容量越大越不壞？24萬塊硬盤故障率報告公布 這些產(chǎn)品零故障
8月5日消息，云存儲服務(wù)商Backblaze發(fā)布了最新的硬盤故障率報告，年故障率有所上升。Backblaze發(fā)布的硬盤季度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中包括故障率等重要方面。這些結(jié)
△圖1:Mitsubushi iMiEV的系統(tǒng)圖，顯示了使用功率IC的模塊的位置。來源Wikimedia Commons，知識共享許可BY-SA 3.0
為了滿足對SiC日益增長的需求，該行業(yè)需要提高產(chǎn)量。這意味著要解決長期以來減緩SiC生產(chǎn)的制造挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括高昂的設(shè)備成本，以及缺陷和可靠性問題。為了解決成本問題，SiC襯底制造商正在從150毫米晶圓轉(zhuǎn)移到200毫米晶圓。然而，這種預(yù)期的指數(shù)級增長給SiC器件的篩選帶來了挑戰(zhàn)，這將需要制造商、檢驗和測試供應(yīng)商的創(chuàng)新。
NI的Heidemann表示：“這些寬帶隙器件在生產(chǎn)線末端（EoL，即在晶圓、封裝、模塊、系統(tǒng)的制造過程結(jié)束時進(jìn)行的測試）測試中帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，因為與傳統(tǒng)的硅器件相比，它們表現(xiàn)出不同的失效機(jī)制和模型?！?“此外，在高達(dá)2000伏或更高的可靠性和高壓環(huán)境中對它們進(jìn)行測試，對EoL測試系統(tǒng)來說是一個重大挑戰(zhàn)，因為這些系統(tǒng)以前并不是為滿足這些要求而設(shè)計的。”
SiC的制造工藝有時會導(dǎo)致影響基本功能和性能的缺陷，因此需要進(jìn)行檢查和電氣測試。高壓和大電流測試需要精心設(shè)計的測試系統(tǒng)，既能提供必要的電流和電壓，又能在不可避免的短路發(fā)生時保護(hù)設(shè)備。
到目前為止，這種篩查一直在低量進(jìn)行。擴(kuò)大到更高的數(shù)量需要進(jìn)行有效和成本效益高的篩查創(chuàng)新。
檢驗和計量方法
硅和SiC功率IC之間的一個關(guān)鍵區(qū)別與襯底的生長有關(guān)。作為一種均勻的晶體結(jié)構(gòu)，硅幾乎沒有亞表面缺陷。相比之下，碳化硅是通過化學(xué)氣相沉積生長的，這會導(dǎo)致廣泛的亞表面缺陷，如堆疊缺陷和微管。在隨后的外延生長過程中，晶體斷層可以傳播。此外，由于SiC是一種脆性材料，它更容易受到劃痕和凹坑等表面缺陷的影響，這些缺陷會影響整個芯片。
此外，SiC芯片在處理過程中容易斷裂，鋸切到模具中會引入更多的裂紋機(jī)會，這些裂紋可能會傳播。因此，在整個晶圓和組裝過程中進(jìn)行檢查是至關(guān)重要的。
由于其高通量，工程師在SiC制造過程中主要依賴光學(xué)檢測系統(tǒng)。許多公司為SiC提供專業(yè)的光學(xué)檢測工具，包括審查和分類功能。
計量就不那么簡單了。計量反饋涉及工藝工程師需要測量的各種參數(shù)，包括襯底平面度和厚度、晶格取向、電阻和表面粗糙度。反過來，這些需要一套多樣化的系統(tǒng)。
Bruker白光干涉儀產(chǎn)品經(jīng)理Sandra Bergmann表示：“白光干涉儀（WLI）輪廓儀在基板制造商現(xiàn)場用于質(zhì)量保證/質(zhì)量控制，以測量Si、GaN和SiC的晶片粗糙度（亞nm）?！?“SiC襯底的生產(chǎn)更具挑戰(zhàn)性。由于其硬度，拋光很困難。因此，WLI對于優(yōu)化/跟蹤拋光過程至關(guān)重要?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
SiC器件可以是基于平面或溝槽的技術(shù)。WLI對于溝槽深度測量特別有用。
Bergmann說：“對于高壓IC工藝過程中的高縱橫比溝槽深度測量，WLI可以從2μm的開口分辨到40μm的深度。”?！八菬o損的，可以對視野內(nèi)的所有溝槽進(jìn)行平行檢查。我們通常使用5倍物鏡和0.5平方毫米的詢問場。我們還提供整個視野內(nèi)溝槽深度的完全變化?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
晶片檢查需要同時考慮表面缺陷和亞表面缺陷，后者對SiC特別重要。
