晶圆级老化测试（Wafer Level Burn In，下文简称WLBI）是半导体制造过程中的一项关键技术。本文将介绍WLBI的定义、意义、发展与应用。

WLBI定义与目的

l定义：Wafer Level Burn In（WLBI）是一种在半导体制造过程中，对仍处于晶圆状态的芯片进行老化测试的技术。在这个阶段，芯片尚未被切割封装，而是以晶圆的形式存在。

l目的：通过在高温、高电压等加速应力条件下让芯片工作一段时间，筛选出早期失效的芯片。这是因为在芯片制造过程中，可能会由于材料缺陷、工艺偏差等原因导致潜在的故障隐患。老化测试能够使这些有隐患的芯片在短时间内暴露出问题，从而保证交付给客户的芯片具有更高的可靠性。

WLBI测试过程

WLBI设备

l施加应力条件：通常会将晶圆放置在专门设计的测试设备中，向芯片施加高于正常工作电压和温度的环境。例如，温度可能会升高到 125 - 150 ℃左右，电压可能会比正常工作电压提高一定比例（具体取决于芯片的类型和规格）。这种应力环境模拟了芯片在长期使用过程中可能遇到的恶劣情况，加速芯片的老化过程。

l功能监测：在施加应力的同时，通过测试设备对芯片的各种功能进行监测。这些功能包括但不限于数字逻辑功能、模拟信号处理功能、通信接口功能等。如果芯片在老化测试过程中出现功能异常，如逻辑错误、信号失真、通信中断等情况，就会被标记为不合格产品。

l测试时间：测试时间根据芯片的复杂程度和应用要求而有所不同。一般来说，测试时间可能从几个小时到几十个小时不等。对于一些高可靠性要求的芯片，如汽车电子芯片，测试时间可能会更长。

WLBI意义

l提高产品可靠性：在芯片封装前对晶圆进行老化测试，能够提前筛选出潜在的早期失效器件，减少成品芯片在实际使用中出现故障的概率，提高产品的整体可靠性和稳定性，增强市场竞争力。

l降低成本：相较于传统的封装后老化测试，WLBI 可以在晶圆阶段就发现并淘汰有缺陷的芯片，避免了对不良芯片进行封装等后续工序的成本浪费，从而有效降低生产成本。

l缩短产品上市时间：由于可以在晶圆阶段快速筛选出不良芯片，减少了后续封装、测试等环节的时间消耗，有助于缩短产品从研发到上市的周期，使企业能够更快地响应市场需求。

l优化工艺：通过对老化测试数据的分析，工程师可以深入了解芯片的失效模式和潜在问题，从而对芯片设计、制造工艺等进行优化和改进，提高产品质量和良率。

WLBI发展

l早期探索阶段：20 世纪 80 年代左右，随着半导体技术的发展，人们开始意识到在晶圆阶段进行老化测试的重要性，一些研究机构和企业开始进行相关技术的探索和研究，但此时的测试设备和方法还比较简单和初步。

l技术发展阶段：90 年代至 21 世纪初，随着半导体工艺的不断进步，芯片尺寸不断缩小，对可靠性的要求也越来越高，WLBI 技术得到了快速发展。测试设备逐渐实现自动化和高精度，测试方法也不断创新，如采用高温高压等加速老化条件，提高测试效率。

l成熟应用阶段：近年来，WLBI 技术已经相对成熟，在先进半导体制造企业中得到了广泛应用。同时，随着新能源汽车、人工智能、大数据等技术的发展，WLBI 与这些技术相结合，实现了更智能的测试数据分析和故障预测，进一步提高了测试的准确性和效率。

WLBI主要应用

l消费电子领域：如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等，这些设备对芯片的可靠性和稳定性要求较高。通过 WLBI 可以确保芯片在长时间使用过程中不会出现突然失效等问题，提高用户体验。

l汽车电子领域：汽车的安全性和可靠性至关重要，汽车电子系统中的芯片如发动机控制单元、自动驾驶芯片等，都需要经过严格的 WLBI 测试，以满足汽车在各种恶劣环境下的长期稳定运行需求。目前，碳化硅器件在新能源汽车中广泛应用，在电动汽车的逆变器和 DC-DC 转换器中，碳化硅器件可高效控制和优化电池能量流动。如特斯拉 Model 3 采用碳化硅器件后，动力性能和续航里程都有所提升，相比传统硅基 IGBT 方案，碳化硅 MOSFET 可降低电机控制系统损耗，带来约 5% 的行驶里程提升。针对碳化硅器件的WLBI设备也是半导体测试设备厂商的主要发展方向。

l工业控制领域：在工业自动化控制系统中，芯片的稳定性直接影响到生产过程的连续性和可靠性。WLBI 可以筛选出高可靠性的芯片，确保工业设备的稳定运行，减少因芯片故障导致的生产事故和损失。

l通信领域：5G 通信基站、光通信设备等对芯片的性能和可靠性要求极高。WLBI 能够保证通信芯片在高负荷、长时间运行的情况下稳定工作，确保通信系统的畅通和稳定。

l航空航天领域：航空航天设备对电子元件的可靠性要求近乎苛刻，任何一个芯片的故障都可能导致严重的后果。WLBI 是确保航空航天芯片质量的重要手段之一，能够为飞行安全提供可靠保障。

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