可靠度測試是什麼？晶片要用好幾年，怎麼在幾週內知道

可靠度測試（英文 reliability test，也叫可靠度試驗）問的是：晶片用了好幾年之後，還好不好？一般的測試問「現在好不好」，可靠度問「用幾年還好不好」。做法是把晶片放進比平常更熱、電壓更高、忽冷忽熱或又熱又濕的環境，讓本來要好幾年才會發生的老化，在幾個星期裡先發生，再推回平常使用能撐多久。

測試都過了，為什麼還要考可靠度？

晶片出貨前，每一顆都通電測過，通常是兩次：晶圓上測一次（針測），包好再測一次（成品測試），見「晶片怎麼測試？」。可是晶片會老，裡面的東西一點一點在變：

• 導線裡的金屬原子被電流推著走，久了線會變細、甚至斷掉。
• 電晶體裡很薄的絕緣層，一直承受電壓，久了可能被打穿。
• 晶片、塑膠外殼、焊點熱脹冷縮的程度不一樣，每冷熱一次就互相拉扯一次。

這些要好幾年才出事，可是不能等好幾年才賣。就像測鞋子耐不耐穿，不會真的穿三年，而是用機器把它彎折很多次。

浴缸曲線：晶片什麼時候容易壞？

一大批同樣的晶片拿去用，記下每段時間壞了多少，畫出來像一個浴缸，叫浴缸曲線：

1. 剛開始用：壞得比較多，多半是製造時留下的小毛病，叫早期失效；這一段很快就降下來。
2. 中間很長一段：很少壞，偶爾壞一顆，比較像碰運氣。
3. 用了很多年：材料慢慢磨損、老化，壞的又變多。

可靠度測試兩頭都看：左邊高不高，右邊翹起來之前撐不撐得夠久。更仔細的說明在「預燒是什麼？」。

怎麼在幾個星期裡，知道好幾年後的事？

靠的是「加速」。很多讓晶片變老的化學反應，溫度越高跑得越快，就像牛奶放在桌上，比放冰箱壞得快。電壓高一點，弱點也更快現形；濕氣、忽冷忽熱也一樣。所以把條件調得比平常嚴，老化就提早發生。

可是不能無限加。太熱了，可能出現平常根本不會發生的壞法，例如材料軟掉，考出來就跟真的使用無關。所以條件要挑「讓平常會發生的壞法變快」。快了幾倍，也要看是哪一種壞法：每一種對溫度的敏感程度不一樣。

可靠度測試怎麼做？一步一步

第 1 步：挑樣品

從好幾批裡各抽幾十顆，照量產的做法做好、包好。每一批都有一點不一樣，只抽一批，可能剛好抽到最好的那批，考出來只代表那幾顆。

第 2 步：放進加速的條件

把晶片插在板子上，推進烤箱或溫濕度箱，通電、加熱，一直跑，讓老化提早發生。不加速，就得真的等好幾年。

第 3 步：每隔一段時間拿出來量

例如每跑幾百小時，拿出來一顆一顆量：功能還對不對、漏電有沒有變多，再放回去跑；整個考完常要上千小時，好幾個星期。中間量過，才知道什麼時候開始變壞、是不是慢慢偏掉；只看最後一次分不出來。

第 4 步：看壞了幾顆、怎麼壞的

常見的合格標準是一顆都不能壞。有壞的，就拆開、切開找原因（見「失效分析（FA）是什麼？」）。原因可能在製程、設計或封裝，對策完全不一樣；不找原因，可能改錯地方。

第 5 步：推算平常使用能撐多久

用「溫度越高、反應越快」的關係，把烤箱裡的時間換算成平常使用的時間，回答「能不能用好幾年」。一顆都沒壞也不是保證，而是能說「壞的比例低於多少」有幾成把握；樣品太少、跑得太短，這句話就說不準。

常見的考法有哪些？

• 高溫通電（HTOL，高溫工作壽命）：一百多度、加電壓，讓晶片一直工作上千小時。考電晶體和導線會不會慢慢變老，因為晶片每天都在通電、發熱。
• 溫度循環：在零下幾十度和一百多度之間，來回很多次。考封裝裡的接點會不會裂，因為材料熱脹冷縮不一樣，手機每從冷氣房走到大太陽下，就拉扯一次。
• 高溫高濕：八十幾度、濕度八成以上，加電壓跑上千小時。考濕氣會不會滲進塑膠外殼、讓金屬導線腐蝕，因為塑膠不是完全不透水。
• 靜電：模擬人手碰到接腳，或晶片自己帶了電再碰到金屬，把放電打進去。考晶片裡的保護電路擋不擋得住，因為人身上的靜電常有上千伏特，晶片從工廠到組裝一路都會被碰到。

考哪幾項、抽幾顆，業界有公開的標準，也看產品用在哪裡：裝在車上的考得更多、更嚴（見「新聞說的「車用晶片」有什麼不一樣？」）。

良率特別差的那幾批，為什麼要多小心？

良率特別差，常是因為那幾片、那幾批被缺陷打中的特別多。有些缺陷沒大到讓晶片當場壞，只留下測得過、卻比較脆弱的小毛病。研究發現，良率特別差的晶圓和批，測過關的晶片後來早期壞掉的比例也比較高。

這是統計上的傾向，不是每一顆都有問題。可是要求高的產品，會把這些多篩一道，例如先預燒，或另外處理（見「晶片越大，良率為什麼越低？」）。

可靠度測試和預燒差在哪？什麼時候做？

可靠度測試是抽樣：抽一部分，考「這一種晶片、這一套做法能撐多久」。預燒是每一顆：出貨前先燒一段時間，把天生體質弱、會早夭的挑掉。拿鞋子比：可靠度是抽幾雙去磨到壞，看這一款能穿多久；預燒是每一雙先穿著走一段，鞋底沒黏牢的先挑掉。

可靠度多半在量產之前考。新晶片先在研發線試產；交給量產廠之前的技轉審查，可靠度是要對的其中一項（見「研發整合工程師在做什麼？」「新技術從論文到量產要多久？」）。還沒考完就先在量產廠投片，叫風險投片。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「研發線」，左右滑到研發整合工程師。晚班是技轉審查前一晚，八項清單裡的「可靠度（HTOL）」剛過 500 小時的讀點，三批、每批 77 顆，0 顆壞，還要再跑三週。電性量測室的曉雯說：「照經驗，前 500 小時沒事，後面通常也不會。可是通常，不是一定。」助聽器晶片「螢火」的客戶想提早兩週拿到貨；等 HTOL 跑完，還是先風險投片，由你建議。這一晚就是主線「晶片的一生」第 4 章「提早兩週」。

封測廠的可靠度實驗室裡有烤箱，牆上掛著一張浴缸曲線；主線第 12 章「出貨前一晚」，可靠度工程師小方說可以抽幾百顆、跑兩天看早期失效。主頁「學習」點「全部 31 台」，還能把可靠度烤箱拆開，看抽樣的模組怎麼插上板子、推進去加熱加電。

遊戲裡的廠、螢火、人物和「500 小時」「三週」這些數字，都是虛構的設定；可靠度測試是什麼、怎麼做，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。