Onto Innovation負(fù)責(zé)檢測的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Burhan Ali表示：“光學(xué)檢測技術(shù)用于缺陷檢測，而X射線和光致發(fā)光用于計量?！?“光學(xué)檢測面臨的挑戰(zhàn)是，它能有效地以高通量發(fā)現(xiàn)表面缺陷，但當(dāng)涉及到亞表面晶體缺陷時，它很快就會失去動力。在這種情況下，光致發(fā)光技術(shù)在檢測SiC襯底和外延層上的亞表面晶體缺陷方面已經(jīng)證明是卓有成效的?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
在整個裝配過程中進(jìn)行檢查。由于高通量和低設(shè)備投資，光學(xué)是首選方法。但光學(xué)僅限于表面缺陷。對于檢測中等至高密度的亞表面缺陷，X射線是優(yōu)選的解決方案，因為它可以在2D中高速運(yùn)行。同時，聲學(xué)檢測可以很容易地檢測出分層，但需要將零件浸入水中。
Amkor Technology負(fù)責(zé)全球測試服務(wù)的副總裁George Harris表示：“手動、光學(xué)和X射線檢查都是無損檢測方法。” “基本的X射線檢查有助于審查包裝的完整性。很大一部分系統(tǒng)缺陷模式很容易用X射線識別，因此深受客戶歡迎。根據(jù)客戶的要求，可以在專門的故障分析實驗室進(jìn)行包裝的破壞性機(jī)械橫截面和掃描電子顯微鏡檢查。”
檢查不限于電氣問題。它還可用于識別可能影響熱管理的缺陷。
Nordson Test&Inspection的產(chǎn)品線總監(jiān)Brad Perkins表示：“在包裝領(lǐng)域，大多數(shù)電氣缺陷都與電線穿過/接觸成型過程并導(dǎo)致短路有關(guān)。”。“還需要考慮熱保護(hù)，這就是工程師檢查模具連接的原因，因為這是熱管理的一部分。過大的空隙、過高的空隙總百分比或足夠大的分層將導(dǎo)致模具中的熱點(diǎn)，從而導(dǎo)致過早故障。因為許多功率設(shè)備用于高可靠性應(yīng)用（汽車、火車、風(fēng)車等）故障的成本可能非常高，因此檢查可能導(dǎo)致過早現(xiàn)場故障的缺陷對制造商來說非常有成本效益?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
△圖2：空隙檢查的X射線。Source Nordson測試與檢驗
試驗方法
SiC的批量生產(chǎn)相對較新，在汽車中的應(yīng)用也相對較新。因此，正在制定嚴(yán)格的測試流程，以確保質(zhì)量和可靠性。測試在多種溫度、電壓和頻率下進(jìn)行。這是至關(guān)重要的，因為缺陷在較低的頻率和電壓下可能表現(xiàn)為良性，但隨后在較高的頻率和/或電壓下表現(xiàn)出來。
由于其模擬性質(zhì)，功率IC需要進(jìn)行功能和性能測試。對于功率IC，測試分為靜態(tài)和動態(tài)測試，即直流和交流。靜態(tài)測試在室溫下進(jìn)行，而動態(tài)測試在高溫下進(jìn)行。
Advantest意大利公司董事總經(jīng)理Fabio Marino表示：“靜態(tài)測試不再是一個挑戰(zhàn)，因為被測設(shè)備（DUT）是在穩(wěn)態(tài)下測試的?！?“這意味著低功率。即使是超高壓，也是低電流，如果是超高電流，也是低電壓。工程界面臨的真正挑戰(zhàn)是動態(tài)測試。動態(tài)測試是非常高的功率，因為它測試DUT從ON到OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，反之亦然。這意味著在非常高的電壓下有非常高的電流在很短的時間內(nèi)，它處于極高的功率。”
在寬帶隙器件中觀察到的與柵極閾值漂移相關(guān)的可靠性問題也推動了嚴(yán)格的測試。
NI的Heidemann指出：“關(guān)于測試、鑒定和EoL，我們需要進(jìn)行更徹底的測試，并深入研究器件特性。例如，門漂移，一種寬帶隙器件特有的現(xiàn)象，在不同的市場參與者之間差異很大。有些在汽車的使用壽命內(nèi)表現(xiàn)出顯著的漂移，而另一些則表現(xiàn)出最小的漂移?！薄！坝腥さ氖牵词乖谕还?yīng)商內(nèi)部，不同設(shè)備的行為也可能不同。因此，更需要全面的測試，包括EoL和資格鑒定，這與硅世界相比要求更高?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
如今，芯片測試單元無法進(jìn)行動態(tài)測試，因為芯片卡盤具有非常高的雜散電感。工程師們只使用晶圓類的靜態(tài)測試。即使在那時，由于施加了高電壓，也有可能產(chǎn)生火花，損壞好的設(shè)備。
