芯片检测哪家强？

杰哥-IC男奋斗史

这是IC男奋斗史的第27篇原创

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可靠性测试(Reliability Test，简称RA) 是指通过人为的方式对产品施加超高的环境应力和工作应力，以激发产品潜在的设计缺陷，使其以故障的形式表现出来。然后通过失效分析(Failure Analysis，简称FA)，定位相应的设计缺陷，并提出改进措施，从而提高产品的固有可靠性，缩短产品的设计生产周期，降低成本。
可靠性测试是芯片研发阶段必不可少的实验项目，通常包括芯片可靠性测试(Device Reliability Test) 和封装可靠性测试(Package Reliability Test) 两大类。其中芯片可靠性包括高温寿命实验(HTOL)、低温寿命实验(LTOL)、静电实验(ESD)、闩锁实验(Latch up) 等，封装可靠性包括温度循环实验(TCT)、贮存烘烤实验(HTSL) 和高温高湿实验(uHAST) 等。
失效分析是芯片研发和生产过程中经常用到的方法学，是指根据芯片失效模式和现象采用不同的分析方法或者手段，找出失效原因并挖掘出失效机理的活动。
常用的芯片失效分析方法分为非破坏性和破坏性两大类。其中非破坏性分析方法包括IV-Curve测量、X-Ray扫描、SAT扫描等，破坏性分析方法包括芯片开盖去除封胶(Decap)、芯片去层(Delayer)、剖面/晶背研磨(Cross-Section/Backside)、 离子束剖面研磨 (CP)、芯片电路修改(FIB)等。
关于可靠性测试的实验项目以及失效分析的方法手段，杰哥会在后续的文章中分专题给大家做一一介绍。
可靠性测试(RA)和失效分析(FA)这两个领域的工作通常不分离，两者相辅相成。这个也好理解，可靠性实验过程中芯片出现失效，一定需要做失效分析。失效分析本身不是芯片研发过程中的固定流程，只有在芯片测试或者使用过程中发现了失效才会启动失效分析。可靠性测试是促成芯片失效分析最主要的活动，两者密不可分。
所以，第三方芯片检测机构同时包含可靠性测试和失效分析两大业务。本文杰哥想给大家讲讲第三方芯片检测机构的那些事儿。
芯片设计与制造企业和第三方检测机构的合作模式
大型芯片设计企业通常有自己的RA&FA实验室，例如杰哥之前工作过的模拟芯片巨头，在上海除了研发中心外，还有一个RA&FA实验室。国内的话像海思，也有自己的RA&FA实验室。
国内大部分芯片设计企业都是将芯片检测工作交由第三方检测机构来完成。这个原因也很好理解，RA&FA设备价格非常高，实验室运营维护成本也非常高。通常芯片设计公司对于第三方检测机构的使用率也不是特别高，每个项目也就做一遍RA实验+一些FA分析。压根儿不值得专门建立一个芯片检测实验室。
也有一些芯片设计企业会把部分成本可控的RA实验放在公司内部做，把成本较高的实验放在第三方检测机构做。或者出于项目进度考虑，把最关键的RA实验项目例如HTOL放在内部做，其他一些常规的实验放在第三方检测机构做。例如，杰哥前同事创立的一家模拟芯片公司，就专门建了一个小规模的芯片检测实验室，用来承担部分关键的RA实验工作。
近年来，国内芯片设计企业数量急剧增长，对于第三方检测服务的需求量也越来越大。目前国内能够独立建立芯片检测实验室的企业不多，所以我认为第三方实验室还是主流，毕竟专业的事情应该交给专业的团队来做。
对于芯片制造企业或者封装厂而言，由于规模较大，而且其客户对于实效性的要求非常高，通常都建有专门的芯片检测实验室。杰哥合作过的晶圆厂和封测厂都有这方面的能力。尤其是封装厂，在封装FA方面的能力，甚至比大多数第三方检测机构还要强。
杰哥认为未来第三方检测公司的主要营收来源还是芯片设计公司。晶圆厂或者封装厂把业务或者订单给第三方检测机构的可能性不大，也就是少量自己没有能力做的实验项目会外包第三方检测公司，大部分实验项目都还是会自己做。
国内第三方芯片检测机构简介
目前国内主要的第三方检测企业有宜特、宏康、蔚思博、季丰等。
宜特在上海、深圳、苏州、西安等地均设有实验室。宜特原本是一家**企业，后来被苏试集团收购，目前属于国资背景，其**实验室的能力依然是全球领先水平。宜特在实验室硬件设施配备和综合技术能力方面依然是国内第一，尤其是可靠性方面的技术能力，在国内属于领先水平。
