Verdict結論
兩者施加同樣的高溫、高電壓應力,但目的完全相反。預燒是在出貨前把早期不良揪出來剔除的篩選製程,以全數或抽樣方式實施,產出是「已剔除不良的出貨品」。HTOL 是推估磨耗故障何時到來的評估試驗,將少數樣品置於1,000小時等級的長時間應力下,產出是「壽命與 FIT 的推估值」。把預燒想成削去浴缸曲線的左端、HTOL 想成量測右端的位置,就容易理解。
主要差異
| 比較項目 | 預燒(burn-in) | HTOL(高溫操作壽命試驗) |
|---|---|---|
| 目的 | 早期不良的篩選(剔除) | 壽命與 FIT 的推估(評估) |
| 在浴缸曲線上的位置 | 削去左端(早期故障期) | 量測右端(磨耗故障期)的到來時間 |
| 對象數量 | 全數或抽樣(量產製程的一部分) | 少數樣品(認證試驗) |
| 產出 | 已剔除不良的出貨品 | 壽命推估值、FIT、認證報告 |
| 典型條件 | 125℃左右、數小時~數十小時 | 125℃左右、1,000小時等級 |
| 判定 | 逐個判定合格與否(無法運作即剔除) | 特性變動是否在規格內、由故障數計算壽命 |
| 實施時機 | 量產中,作為出貨前的製程持續進行 | 新產品、新製程導入時與製程變更時 |
| 成本性質 | 直接計入產品成本 | 開發與認證費用(不易計入產品成本) |
從浴缸曲線看,定位就很清楚
將半導體的故障率沿時間軸畫出,會呈現初期高、中期穩定、末期再度上升的浴缸形。初期偏高的部分來自製造時帶有潛在缺陷的個體,在交給客戶之前先由自家把這些個體徹底破壞掉的,就是預燒。另一方面,末期的再上升來自 TDDB、電遷移等磨耗機制,確認其到來晚於產品壽命的,就是 HTOL。兩者使用相同的應力,瞄準的期間卻正好相反。
全數,還是樣品
預燒是從個別產品中剔除不良的製程,原則上要對所有出貨品(或統計上合理的抽樣)實施。這段時間自然會直接反映在製造前置時間與成本上。HTOL 是推估母體性質的試驗,數十~百個左右的樣品即可,只要在新製程或新產品導入時,或是製程變更時實施就足夠。這項差異也反映在設備配置與運用方式的不同上。
朝減少預燒的方向發展
預燒是可靠的方法,但耗費時間與成本,而且會對良品也施加應力,有其副作用。因此近年正在摸索以測試資料的統計分析找出潛在不良的 PAT 或自適應測試,來縮短預燒時間或縮小對象範圍。另一方面,HTOL 作為確保新製程可靠度的手段無可取代,在車用等高可靠度用途中,條件反而變得更嚴格。
常見問題
預燒可以省略嗎?
視用途而定。消費性電子產品有以統計手法縮小對象範圍的趨勢,但在車用或工業設備這類不容許早期不良流出的用途中,預燒仍是必要的。近年正在摸索以 PAT 或自適應測試找出潛在不良,以縮短預燒時間的方向。
如何從 HTOL 的結果計算壽命?
以阿瑞尼斯定律求出加速因子,把試驗時間換算為使用條件下的時間。假設活化能後,將125℃・1,000小時換算為常溫下的數萬小時,再由這段期間的故障數算出 FIT(每10億元件小時的故障數)。
什麼是晶圓級預燒?
在封裝前的晶圓狀態下進行預燒的方法。在需要保證 KGD(已知良品晶粒)的先進封裝中,必須在堆疊前先剔除早期不良,因此會採用此方法。這是需要專用接觸技術的領域,由 Aehr Test Systems 等廠商供應設備。