近年来,越来越多的集成电路设计、晶圆制造企业放弃测试环节的产能扩充,而将其测试需求委托给第三方集成电路测试企业,独立的第三方集成电路测试企业正逐步成为集成电路产业链中不可或缺的一部分:一方面,第三方测试企业可以减少测试设备的重复投资,通过规模效应降低测试费用,缩减产品生产成本;另一方面,专业化分工下的第三方测试企业能够更加快速地跟进集成电路测试技术的更新,及时为集成电路设计、晶圆制造及封装企业提供多样化的测试服务。
目前第三提供的检测服务通常包括可靠性分析(RA)、失效分析(FA)、晶圆材料分析(MA)、信号测试、芯片线路修改等,其中比较重要的包括可靠性分析、失效分析等。

根据不同的分类标准,失效形式有多种类型,如根据电测结果,失效模式有开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效等;根据失效原因可以分为电力过应、静电放电导致的失效、制造工艺不良导致的失效等。
根据中国赛宝实验室的数据,在分立器件使用过程中的失效模式,开路、参数漂移、壳体破碎、短路、漏气的占比分别约为35%、28%、17%、15%、4%,集成电路使用过程中的失效模式,短路、开路、功能失效、参数漂移占比分别约为38%、27%、 19%、10%。失效分析主要为集成电路设计企业服务,而集成电路设计产业已成为引领中国半导体产业发展的重要环节。
根据2019年中国半导体产业产值分布来看,IC设计业占比将达406%、IC制造占比约287%、IC封测占比约307%。根据中国集成电路设计业2019年会上发布的数据,2015-2019年中国集成电路设计企业分别为736、1362、1380、1698、1780家,年均复合增速达到247%,未来随着国内半导体产业的不断崛起,预计国内半导体设计企业数量仍将保持较快速增长。2019年IC设计销售收入达到30849亿元,同比2018年的25769亿元增长197%,在全球集成电路设计市场的比重首次超过10%。
随着中国大陆半导体产业的迅猛发展,国内涌现出越来越多的上下游半导体企业,形成了一个强大的产业链,这些企业对实验室分析存在切实需求,但众多企业的需求量不足以投入百万或千万美元级的资金设立实验室和采购扫描电子显微镜等高端设备。另外,人员成本和技术门槛日益提高,在这种背景下第三方采购相关分析设备建立商业实验室应运而生。
国内的一些半导体第三方检测机构如下:
国家通用电子元器件质量监督检验中心
国家集成电路产品质量监督检验中心(筹)
工业和信息化部通用电子产品质量监督检验中心
国际电工委员会元器件质量评定体系(IECQ)的中国国家监督检查机构(NSI)独立实验室(国内唯一)
中国科技成果检测国家级检测机构
知名大公司指定的电子元器件质量评价与确认试验室
美国UL的TP/TDP数据交换体系成员
加拿大CSA认可的检测机构
德国TÜV,欧洲ITS,香港IECC、STC、SGS的合作伙伴
美国FCC、英国UKAS的列名试验室
除了以上这些第三方检测机构,封装测试企业往往也有对外的测试服务,主要是CP测试和FT测试,比如京元电子科技、日月光、Powertech Technology Inc、Amkor Technology Inc 、Chipbond等都有相关服务。值得注意的是,仅涉及失效分析或可靠性试验的检测机构往往业务复杂,并非单纯的半导体或芯片第三方检测机构,其半导体业务仅为其一小部分业务,且多集中于元器件或LED领域,在IC领域涉足较少,这可能和集成电路检测与测试技术难度大有关。
随着第三方半导体检测机构的兴起,IC企业的研发门槛和成本将大幅度降低,整个集成电路市场将持续发展,第三方半导体检测机构将采购大量的相关仪器设备以应对日益增长的半导体检测需求。与此同时,芯片制造生产技术快速发展迭代,新的技术对检测仪器设备提出了多样化需求,第三方检测机构需要不断进行仪器设备的更新换代,这将进一步促成相关仪器市场爆发。
当电路某个状态出错时应如何排除错误,试举例说明
方法一:直接观察
电路发生故障时,通常情况下不会立即去使用仪器测量,而是用肉眼观察去查找电路可能存在的异常部位。而直接观察方法又分为不通电跟通电检测。
不通电检测即检查电源电压的水平跟极性是否符合电路要求;电解电容的极性跟二、三极管的管脚位置、集成电路的引脚位是不是出现虚焊、错焊跟交叉等问题;布线是否存在不合理的地方;印刷板在印制的时候有没有线路出现断线;电阻跟电容有没有明显烧焦问题。
而通电检查主要是观察元器件有没有过热、冒烟和明显焦味,电子管跟示波管的灯丝有没有存在高压打火等问题。

