瑞萨的生产技术:提高质量的措施

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当前,半导体的用途越来越广,客户对器件的要求也越来越多。但是,质量和可靠性是永远不变的共同要求。为了提供客户要求的质量,瑞萨在产品开发阶段就开始努力提高质量和可靠性,同时还不断地改善生产过程。

瑞萨真正致力于提高产品质量

瑞萨认为:为客户提供最佳解决方案的关键在于满足客户所要求的质量和可靠性。客户验收时的产品不良率“ppm(parts per million:每100万个的故障个数)”和“FIT(Failure In Time:总使用时间内发生的故障个数)”的数值取决于该半导体的用途。

针对要求高质量和高可靠性的客户,瑞萨在筛选(除去有缺陷的产品)半导体以及避免潜在故障半导体出厂方面,长期积累了丰富的经验。因为光靠生产后的检查无法全部发现不良品,所以最重要的是在生产过程中找出可能发生不良影响的原因,避免不良品出厂。如果能查明不良原因并能纠正,就能通过实现高成品率以及降低不良率来提高产品质量。瑞萨循环地进行减少质量下降因素的过程验证,持续不断地改善产品质量(图1)。

图1:瑞萨的质量改善措施:持续不断地循环进行质量改善的过程验证

图1:瑞萨的质量改善措施:持续不断地循环进行质量改善的过程验证

“提高产品质量”的诀窍① ―晶片测试―

在此简单说明半导体的生产过程与发生不良品的关系。在半导体生产过程中进行各种各样的处理,在这些处理过程中可能因混入杂质或者晶片上附有异物,无法按设计形成电路,这就会产生不良品。晶片是形成电路的超高纯度硅基板,也有直径为300mm的大硅基板。在晶片上形成多个电路,做成后切割成各个芯片并进行封装。

为在试制阶段查出问题而对晶片进行各种各样的测试,这是在着手批量生产前稳定生产过程不可缺少的工作。因此,我们在设计阶段就考虑到测试晶片,准备了嵌入测试电路以及获取信息的对策。

数字电路分为时序电路(触发器)和组合电路,时序电路的测试称为链测试,组合电路的测试称为扫描测试。在链测试的测试模式中,设计了跨越触发器和触发器之间组合电路的电路,因此能迅速地判断触发器是否按设计工作。扫描测试是通过准备的测试输入模型来判断组合电路是否正常工作,这种模型数量巨大,如果全部测试会增加成本。瑞萨根据长期的业绩,积累了既能控制成本又能高效发现问题的测试经验。

“提高产品质量”的诀窍② ―TEG的有效利用―

在半导体开发过程中,需要在开始批量生产前将测试晶片投放于生产过程,然后对做成的晶片进行上述的测试。通过分析测试结果判断不良的种类,寻找对策再次进行测试晶片。半导体生产需要几个星期,因此判断所采取的对策是否有效需要时间。

图2:专家使用TEG时的益处

图2:专家使用TEG时的益处

“TEG(Test Element Group)”是用于保证质量的另一个工具,是在晶片上设置的用于分析生产问题的特殊电路,此测试电路对器件的特性分析非常有效(图2)。

通过测试晶片和TEG的有效利用,发现生产工序中的问题并制定对策。目前,LSI的1个芯片上有1亿个晶体管并非罕见。如果把东京圆顶球场草坪的每一根草比作一个晶体管,可以说掉在草坪中的一颗砂尘就是造成不良的原因。此时,只要清除类似的砂尘问题,不良影响便可骤减。和上述的扫描测试一样,这也是瑞萨强有力的宝贵经验之一。

瑞萨经验,确保社外产品质量

东日本大震灾以后,出于BCP(Business Continuity Planning:业务继续计划)的观点,瑞萨委托外部的生产设备公司(制造专业厂家)进行生产。但是,无论是公司内部还是公司外部委托生产的产品,瑞萨都进行同样的管理,以维持同等的质量。

当委托制造专业厂家生产时,委托方不是只提交图纸就完事,而是由被托方负责生产,委托方(瑞萨)负责测试,被托方和瑞萨有很多需要共同解决的事项,不同的被托方使用不同的设备,生产方法也不一样。而且,生产时发生的问题有来自被托方的也有双方共有的。负责质量管理的瑞萨有效利用积累的知识和经验,分析问题并采取对策。此时,不仅是生产过程,而且比设备和设计等更上层部分的相关经验将起很大的作用。虽然有“无厂家半导体公司”之说,但是没有生产过程和设计过程的知识,要实现产品的高质量非常困难。

委托方如果只提交设计图纸而不能指出问题,就只能挑选合格品,也就无法提高产品质量。瑞萨的委托生产并非委托与生产相关的所有事项,而是共同解决所发生的问题,无论是公司内部还是公司外部委托生产的产品都保证同等的质量。

满足客户所需产品质量

在提高质量方面,瑞萨的显著成果在于改善了单片机的不良率(ppm值),不良率几乎每年都在下降(图3)。同时,我们还在努力减少客户使用期间所发生的故障(FIT值)。

瑞萨提供半导体的行业涉及很多领域,汽车、工业设备、家电产品等不同领域的客户要求的半导体质量基准不同。瑞萨将长期积累的经验以及行业首屈一指的质量用于改善技术,有时保持充裕的姿态,有时使用最尖端的技术,提供满足客户质量要求的产品。正因为拥有高水平的质量改善技术,才能对应客户的各种要求。

图3:瑞萨汽车单片机的不良率(ppm)。正踏踏实实地在高水平上进行改善。

图3:瑞萨汽车单片机的不良率(ppm)。正踏踏实实地在高水平上进行改善。

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