這是IC男奮鬥史的第27篇原創
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可靠性測試(Reliability Test，簡稱RA) 是指透過人為的方式對產品施加超高的環境應力和工作應力，以激發產品潛在的設計缺陷，使其以故障的形式表現出來。然後透過失效分析(Failure Analysis，簡稱FA)，定位相應的設計缺陷，並提出改進措施，從而提高產品的固有可靠性，縮短產品的設計生產週期，降低成本。
可靠性測試是晶片研發階段必不可少的實驗專案，通常包括晶片可靠性測試(Device Reliability Test) 和封裝可靠性測試(Package Reliability Test) 兩大類。其中晶片可靠性包括高溫壽命實驗(HTOL)、低溫壽命實驗(LTOL)、靜電實驗(ESD)、閂鎖實驗(Latch up) 等，封裝可靠性包括溫度迴圈實驗(TCT)、貯存烘烤實驗(HTSL) 和高溫高溼實驗(uHAST) 等。
失效分析是晶片研發和生產過程中經常用到的方法學，是指根據晶片失效模式和現象採用不同的分析方法或者手段，找出失效原因並挖掘出失效機理的活動。
常用的晶片失效分析方法分為非破壞性和破壞性兩大類。其中非破壞性分析方法包括IV-Curve測量、X-Ray掃描、SAT掃描等，破壞性分析方法包括晶片開蓋去除封膠(Decap)、晶片去層(Delayer)、剖面/晶背研磨(Cross-Section/Backside)、 離子束剖面研磨 (CP)、晶片電路修改(FIB)等。
關於可靠性測試的實驗專案以及失效分析的方法手段，傑哥會在後續的文章中分專題給大家做一一介紹。
可靠性測試(RA)和失效分析(FA)這兩個領域的工作通常不分離，兩者相輔相成。這個也好理解，可靠性實驗過程中晶片出現失效，一定需要做失效分析。失效分析本身不是晶片研發過程中的固定流程，只有在晶片測試或者使用過程中發現了失效才會啟動失效分析。可靠性測試是促成晶片失效分析最主要的活動，兩者密不可分。
所以，第三方晶片檢測機構同時包含可靠性測試和失效分析兩大業務。本文傑哥想給大家講講第三方晶片檢測機構的那些事兒。
晶片設計與製造企業和第三方檢測機構的合作模式
大型晶片設計企業通常有自己的RA&FA實驗室，例如傑哥之前工作過的模擬晶片巨頭，在上海除了研發中心外，還有一個RA&FA實驗室。國內的話像海思，也有自己的RA&FA實驗室。
國內大部分晶片設計企業都是將晶片檢測工作交由第三方檢測機構來完成。這個原因也很好理解，RA&FA裝置價格非常高，實驗室運營維護成本也非常高。通常晶片設計公司對於第三方檢測機構的使用率也不是特別高，每個專案也就做一遍RA實驗+一些FA分析。壓根兒不值得專門建立一個晶片檢測實驗室。
也有一些晶片設計企業會把部分成本可控的RA實驗放在公司內部做，把成本較高的實驗放在第三方檢測機構做。或者出於專案進度考慮，把最關鍵的RA實驗專案例如HTOL放在內部做，其他一些常規的實驗放在第三方檢測機構做。例如，傑哥前同事創立的一家模擬晶片公司，就專門建了一個小規模的晶片檢測實驗室，用來承擔部分關鍵的RA實驗工作。
近年來，國內晶片設計企業數量急劇增長，對於第三方檢測服務的需求量也越來越大。目前國內能夠獨立建立晶片檢測實驗室的企業不多，所以我認為第三方實驗室還是主流，畢竟專業的事情應該交給專業的團隊來做。
對於晶片製造企業或者封裝廠而言，由於規模較大，而且其客戶對於實效性的要求非常高，通常都建有專門的晶片檢測實驗室。傑哥合作過的晶圓廠和封測廠都有這方面的能力。尤其是封裝廠，在封裝FA方面的能力，甚至比大多數第三方檢測機構還要強。
傑哥認為未來第三方檢測公司的主要營收來源還是晶片設計公司。晶圓廠或者封裝廠把業務或者訂單給第三方檢測機構的可能性不大，也就是少量自己沒有能力做的實驗專案會外包第三方檢測公司，大部分實驗專案都還是會自己做。
國內第三方晶片檢測機構簡介
目前國內主要的第三方檢測企業有宜特、宏康、蔚思博、季豐等。
宜特在上海、深圳、蘇州、西安等地均設有實驗室。宜特原本是一家臺灣企業，後來被蘇試集團收購，目前屬於國資背景，其臺灣實驗室的能力依然是全球領先水平。宜特在實驗室硬體設施配備和綜合技術能力方面依然是國內第一，尤其是可靠性方面的技術能力，在國內屬於領先水平。
