梓红