Teradyne電源分立產(chǎn)品經(jīng)理Tom Tran表示：“由于這是一個物理挑戰(zhàn)，多年來一直以同樣的方式處理——通過管理空氣間隙，當(dāng)然還有管理空氣。”?！半S著電壓開始攀升至400V及以上，我們通常會看到從僅僅使用物理間距到通過緊貼晶圓的壓力室添加壓縮干空氣（CDA）的轉(zhuǎn)變?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
目前晶圓測試的局限性促使裸片測試的發(fā)展。
Advantest的Marino說：“電源模塊是我們可以測試靜態(tài)和動態(tài)的最堅固的封裝部件?！?“但缺點(diǎn)是這些軟件包含多個開關(guān)——6到48個。如果一個開關(guān)壞了，那么你就把整個包裝都扔掉了，這是非常昂貴的。這就是為什么客戶轉(zhuǎn)向基板的中間測試，例如在最終組裝之前。所以它稍微便宜一點(diǎn)，但你仍然有6到48臺設(shè)備。突破性的創(chuàng)新是測試裸模。這會篩選每個開關(guān)（靜態(tài)和動態(tài)測試）。只有組裝好的模具，客戶才能從組裝成本方面獲益。”
△圖3：測試插入跨越晶圓、芯片、封裝和電源模塊。來源：Advantest
裸片測試存在損壞探針卡和/或ATE的風(fēng)險，如果發(fā)生故障的裸片吸收高電流。但工程師們已經(jīng)找到了解決這個問題的方法。
馬里諾說：“在向裸片過渡的過程中，CREA（現(xiàn)在是Advantest的一部分）專門開發(fā)了一項專利技術(shù)——探針卡接口（PCI）?！??！斑@是一種檢測異常電流消耗的硬件和軟件算法。測試裸模的探針卡每個裸模有3000個針，因為每個針只能驅(qū)動1安培。在測試儀和探針卡之間是PCI，一個硬件盒。PCI監(jiān)測探針卡中每個針或針組中的電流。如果電流分布或電流異常ent消耗（由于故障部件），PCI立即關(guān)閉電源。零件出現(xiàn)故障，但卡盤、探針卡和測試儀受到保護(hù)?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
△圖4：帶有和不帶有探針卡接口系統(tǒng)的測試系統(tǒng)之間的比較。來源：Advantest
一旦模具被組裝到封裝中，測試就可以篩選與封裝相關(guān)的缺陷以及在動態(tài)測試中表現(xiàn)出來的缺陷。
Teradyne的Tran表示：“除了局部放電測試外，封裝特定的缺陷機(jī)制通常還通過從晶圓到封裝級別測試的行為變化來測試。” “雖然局部放電更多地關(guān)注封裝和材料方面，但電氣測試可以揭示封裝過程中的物理故障，如引線鍵合損壞導(dǎo)致的連續(xù)性錯誤，或單體化過程造成的損壞。在檢查從晶片分類到最終封裝測試的平均偏移和分布時，也可以進(jìn)行篩選?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
可靠性相關(guān)缺陷的檢測非常重要，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)零件鑒定和生產(chǎn)制造的測試。
NI的Heidemann說：“我們采用了各種測試方法來達(dá)到最終和資格認(rèn)證的目的。”?！霸阼b定方面，JEDEC和ECPE的AQG324等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義了專門針對碳化硅的動態(tài)測試場景，以引入具有不同失效模型的新材料。因此，鑒定需要大量的動態(tài)測試，包括動態(tài)H3TRB、DGS和DRB測試等，與IGBT相比，這些測試相對較新同樣，在生產(chǎn)線結(jié)束的環(huán)境中，可以觀察到各種各樣的動態(tài)測試場景，不同的客戶會有所不同。然而，可以說，線端測試廣泛涉及在高溫和高壓環(huán)境下進(jìn)行的動態(tài)測試。目標(biāo)是確保這些設(shè)備經(jīng)過動態(tài)測試，以防止在整個生產(chǎn)系列中出現(xiàn)故障影響。”
未來發(fā)展
為了滿足對SiC器件的需求，晶圓廠正在從150毫米晶圓轉(zhuǎn)移到200毫米晶圓。對于支持產(chǎn)能增加行業(yè)的測試和檢查流程，專家們列舉了一些可能有所幫助的創(chuàng)新。從測試系統(tǒng)的變化到使用分析來更好地理解檢查過程中觀察到的缺陷的電氣影響，這些都有。
