芯片制造中ORT在高低温老化箱中的应用介绍

在芯片进入大规模量产阶段后，确保芯片均能长期保持稳定可靠的运行状态，是芯片制造端的重要职责。ORT（Ongoing Reliability Test，持续可靠性测试）是实现这一目标的关键质量监控手段。

一、ORT的目标与意义

ORT的核心目标是在芯片生产过程中持续评估并保障产品的可靠性。在整个生产周期中，它发挥着多重重要作用：

1. 质量控制

ORT能够检测出生产过程中的问题与不一致性，有助于识别并解决可能影响芯片长期可靠性的潜在隐患。这有助于防止不合格产品流入市场，从而维护产品的质量水平。

2. 风险管理

ORT能够预测并预防潜在的产品故障，有效降低产品召回、维修以及由此引发的安全事故风险。在车规、工业控制等对可靠性要求高的领域，ORT的价值尤为凸显。

3. 监控过程与供应链

芯片制造涉及复杂的供应链和众多工序。原材料批次的差异、封装厂工艺参数的微小变化，甚至测试设备本身的校准偏差，都可能引入可靠性风险。ORT通过对成品（待出货芯片）的持续测试，间接监控整个“材料-制造-封装”链路的稳定性，是识别跨环节潜在问题的有效途径。

4. 捕获微观变异

先进制程对金属层厚度偏差、掺杂浓度漂移等工艺波动敏感。传统的CP（晶圆测试）和FT（终测）主要关注芯片的功能和即时参数，难以有效评估这些可能导致长期失效的微观机制（如电迁移、经时介电击穿）。ORT通过精心设计的加速应力测试（如HTOL/高温工作寿命，TCT/温度循环），促使这些微观变异提前显现，从而避免量产数月后出现批量失效的情况。

二、芯片ORT的实施策略

ORT在芯片测试中的具体实施，具有几个区别于通用ORT的特点：

1. 真实反映产线状态

测试样品定期从产线末端（封装测试完成、待出货阶段）的新批次中随机抽取。避免使用预先筛选过的样品，以确保样本能够真实反映当前量产的实际状态。

2. 模拟与加速测试

ORT测试主要围绕两大核心展开：

真实工况模拟：在接近芯片实际应用环境（温度、湿度、电压、负载）的条件下进行长时间运行测试，监测其性能衰减趋势和具体的失效模式。

加速寿命测试（ALT）：这是芯片ORT的核心环节。通过施加科学设计的强化应力（如提高温度/电压、加速温湿度循环），基于已知的物理失效模型（如电迁移、经时介电击穿），在可控时间内激发并暴露潜在的长期失效风险。这些风险包括但不限于金属线电迁移、栅氧击穿、封装分层、焊点疲劳等。

辅助电性测试：在可靠性测试前后，通常需要辅助一系列电性测试项目来量化芯片性能变化，例如DC参数（电压、电流、阻抗）、AC参数（频率响应、增益）、开关特性、功耗（静态/动态）、I/O特性、EMI/EMC、存储器的电荷/数据保持能力等。这些测试需要使用专用设备（如参数分析仪、示波器等）并遵循相关标准。

3. 数据驱动决策

持续、系统地收集测试数据（尤其是失效发生的条件、时间、模式）并进行深入分析是ORT的精髓。其目标并非追求缺陷的检出，而是通过统计分析建立可靠性的性能基线，并敏锐侦测任何偏离基线的系统性变化。迟缓的响应将削弱ORT的预警价值。

三、高低温老化箱在芯片ORT中的应用

高低温老化箱在芯片ORT（持续可靠性测试）中主要体现在以下方面：

1、环境模拟能力

可准确控制温度范围（-70℃~180℃），覆盖芯片实际工作场景的严苛条件，如车载芯片的-40℃冷启动与125℃持续运行测试，加速暴露材料老化、焊接点疲劳等潜在失效模式。

2、温变速率与稳定性

采用PID温控算法与强制空气循环系统，实现±0.5℃温度偏差与3~10℃/min快速温变，满足JEDEC标准中温度循环测试的严苛要求，缩短测试周期。

3、多维度数据监测

内置传感器实时采集温度、湿度（可选）及芯片电参数，结合软件生成温度-时间曲线与失效分析报告，准确定位如CMOS阈值电压漂移、金属互连线电迁移等早期故障。

4、兼容性与安全性

支持多芯片并行测试，配备过温保护、断电续测功能，符合半导体设备安全性的规定，避免测试过程引入污染。

在芯片稳定量产阶段，ORT是保障产品长期可靠性的重要监控手段，高低温老化箱可有效验证芯片在长期使用中的可靠性，降低量产阶段故障率，是半导体行业ORT测试的核心设备。