宜特最近两年流失了很多经验丰富的RA和FA工程师，对其整体技术能力产生了一定影响。杰哥之前跟宜特合作项目的时候，支持我的两个有经验的工程师都已经离职，跳槽去国内新建的两家第三方检测企业。
宏康是一家老牌第三方芯片检测企业，其综合实力比宜特稍微差一些，但是宏康在失效分析尤其是FIB(芯片电路修改) 方面的能力非常突出，甚至比宜特更强一些。宏康在RA方面的能力比宜特差一些，其综合能力在国内也属于领先水平。
宏康这边杰哥印象最深的就是FA分析，不管是以前在模拟芯片巨头还是现在的AI芯片企业，杰哥在项目需要执行难度较大的FA分析或者FIB时，都会第一时间想到宏康。
蔚思博就是以前的蔚华，也是一家老牌的第三方检测企业，综合能力比宜特和宏康差一些，最近几年发展势头不错，从宜特挖了不少有经验的工程师过去，未来很可能超越前面两家。
季丰原本是一家做测试硬件的公司，后来逐渐拓展到芯片检测业务。最近几年发展势头很猛，从前面几家企业挖了不少工程师过去，技术能力提升很快。季丰这家企业对技术的追求是这几家企业里最好的，未来可期。
季丰会定期开展RA和FA相关的技术研讨会或者讲座，研究一些RA和FA方面的前沿技术，很多芯片设计企业的RA工程师都会参加。这个对其技术积累、品牌宣传等都有很大的帮助。
芯片设计公司在选择第三方检测机构时的主要考量因素
对于像AI芯片这种先进制程工艺还有先进封装的产品，技术能力肯定是第一考量的因素，首先得有能力做，其次考虑时效性。由于AI产品对交付时间要求很高，时效性也是优先考虑的因素之一。接下来还会看支持力度，价格当然也会看，但通常不是主要因素。
对于比较成熟工艺和封装类型的产品，基本上大部分第三方检测企业的技术能力都能够覆盖，这时候价格反而成了主要因素，当然也会兼顾时效性、支持力度等因素。
芯片第三方检测业务的壁垒
a 设备昂贵且维护成本高
不管是芯片RA测试还是FA分析，都要用到昂贵的检测设备。例如芯片高温老化测试(HTOL)用到的炉子，高端的包含独立温控与数字通道，可以支持上百瓦的大功耗芯片；芯片FA分析用到的3D X-Ray分析仪，价格基本都在上千万人民币以上。而且体型非常大，需要专门的厂房和配套设施。第三方检测实验室的建造与维护成本非常高。
b 对工程师的经验与技术能力要求很高
RA测试有很多实验项目，每一项都有特定的实验条件。而且RA测试属于定制化测试，针对每个芯片项目都需要设计新的测试硬件，对工程师在硬件方面的能力有一定要求。RA实验调试和执行也需要有丰富的实践经验，这是因为实验执行过程中可能会出现各种问题，需要工程师有足够的能力与经验识别出是否需要暂停实验并对出问题的芯片进行分析。
FA分析对工程师经验与能力的要求就更高了。以芯片去层(Delayer)为例，不同的工程师做出来的效果很可能完全不一样。经验差一些的工程师很可能一下子磨过了，把失效点直接磨没了。这样的案例相信很多同行都遇到过。
消费电子芯片与车规级芯片在第三方检测上的差别
从技术的角度看，消费电子芯片与车规级芯片在第三方检测上的差别主要体现在可靠性测试方面。杰哥在《芯荒荒，汽车芯片路在何方》这篇文章中讲过，汽车芯片对可靠性的要求非常高，通常要做到0DPPM，也就是说一百万里边一颗失效芯片也不能有。
因此，汽车芯片需要通过的可靠性标准也要比商规芯片(消费电子)严格很多。通常消费电子芯片需要通过的可靠性标准是JEDEC规范，而汽车芯片需要通过的可靠性标准是AEC-Q100规范。两者在样品数量、实验条件、ATE读点测试温度等方面均有差别。
AEC-Q100要求的芯片样品数量更多，很多实验都必须从3个不同的fab lot取样。AEC-Q100的实验条件也更严苛，ATE读点测试温度AEC-Q100大部分实验项目都要求常温和高温都测试通过，高温老化寿命实验甚至要求常温、高温和低温全部测试通过。而JEDEC规范中通常只要求常温测试。
从成本的角度看，如果芯片设计公司把RA+FA全部外包给第三方检测机构，对于消费电子芯片费用通常在百万人民币量级。但是对于车规芯片，费用通常在消费电子芯片的3倍以上。如果是大算力的自动驾驶芯片，费用会到达千万人民币量级。
未完待续…...
参考文献：
[1]为什么要进行可靠性测试，为什么要提高产品可靠性？- 知乎 (zhihu.com)
[2]芯片常用失效分析方法 - 知乎 (zhihu.com)