業(yè)界對(duì)于半導(dǎo)體器件零缺陷需求的呼聲日益高漲，為此半導(dǎo)體制造商開始加大投資應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，以滿足汽車用戶的需求。隨著汽車中電子元器件數(shù)量的不斷增加，必須嚴(yán)格控制現(xiàn)代汽車中半導(dǎo)體器件的質(zhì)量以降低每百萬零件的缺陷率(DPM)，將與電子元件相關(guān)的使用現(xiàn)場退回及擔(dān)保等問題化，并減小因電子元件失效導(dǎo)致的責(zé)任問題。
美國汽車電子委員會(huì)AEC-Q001規(guī)范推薦了一種通用方法，該方法采用零件平均測試(Part Average Testing, PAT)方法將異常零件從總零件中剔除，從而在供應(yīng)商這就改進(jìn)部件的質(zhì)量和可靠性。對(duì)給定晶圓、批號(hào)或被測零件組，PAT方法可以指示總平均值落在6σ之外的測試結(jié)果，任何超出給定器件的6σ門限值的測試結(jié)果均被視為不合格，并從零件總數(shù)中剔除，那些未達(dá)到PAT門限值的零件不能付運(yùn)給客戶,這樣一來就改進(jìn)了器件的質(zhì)量和可靠性。
用戶對(duì)這些規(guī)范的要求促使供應(yīng)商之間的競爭更加激烈。在改進(jìn)可靠性并降低缺陷率方面面臨很大的壓力，尤其對(duì)于目前由半導(dǎo)體控制的許多相當(dāng)重要的安全功能，諸如剎車、牽引控制、動(dòng)力及主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。供應(yīng)商既要改進(jìn)已付運(yùn)零件的質(zhì)量,又要讓這些規(guī)范對(duì)其成品率的影響。由于制造成本持續(xù)走低,測試成本卻維持在相對(duì)不變的水平，因此測試成本在制造成本中的比重日益增大，元器件的利潤空間持續(xù)縮水。由于絕大部分的成品率都不能夠滿足要求，所以供應(yīng)商必須徹底評(píng)估他們的測試程序以便找到替代測試方法，并且從備選方法中反復(fù)試驗(yàn)直至找到方法。

不借助的分析和仿真工具，供應(yīng)商就會(huì)在沒有充分了解這些規(guī)范對(duì)供應(yīng)鏈影響的情況下應(yīng)用它們。更糟糕的是,如果盲目應(yīng)用并遺漏了重要的測試,那么結(jié)果即使保證采用PAT之類的規(guī)范對(duì)器件進(jìn)行了測試并以相同的DPM率付運(yùn),在這種情況下保證也是毫無疑義的，而且可靠性也會(huì)降低。
一些供應(yīng)商似乎認(rèn)為，在晶圓探測中進(jìn)行PAT測試就足夠了，但研究表明采用這種方法存在許多問題。在晶圓探測中采用PAT是道質(zhì)量關(guān)，但在剩余的下游制造過程中，由于無數(shù)可變因素造成的變數(shù)增加，因此會(huì)在封裝測試時(shí)導(dǎo)致更多的PAT異常值。如果供應(yīng)商希望付運(yùn)高質(zhì)量的零件，他們就需在晶圓探測和終測試兩個(gè)階段都進(jìn)行PAT測試，而且他們的客戶也應(yīng)推動(dòng)該方法的應(yīng)用。
實(shí)時(shí)PAT和統(tǒng)計(jì)后處理
PAT過程所采用的方法之一是分析由幾個(gè)批次的數(shù)據(jù)，為每個(gè)感興趣的測試建立PAT門限。這些門限計(jì)算為魯棒平均值+/-6σ，并且通常作為規(guī)格上限(USL)和規(guī)格下限(LSL)整合到測試程序中。靜態(tài)PAT門限必須至少每六個(gè)月復(fù)審并更新。
的方法是計(jì)算每個(gè)批次或晶圓的動(dòng)態(tài)PAT門限。動(dòng)態(tài)PAT門限通常比靜態(tài)PAT門限更為嚴(yán)格，并且清除不在正常分布內(nèi)的任何異常值。為重要的差異是動(dòng)態(tài)PAT門限根據(jù)晶圓或批次計(jì)算，因而門限將會(huì)根據(jù)晶圓或批次所采用的材料性能連續(xù)變化。動(dòng)態(tài)PAT門限計(jì)算為平均值+/-(n*σ)或中值+/-(N * 魯棒σ)，且不能小于測試程序中所規(guī)定的LSL或大于USL。
所計(jì)算出的PAT門限定被用作圖中所示的較低PAT門限(LPL)和較高PAT門限(UPL)。任何超過動(dòng)態(tài)PAT門限且處于LSL和USL門限之間的值都被視為異常值。這些異常值通常被命名為故障并被裝入一個(gè)特定的異常值軟件和硬件箱。跟蹤給定晶圓或批次所計(jì)算出的PAT門限以及每一個(gè)測試所檢測到的異常量對(duì)于后期追溯具有重要意義。
實(shí)施PAT有兩種主要方法：實(shí)時(shí)PAT和統(tǒng)計(jì)后處理(SPP)。供應(yīng)商必須清楚是否要在探測和終測試中采用兩種不同方法，還是只采用一種方案更有意義。
實(shí)時(shí)PAT根據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)PAT門限的計(jì)算，在不影響測試時(shí)間的情況下，當(dāng)零件被測試時(shí)就作出分選決策。這就需要能夠處理監(jiān)測和取樣的復(fù)雜數(shù)據(jù)流的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)引擎。同樣，這一過程也需要魯棒的統(tǒng)計(jì)引擎，該引擎可捕獲測試數(shù)據(jù)并執(zhí)行必要的計(jì)算以產(chǎn)生新的門限，將新門限和分選信息送入測試程序；同時(shí)，監(jiān)測整個(gè)過程以確保穩(wěn)定性及可控性。供應(yīng)商需要對(duì)探測和終測試進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并處理基線異常值。