測試系統(tǒng)的創(chuàng)新可以在制造流程的早期轉(zhuǎn)移篩選能力，并提高吞吐量。一個這樣的創(chuàng)新將是晶片卡盤，以實現(xiàn)對晶片的動態(tài)測試。這需要將卡盤雜散電感從600μH減小到小于100μH。
目前，包測試支持僅用于單站點(diǎn)測試。測試單元使用一個大型搬運(yùn)器，在幾個測試儀之間移動零件，每個測試儀在特定溫度下運(yùn)行，并運(yùn)行動態(tài)或靜態(tài)測試。轉(zhuǎn)向多站點(diǎn)測試將降低總體成本。然而，并行運(yùn)行高能測試是一個巨大的工程挑戰(zhàn)。這需要ATE設(shè)計的創(chuàng)新。
一個意想不到的缺口是處理器的可用性，尤其是裸片。
馬里諾說：“最大的挑戰(zhàn)來自裝卸工方面。我們市場上沒有足夠的裝卸工供應(yīng)商或裝卸工?！?“處理器公司宣布一年以上的交付周期，而我們的運(yùn)營周期為四個月。因此，市場窗口面臨風(fēng)險。這就是為什么我們要求探測器供應(yīng)商參與進(jìn)來。探測器公司有相同的核心業(yè)務(wù)——半導(dǎo)體。但自動化公司有多種行業(yè)需要支持，從手表組裝到半導(dǎo)體。”
以一致的方式連接來自各個制造步驟的數(shù)據(jù)也可以優(yōu)化制造過程并了解缺陷影響。
Amkor的Harris說：“由于測試站專門用于完整測試列表的特定部分，數(shù)據(jù)完整性很重要?！??！白罱腥送苿訉⑹占降臄?shù)據(jù)遷移到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)上云，在那里，數(shù)據(jù)分析算法不斷測試工作流程、測試設(shè)備、系統(tǒng)封裝和制造相關(guān)的故障機(jī)制。工廠自動化允許閉環(huán)控制，并提高產(chǎn)量。光學(xué)和電子技術(shù)都用于單元級可追溯性?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
這種數(shù)據(jù)連接將使SiC制造能夠加速產(chǎn)量學(xué)習(xí)并降低總體測試成本。
PDF Solutions產(chǎn)品管理總監(jiān)Steve Zamek表示：“總的來說，化合物半導(dǎo)體技術(shù)——無論是SiC、GaN、GaAs、InP還是其他技術(shù)——都是多年前硅的所在。要獲得低成本、無缺陷的8英寸襯底，可能需要數(shù)年的努力和投資。在可預(yù)見的未來，襯底和外延晶片的質(zhì)量仍然是人們關(guān)注的問題。”?！鞍l(fā)現(xiàn)和識別基板缺陷只是第一步。接下來是將所有數(shù)據(jù)類型——缺陷檢查和審查、在線計量和電氣測試數(shù)據(jù)——聚集在一個平臺上。這是一個不小的問題，因為這些數(shù)據(jù)是在地理位置分散的工廠和工具中獲取的。但一旦完成這一步，制造商就能夠建立預(yù)測分析模型最大化效率。那些更快到達(dá)那里的人將獲得好處。”
其他人則認(rèn)為，實現(xiàn)可追溯性并非易事。對于功率IC，沒有電子ID，因此在組裝和測試過程中，可追溯性是一個挑戰(zhàn)。
DR Yield首席執(zhí)行官Dieter Rathei指出：“在有設(shè)備ID的后端設(shè)備中，可以進(jìn)行跟蹤?！??！暗芏嘣O(shè)備在與晶圓分離后失去了設(shè)備級的可追溯性。然后你會看到設(shè)備分批混合的情況。除非你知道哪個晶圓被放入哪個批次，否則晶圓和封裝之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是不可能的?！?span style="display:none">MLY28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
結(jié)論
電動汽車產(chǎn)量的預(yù)期增長給負(fù)責(zé)SiC IC生產(chǎn)的工程團(tuán)隊帶來了挑戰(zhàn)。需求推動了從150毫米到200毫米晶圓生產(chǎn)的變化，也強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前的檢查和測試過程。許多人指出，SiC技術(shù)的成熟程度是三十年前硅技術(shù)的成熟度。隨著技術(shù)的成熟以滿足需求，工程團(tuán)隊將需要通過改進(jìn)測試系統(tǒng)和更改來解決缺陷，從而減少測試和檢查過程的吞吐量。
編譯：芯智訊-林子 來源：semiengineering
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