方法二:万用表检测
万用表检测主要是检查静态工作点,其中电子电路的供电系统、三极管、集成块跟线路中的电阻值及直流工作状态可以利用万用表进行检测。检测看是否数值正常。
方法三:信号寻迹法
在复杂的电路中,可以通过在输入端接入一个信号,然后通过示波器从前级到后级或者从后级到前级一级一级观察波形跟幅值变化,最终查看哪一级出现异常。
方法四:对比方法
对比法较为直观,主要是通过将疑似故障电路跟一个工作状态正常的相同电路进行参数对比,查找其中是否存在参数差距较大的值,再进行故障原因分析,最终判断故障位置。
方法五:替换法
对于故障不明显的电子电路,在无法进行直观判断故障点时,可利用现有的相同元件进行替换,通过替换观察电路是否变化,来缩短故障判断时间。
方法六:旁路检查法
如果电路中存在寄生震荡现象,那么就可以利用一定容量的电容器,将电容器跨接在需要检查的地方或参考接地点之间,然后观察震荡是否存在。如果震荡消失,则说明震荡是产生在前级电路或者附近的电路中。如果没有,则往后移动,继续寻找检查点。电容器的选择应该注意旁路电容不要过大,能够较好的消除不利的信号就行。
方法七:短路检查法
短路检查法是由我们主动制造一个临时的短路,让部分电路出现短路。如下图所示的放大电路,其中万用表测量T2的集电极对地电压为0。那么我们怀疑L1电路出现断路,接下去将L1两端制造临时短路,此时如果VC2的数值正常,则说明故障就在L1上。
用于分析短路法的放大电路
需要注意的是,短路法并不能用在电源电路上,切记。
方法八:断路检查法
前面说的短路法用来检查断路是最有效的,同样,用断路法进行短路检查同样最有效。断路检查法的思维与前面几个方法类似,是用来排除怀疑点及缩短范围的方法。假设,稳压电源因为接入一个有故障的电路当中,此时输出电路过大,那么我们依次断开电路的某一部分支路,然后观察电路电流输出情况,从而判断故障出现的支路。
电子类的失效分布特点有哪些
让机器工作一段时间,用手触摸易发热部位的元件(注切断电源),用手感觉发热元件的冷热程度,从而发现元件是否有过热或该发热而未发热的部件,以间接判断故障部位。
如行管散热片、场IC散热片、大功率电阻、三极管等部件。正常工作时应有微量发热,若感觉很烫手,应视为异常。
如维修一台坏的彩显,在开机约三分钟后,然后断电,用手触摸行管散热片,发现很烫手甚至热得不敢用手去摸。应视为异常,联想故障部位,最后直到排除故障部位。从而减少因严重发热而损坏的元件。
电子电路调试的具体步骤
(1) 通电观察:通电后不要急于测量电气指标,而要观察电路有无异常现象,例如有无冒烟现象,有无异常气味,手摸集成电路外封装,是否发烫等。如果出现异常现象,应立即关断电源,待排除故障后再通电。

(2) 静态调试:静态调试一般是指在不加输入信号,或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试,可用万用表测出电路中各点的电位,通过和理论估算值比较,结合电路原理的分析,判断电路直流工作状态是否正常,及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数,使电路直流工作状态符合设计要求。
(3) 动态调试:动态调试是在静态调试的基础上进行的,在电路的输入端加入合适的信号,按信号的流向,顺序检测各测试点的输出信号,若发现不正常现象,应分析其原因,并排除故障,再进行调试,直到满足要求。
测试过程中不能仅凭感觉或印象,要始终借助仪器观察。使用示波器时,最好把示波器的信号输入方式置于“DC”挡,通过直流耦合方式,可同时观察被测信号的交、直流成分。
电子元器件失效分析的目的和意义、失效分析程序、失效分析技术以及失效分析主要仪器设备与工具;案例篇按照元器件门类分为九章,即集成电路、微波器件、混合集成电路、分立器件、阻容元件、继电器和连接器、电真空器件、板极电路和其它器件,共计138个失效分析典型案例,各章节突出介绍了该类器件的失效特点、主要失效模式及相关失效机理,提出了预防和控制使用失效发生的必要措施。


