如何確保IGBT的產品可靠性

在當今的半導體市場，公司成功的兩個重要因素是產品質量和可靠性。而這兩者是相互關聯的，可靠性體現為在產品預期壽命內的長期質量表現。任何制造商要想維續經營，必須確保產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產品，且這些產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的產品可靠性。

安森美通過嚴格執行可靠性審核程序來確?？煽啃?。所有 IGBT 產品都根據工藝技術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，然后提交進行審核測試。通過對每個產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產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、冶金橫截面、掃描電子顯微鏡、色散 X 射線、俄歇光譜和微觀/宏觀拍攝?？傊?，這些能力允許對故障機制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并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 產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注，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?？煽啃钥梢灾匦露x為在給定制造商的規格下，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“浴盆曲線”。

圖3.半導體故障率

可靠性力學分析

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?？傮w中的任何單位樣本的值都將產生正態分布。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，它會導致更高的 λ，表示 90% 的分布區域位于該值左側的點。

(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。由于這需要對數以千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布

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

（公式7）

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制時，這會產生一條直線，其斜率在物理上被解釋為特定反應或故障機制的能量閾值。

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產品的引入、工藝變化（無論是小變化還是大變化）和產品線更新，以驗證完整性、可靠性和一致性，從而確保在實際應用中能發揮出令人滿意的性能?？煽啃栽u估可能需要進行一系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。

審核編輯：湯梓紅