stringtranslate.com

Надежность (полупроводник)

Надежность полупроводникового устройства — это способность устройства выполнять предназначенную ему функцию в течение всего срока службы устройства в полевых условиях.

При разработке надежных полупроводниковых устройств необходимо учитывать множество факторов:

  1. Полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям и частицам. Поэтому для изготовления этих устройств необходимо управлять многими процессами, точно контролируя уровень примесей и частиц. Качество готового продукта зависит от многослойных взаимоотношений каждого взаимодействующего вещества в полупроводнике, включая металлизацию , материал чипа ( список полупроводниковых материалов ) и упаковку.
  2. Проблемы микропроцессов и тонких пленок должны быть полностью изучены применительно к металлизации и склеиванию проводов . Необходимо также анализировать поверхностные явления с точки зрения тонких пленок.
  3. Из-за быстрого развития технологий многие новые устройства разрабатываются с использованием новых материалов и процессов, а время проектирования ограничено из -за единовременных инженерных ограничений, а также времени для решения проблем рынка. Следовательно, невозможно основывать новые конструкции на надежности существующих устройств.
  4. Для достижения экономии за счет масштаба полупроводниковая продукция производится в больших объемах. Кроме того, ремонт готовых полупроводниковых изделий нецелесообразен. Поэтому обеспечение надежности на этапе проектирования и уменьшение отклонений на этапе производства стали необходимыми.
  5. Надежность полупроводниковых устройств может зависеть от сборки, использования, условий окружающей среды и охлаждения. Факторы стресса, влияющие на надежность устройства, включают газ , пыль , загрязнение, напряжение , плотность тока , температуру , влажность , механическое воздействие , вибрацию , удар , радиацию , давление и интенсивность магнитных и электрических полей.

Факторы проектирования, влияющие на надежность полупроводников, включают: снижение напряжения , мощности и тока ; метастабильность ; логические временные запасы ( логическое моделирование ); временной анализ ; температурное снижение характеристик; и контроль процесса .

Методы улучшения

Надежность полупроводников поддерживается на высоком уровне за счет нескольких методов. Чистые помещения контролируют примеси, контроль процесса контролирует обработку и выгорание (кратковременная работа в экстремальных условиях), а зондирование и тестирование сокращают утечки. Зонд ( вафельный зонд ) проверяет полупроводниковый кристалл перед упаковкой с помощью микрозондов, подключенных к испытательному оборудованию. Заключительный тест проверяет упакованное устройство, часто до и после проработки, на предмет набора параметров, обеспечивающих работу. Слабые стороны процесса и конструкции выявляются путем применения ряда стресс-тестов на этапе квалификации полупроводников перед их выводом на рынок. e. г. в соответствии с квалификацией стресса AEC Q100 и Q101. [1] Среднее тестирование деталей — это статистический метод выявления и помещения в карантин полупроводниковых кристаллов, которые имеют более высокую вероятность отказов в надежности. Этот метод идентифицирует характеристики, которые находятся в пределах спецификации, но за пределами нормального распределения для этой совокупности, как выбросы риска, не подходящие для приложений с высокой надежностью. Разновидности среднего тестирования деталей на основе тестера включают, среди прочего, параметрическое среднее тестирование деталей (P-PAT) и среднее тестирование географических деталей (G-PAT). Встроенное среднее тестирование деталей (I-PAT) использует данные контроля производственного процесса и метрологии для выполнения функции распознавания отклонений. [2] [3]

Измерение прочности соединения проводится двумя основными типами: испытание на растяжение и испытание на сдвиг. И то, и другое можно сделать деструктивно, что встречается чаще, или недеструктивно. Неразрушающие испытания обычно используются, когда требуется чрезвычайная надежность, например, в военной или аэрокосмической промышленности. [4]

Механизмы отказа

Механизмы отказа электронных полупроводниковых приборов делятся на следующие категории.

  1. Механизмы, индуцированные взаимодействием материалов.
  2. Механизмы стресса.
  3. Механически вызванные механизмы разрушения.
  4. Механизмы отказов, вызванных воздействием окружающей среды.

Механизмы, вызванные взаимодействием материалов

  1. Затвор- металл полевого транзистора
  2. Деградация омического контакта
  3. Деградация канала
  4. Эффекты поверхностного состояния
  5. Загрязнение формованной упаковки — примеси в упаковочных материалах вызывают сбой в работе электрооборудования.

Механизмы отказов, вызванных стрессом

  1. Электромиграция – электрически индуцированное движение материалов в чипе.
  2. Выгорание – локальное перенапряжение
  3. Захват горячих электронов - из-за перегрузки в силовых радиочастотных цепях.
  4. Электрическое напряжение – электростатический разряд , сильные электромагнитные поля ( HIRF ), фиксирующееся перенапряжение , перегрузка по току.

Механизмы механических отказов

  1. Излом матрицы – из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения.
  2. Пустоты при прикреплении штампа – производственный дефект – выявляются с помощью сканирующей акустической микроскопии.
  3. Разрушение паяного соединения из-за ползучести или интерметаллических трещин.
  4. Расслоение матрицы/формовочной массы из-за термоциклирования

Механизмы отказов, вызванных воздействием окружающей среды

  1. Влияние влажности – поглощение влаги корпусом и контуром.
  2. Водородные эффекты – пробой частей цепи, вызванный водородом (металл).
  3. Другие температурные эффекты — ускоренное старение, усиление электромиграции с температурой, усиление выгорания.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Документы AEC
  2. ^ "AEC Q001" (PDF) .
  3. ^ «Д.В. Прайс и Р.Дж. Ратерт (KLA-Tencor Corp.). «Наиболее известные методы контроля скрытых дефектов надежности на предприятиях по производству полупроводников 90–14 нм». Девятнадцатый ежегодный семинар по надежности автомобильной электроники. Нови, Мичиган. Апрель 2017 г.».
  4. ^ Сайкс, Боб (июнь 2010 г.). «Зачем тестировать облигации?». Журнал Global SMT & Packaging.

Библиография