 芯片的“早夭”（Infant Mortality），也称为早期失效，是电子产品失效率“浴盆曲线”（Bathtub Curve）的第一个阶段。这个阶段的失效主要由制造过程中引入的潜在缺陷（Latent Defects）导致，这些缺陷在最初的使用小时内会迅速暴露。早夭筛查的核心目的就是：通过施加应力（Stress），加速这些潜在缺陷的暴露，从而在出厂前将含有缺陷的、可能早期失效的芯片筛选出去，确保交付给客户的产品具有高可靠性。 以下是主要的方法与措施，通常分为几个层次： 一、 核心筛查方法：加速应力测试 这些是在晶圆（Wafer）级和封装后（Package）级进行的筛选测试。 1. 老化测试（Burn-In, BI）这是最经典、最有效的早夭筛查手段。原理：将芯片在高温（通常125°C）下施加高于额定值的电压（如1.2V芯片加1.3V）并运行其内部电路（动态老化）或保持静态（静态老化）。高温和高压会大大加速电迁移、栅氧退化、界面陷阱生成等失效机制，使有缺陷的芯片在几小时到几十小时内失效，而正常芯片则可稳定工作数年。 实施： 动态老化（Dynamic BI）：给芯片加载测试矢量（Pattern），让其内部逻辑单元和信号路径充分活动，能更好地筛选出与电路功能相关的缺陷。 静态老化（Static BI）：只给芯片供电，不加载测试矢量，主要用于筛选与电源网络相关的缺陷（如短路、大面积漏电）。 缺点：成本高（需要昂贵的老化炉和测试座）、测试时间长、可能对正常芯片造成轻微寿命损耗。 2. 高温工作寿命测试（High-Temperature Operating Life, HTOL）HTOL常用于可靠性验证，但也可作为对高端芯片的一种筛选手段，其条件通常比老化测试更严苛（温度更高、时间更长、电压更高），用于确保产品达到既定的可靠性目标（如失效率<X FIT）。3. 温度循环（Temperature Cycling, TC）与热冲击（Thermal Shock）原理：让芯片在极端高温和极端低温之间快速循环。利用不同材料（硅、金属、模塑化合物、衬底）热膨胀系数（CTE）不匹配产生的机械应力，来筛选出封装相关的缺陷，如： 芯片开裂（Die Crack） 键合线断裂（Wire Bond Lift-off） 界面分层（Delamination） 焊球开裂（Solder Ball Crack） 4. 高度加速应力筛查（Highly Accelerated Stress Screen, HASS）HASS是生产阶段使用的筛查方法，其应力水平比HALT（高加速寿命测试）稍低，但远高于产品正常使用的条件。它旨在极短时间内（几分钟到几小时）快速暴露制造缺陷，是保证量产质量的有力工具。二、 电性测试筛查这些测试在老化前后以及最终测试（Final Test）时进行，用于判断芯片是否通过筛查。1. 常温/低温测试（Cold Test）在低温（如-40°C）下进行功能测试和参数测试。低温会增大晶体管的阈值电压（Vth），减慢电路速度。这对于筛选出：时序边际（Timing Margin）不足的芯片：在常温下能通过速度测试，但在低温下因延迟增大而失败。 电阻性接触/通孔缺陷：低温下电阻变化更敏感。 2. 高温测试（Hot Test）在高温（如125°C）下进行测试。高温会降低Vth，增大漏电流。这对于筛选出：功耗异常的芯片：高温下漏电流急剧增大，导致静态电流（Iddq）超标。 功能失效：高温可能使某些对温度敏感的电路（如带隙基准源、振荡器）参数漂移超出范围。 3. 静态电流测试（Iddq Testing）原理：在CMOS电路中，静态下理想的漏电流应接近零。如果存在缺陷（如栅氧击穿、桥接短路、PN结漏电），会导致静态电流显著升高。 实施：在施加特定测试矢量后，测量电源引脚上的电流。通过监测Iddq的异常，可以有效筛选出许多物理缺陷。 优点：测试速度快，覆盖率较高。 挑战：随着工艺进入纳米级别，晶体管本身的漏电流（亚阈值漏电、栅极漏电）已经很大，使得缺陷引起的异常电流难以分辨。 4. 提升电压/降低电压测试（Elevated/Reduced Voltage Test）提升电压：在高于额定电压下测试，可以暴露对电压敏感的缺陷和时序边际问题（类似老化）。 降低电压：在低于额定电压下测试，可以筛选出因工艺波动导致性能偏弱的芯片，这些芯片在低压下无法正常工作。 三、 工艺监控与控制（根源性措施）筛查是“治标”，从制造源头上减少缺陷才是“治本”。1. 在线工艺监控（In-line Process Control）： o 在制造过程中设置大量监控点（Measurement Points），使用光学检测（AOI）、电子束检测（EBI）等技术实时监测晶圆上的缺陷密度、关键尺寸（CD）、膜厚等参数。 o 利用统计过程控制（SPC）技术，一旦发现工艺参数偏离控制范围，立即报警和调整，防止大批量缺陷的产生。 2. 可靠性监控晶圆（Reliability Monitor Wafers）： o 定期在量产线上投放专门用于可靠性测试的晶圆，对其进行TDDB（经时介质击穿）、HCI（热载流子注入）、EM（电迁移）等可靠性测试，监控工艺线的长期可靠性水平。 总结：一个典型的早夭筛查流程芯片的早夭筛查是一个系统工程，通常结合多种方法，形成一个多层次的防御网络：
趋势：随着芯片工艺越来越先进，成本压力越来越大，传统的、高成本的Burn-In应用范围在缩小。行业更倾向于通过加强在线工艺控制和设计更强大的内置自测试（BIST）电路来从源头和设计端保证质量，同时结合更精细化的电性测试方法（如LVST, ELFR）来替代部分老化筛选的作用。但对于高可靠性要求的产品（如汽车电子、航空航天），严格的应力筛选仍然是必不可少的。 |