宜特最近兩年流失了很多經驗豐富的RA和FA工程師，對其整體技術能力產生了一定影響。傑哥之前跟宜特合作專案的時候，支援我的兩個有經驗的工程師都已經離職，跳槽去國內新建的兩家第三方檢測企業。
宏康是一家老牌第三方晶片檢測企業，其綜合實力比宜特稍微差一些，但是宏康在失效分析尤其是FIB(晶片電路修改) 方面的能力非常突出，甚至比宜特更強一些。宏康在RA方面的能力比宜特差一些，其綜合能力在國內也屬於領先水平。
宏康這邊傑哥印象最深的就是FA分析，不管是以前在模擬晶片巨頭還是現在的AI晶片企業，傑哥在專案需要執行難度較大的FA分析或者FIB時，都會第一時間想到宏康。
蔚思博就是以前的蔚華，也是一家老牌的第三方檢測企業，綜合能力比宜特和宏康差一些，最近幾年發展勢頭不錯，從宜特挖了不少有經驗的工程師過去，未來很可能超越前面兩家。
季豐原本是一家做測試硬體的公司，後來逐漸擴充到晶片檢測業務。最近幾年發展勢頭很猛，從前面幾家企業挖了不少工程師過去，技術能力提升很快。季豐這家企業對技術的追求是這幾家企業裡最好的，未來可期。
季豐會定期開展RA和FA相關的技術研討會或者講座，研究一些RA和FA方面的前沿技術，很多晶片設計企業的RA工程師都會參加。這個對其技術積累、品牌宣傳等都有很大的幫助。
晶片設計公司在選擇第三方檢測機構時的主要考量因素
對於像AI晶片這種先進製程工藝還有先進封裝的產品，技術能力肯定是第一考量的因素，首先得有能力做，其次考慮時效性。由於AI產品對交付時間要求很高，時效性也是優先考慮的因素之一。接下來還會看支援力度，價格當然也會看，但通常不是主要因素。
對於比較成熟工藝和封裝型別的產品，基本上大部分第三方檢測企業的技術能力都能夠覆蓋，這時候價格反而成了主要因素，當然也會兼顧時效性、支援力度等因素。
晶片第三方檢測業務的壁壘
a 裝置昂貴且維護成本高
不管是晶片RA測試還是FA分析，都要用到昂貴的檢測裝置。例如晶片高溫老化測試(HTOL)用到的爐子，高階的包含獨立溫控與數字通道，可以支援上百瓦的大功耗晶片；晶片FA分析用到的3D X-Ray分析儀，價格基本都在上千萬人民幣以上。而且體型非常大，需要專門的廠房和配套設施。第三方檢測實驗室的建造與維護成本非常高。
b 對工程師的經驗與技術能力要求很高
RA測試有很多實驗專案，每一項都有特定的實驗條件。而且RA測試屬於定製化測試，針對每個晶片專案都需要設計新的測試硬體，對工程師在硬體方面的能力有一定要求。RA實驗除錯和執行也需要有豐富的實踐經驗，這是因為實驗執行過程中可能會出現各種問題，需要工程師有足夠的能力與經驗識別出是否需要暫停實驗並對出問題的晶片進行分析。
FA分析對工程師經驗與能力的要求就更高了。以晶片去層(Delayer)為例，不同的工程師做出來的效果很可能完全不一樣。經驗差一些的工程師很可能一下子磨過了，把失效點直接磨沒了。這樣的案例相信很多同行都遇到過。
消費電子晶片與車規級晶片在第三方檢測上的差別
從技術的角度看，消費電子晶片與車規級晶片在第三方檢測上的差別主要體現在可靠性測試方面。傑哥在《芯荒荒，汽車晶片路在何方》這篇文章中講過，汽車晶片對可靠性的要求非常高，通常要做到0DPPM，也就是說一百萬裡邊一顆失效晶片也不能有。
因此，汽車晶片需要透過的可靠性標準也要比商規晶片(消費電子)嚴格很多。通常消費電子晶片需要透過的可靠性標準是JEDEC規範，而汽車晶片需要透過的可靠性標準是AEC-Q100規範。兩者在樣品數量、實驗條件、ATE讀點測試溫度等方面均有差別。
AEC-Q100要求的晶片樣品數量更多，很多實驗都必須從3個不同的fab lot取樣。AEC-Q100的實驗條件也更嚴苛，ATE讀點測試溫度AEC-Q100大部分實驗專案都要求常溫和高溫都測試透過，高溫老化壽命實驗甚至要求常溫、高溫和低溫全部測試透過。而JEDEC規範中通常只要求常溫測試。
從成本的角度看，如果晶片設計公司把RA+FA全部外包給第三方檢測機構，對於消費電子晶片費用通常在百萬人民幣量級。但是對於車規晶片，費用通常在消費電子晶片的3倍以上。如果是大算力的自動駕駛晶片，費用會到達千萬人民幣量級。
未完待續…...
參考文獻：
[1]為什麼要進行可靠性測試，為什麼要提高產品可靠性？- 知乎 (zhihu.com)
[2]晶片常用失效分析方法 - 知乎 (zhihu.com)