全面检测量测工艺组合为汽车安全驾驶保驾护航

2021-09-09
11:50:45
来源: 互联网

受访人:Jay Rathert, KLA公司战略合作高级总监
Jeff Barnum, KLA公司技术交流专家
 
最近,汽车行业的缺芯潮让许多车厂不得不停产,给全球汽车业带来了深远的影响。的确,随着汽车不断向电子化、智能化等方向发展,汽车中所使用的芯片也越来也多。除了缺芯外,芯片良率对于汽车的影响也同样重要。车用芯片不同于一般消费电子用芯片,它们对可靠性的要求更高。如何能保证车用芯片的可靠性呢?汽车用电子产品的工艺和消费类电子产品的工艺又有何差别呢?针对这些问题,我们和KLA公司战略合作高级总监Jay Rathert和KLA公司技术交流专家Jeff Barnum进行了探讨。
 
Q: 汽车电气化、自动驾驶及连接性都要求前所未有的高度集成。什么是制造车用集成电路的主要要求和挑战? 
 
A: 当今的现代汽车中有成千上万的半导体芯片。除了最近的供应链挑战之外,这个市场中最重要的要求和挑战是产品的可靠性。半导体产品一旦在电子控制单元中安装,并随后集成到汽车之中,就不能发生故障,否则就会威胁到生命安全。汽车对于可靠性的高要求促成了制造业的零缺陷标准。
 
Q: 汽车和电子产品的工艺控制有什么不同?
 
A: 芯片厂一直使用检测和量测对工艺进行控制,以提高基线良率并且对偏离进行监测。虽然这些对于消费类电子设备来说是足够的,但对于汽车和工业领域所要求的每十亿分之一的零件故障率(PPB)则还需增加额外的控制——芯片级筛选,或产品分类筛选,用于去除具有较高故障风险的单个芯片。大多数先进的半导体芯片始于消费电子应用,对于这些芯片,每百万分之一的故障率和2至5年的使用寿命已经足够,而达到汽车行业所需的PPB故障率和15年产品寿命则需要这些不同的方法。
 
进一步而言,半导体行业过去一直依赖于对已完成的芯片进行最后的电气测试以确定其是否合格出厂。然而,电气测试只能检查芯片的质量现状,而非在实际使用中的长期可靠性。此外,对包含数十亿个晶体管的先进设计规则元件进行测试的工艺受到诸多限制,例如不能对元件进行完全的测试,无法测试的间隙区域,以及未能检测到的"潜在缺陷"等。单纯的测试不能杜绝可靠性低的元件安装到客户车辆中的可能性。因此,汽车半导体制造中的芯片级筛选对于识别缺陷率异常、早期故障可能性大的芯片至关重要。将筛选与在线缺陷部件平均测试方法结合使用,可以减少这些芯片缺陷误判从而’溜出’芯片厂并进入汽车供应链中。
 
Q: 随着汽车和半导体供应链的行业重合度不断增加,可靠性和可追溯性在半导体行业中变得更为重要。KLA如何利用其专业知识来帮助汽车行业?
 
A: 影响可靠性的缺陷也同样会影响良率,两者之间区别仅是后者的位置可能不同或尺寸较小。因此,减少缺陷和提高良率的措施也能对可靠性产生积极正面的影响。作为工艺控制领域的佼佼者,KLA可以帮助汽车芯片制造商进行准确并可重复的在线检测和量测,以鉴定、量化和协助提高产品性能。今天,KLA的检测、量测、数据分析和创新的芯片筛选解决方案正在帮助汽车IC制造商改进工艺控制方法并提高良率。我们帮助芯片制造商实施零缺陷战略,通过在线检测并发现潜在的可靠性缺陷,能够优化汽车电子产品的可靠性,并防止那些极可能发生故障的芯片出厂。我们与多家半导体制造商和OEM汽车制造商进行合作,并提出了独特的工艺控制和筛选策略,可提高芯片质量、芯片厂产出良率和可靠性,并降低总体成本。由于可靠性影响保修和责任,和汽车制造商的品牌形象——以及潜在客户的安全——对汽车半导体进行从晶圆级别到封装组件的工艺控制在未来几年将会显著地增加,以寻找并消除缺陷的起源,并且发现那些代价高昂的偏差。制造商必须利用每一个机会在整个制造价值链中持续改进,以实现这一目标。
 
Q: 电动汽车正在逐步取代燃油汽车。在许多汽车子系统中都采用了功率元件,它们也需要达到其他汽车IC一样的质量标准。功率元件的工艺控制的挑战是什么?如何帮助功率元件达到汽车行业所需的可靠性?
 
A: 汽车行业中功率元件的终端应用(混合动力/电动汽车、逆变器、风力发电、高速列车等)正在不断地发展扩大,对于SiC、GaN和其他宽带隙产品的性能要求也日益提高。领先的元件制造商需要解决方案,从而能对衬底、外延或图案化产品中限制良率的缺陷进行表征,这将有助于他们更快地开发工艺并最快投入量产,以及实现更高的最终产品良率、改进的可靠性和更低的设备成本。
 
为了满足这一需求,KLA一直在为SiC和GaN功率元件市场领域提供支持和解决方案。利用我们开发新技术和解决整个IC行业复杂的检测和量测挑战等方面的丰富经验,我们已经专门针对功率元件的独特需求开发出一个全面的检测和量测工艺控制解决方案组合。我们的产品组合从检测和测量这些专门的衬底开始,以确保质量,并贯穿整个芯片厂的制造过程,直至设备封装。通过对整个供应链的严格而规范的工艺控制和产品质量的可追溯性来保障产品可靠性。
 
Q: 能否请您谈谈对汽车应用半导体行业的看法?KLA对于汽车行业的发展战略是什么?
 
A: 汽车电气化、自动驾驶和连接性等方面的创新都需要整合更多半导体芯片驱动的电子产品。今天的汽车中包括数以千计的半导体芯片,它们是汽车的眼睛、耳朵和大脑 —— 感知周围环境,作出决定和控制行动。我们最近发布的全新KLA设备系列扩展了我们全面的检测、量测、数据分析和工艺系统的组合,对汽车电子生态系统提供多方面支持。
 

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