統(tǒng)計(jì)后處理方法會(huì)產(chǎn)生相同的終測試結(jié)果，在一個(gè)批次完成之后，要對(duì)器件測試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理并作出分選決策。然而，因?yàn)榉诌x決策是在批次處理后作出的，后處理只能用于晶圓探測，因?yàn)闇y試和分選結(jié)果與特定器件相關(guān)，以便重新分選。在封裝測試中，器件一旦被封裝，就沒有辦法跟蹤或順序排列，因而無法將測試及分選結(jié)果與特定器件聯(lián)系起來。SPP還要求進(jìn)行完全測試結(jié)果的數(shù)據(jù)記錄以便做出決策，日益增加的IT基礎(chǔ)架構(gòu)需要(大量時(shí)間)并大大放慢了測試時(shí)間。由于結(jié)果被后處理，因此SPP將一個(gè)批次中基線異常值作為器件整體的一個(gè)部分進(jìn)行處理。
兩種方法在處理測試和分選結(jié)果時(shí)都需要運(yùn)行強(qiáng)大的運(yùn)算，就像區(qū)域性PAT和其它故障模式一樣。區(qū)域性PAT的實(shí)例是一塊晶圓中的一顆合格裸片被多塊有故障的裸片包圍。研究表明：這顆合格器件很可能過早出現(xiàn)故障，要努力減少汽車器件中的DPM，大部分供應(yīng)商都必須找到這顆合格器件。
實(shí)時(shí)測試的實(shí)現(xiàn)
假定此刻我們正在制造用于汽車的電源管理器件，我們將歷史測試數(shù)據(jù)載入分析工具并對(duì)器件參數(shù)數(shù)據(jù)作深度分析，以便發(fā)現(xiàn)哪個(gè)測試是PAT的較好備選。測試有優(yōu)劣之分，有些測試更適合于PAT，有些測試對(duì)器件的功能測試更為重要。如果選擇器件的所有測試，成品率將難以接受。
某些測試的問題在于數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定，以致于不能根據(jù)PAT標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。造成這種可變性的原因可能是器件本身所固有的，也可能是測試過程引起的(如自動(dòng)測量設(shè)備中的一臺(tái)儀器不能生成的測量結(jié)果)，還可能是封裝過程引入的，這些測試恰恰不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)控制且不能被測量。
基線用于建立給定晶圓或批次的動(dòng)態(tài)PAT門限。例如，在一塊含有1,000塊裸片的晶圓上，100塊典型裸片構(gòu)成的基線就是這塊晶圓恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)取樣值。
一旦達(dá)到基線，在動(dòng)態(tài)PAT門限應(yīng)用于實(shí)時(shí)環(huán)境前就需要執(zhí)行幾項(xiàng)重要任務(wù)。要對(duì)每個(gè)被選測試進(jìn)行常態(tài)檢查。如果數(shù)據(jù)正常分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差就要采用“標(biāo)準(zhǔn)”方法計(jì)算；但是如果數(shù)據(jù)分布不正常，就要采用“魯棒”方法來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。
每個(gè)被選測試的動(dòng)態(tài)PAT門限必須被計(jì)算并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以用于隨后的測試。初的LSL和USL保持不變，并依據(jù)初測試程序被用于檢測測試故障。對(duì)被選測試基線異常值進(jìn)行計(jì)算。在探測中，要保存X-Y 坐標(biāo)以便在晶圓制做結(jié)束后進(jìn)行處理。在封裝測試中，基線器件被分選進(jìn)基線箱。如果檢測到基線中的異常值，那么就要識(shí)別出這些器件以便重新測試。
達(dá)到基線后，對(duì)每個(gè)被選測試進(jìn)行動(dòng)態(tài)PAT門限檢查，并對(duì)每個(gè)器件進(jìn)行實(shí)時(shí)裝箱。那些不符合PAT門限的器件落入一個(gè)獨(dú)特的“異常值”軟件或硬件箱，該箱會(huì)將它們識(shí)別為PAT異常值器件以待進(jìn)行后測試。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的部分是器件被測時(shí)具有實(shí)時(shí)處理反饋的功能，觸發(fā)動(dòng)作并向工作人員發(fā)警報(bào)信號(hào)。例如，如果基線中的異常值總量超過用戶輸入的門限，觸發(fā)器就會(huì)被激活，并向測試工作人員發(fā)出警報(bào)，以對(duì)封裝測試時(shí)基線裝箱零件進(jìn)行重新測試。
在實(shí)時(shí)環(huán)境中，生產(chǎn)批次被運(yùn)行后，統(tǒng)計(jì)基線中的異常值必須進(jìn)行后處理。在SPP環(huán)境中這不是問題，因?yàn)檎麄€(gè)數(shù)據(jù)塊是在生產(chǎn)批次完成后被同時(shí)處理的。即使異常值的實(shí)際數(shù)量通常很少，處理基線器件中的異常值仍十分重要。
盡管兩種PAT方案各有優(yōu)點(diǎn)，但能夠滿足可靠性要求且不中斷測試過程的快捷路徑還是通過實(shí)時(shí)的、基于合理的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行主動(dòng)質(zhì)量管理。