stringtranslate.com

Надежность (полупроводник)

Надежность полупроводникового прибора — это способность прибора выполнять возложенную на него функцию в течение всего срока службы прибора в полевых условиях.

При разработке надежных полупроводниковых приборов необходимо учитывать ряд факторов:

  1. Полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям и частицам. Поэтому для производства этих приборов необходимо управлять многими процессами, при этом точно контролируя уровень примесей и частиц. Качество готового продукта зависит от многослойных отношений каждого взаимодействующего вещества в полупроводнике, включая металлизацию , материал чипа ( список полупроводниковых материалов ) и корпус.
  2. Проблемы микропроцессов и тонких пленок должны быть полностью поняты в применении к металлизации и проволочной сварке . Также необходимо проанализировать поверхностные явления с точки зрения тонких пленок.
  3. Из-за быстрого развития технологий многие новые устройства разрабатываются с использованием новых материалов и процессов, а календарное время проектирования ограничено из-за неповторяющихся инженерных ограничений, а также проблем со временем выхода на рынок . Следовательно, невозможно основывать новые конструкции на надежности существующих устройств.
  4. Для достижения экономии масштаба полупроводниковые изделия производятся в больших объемах. Кроме того, ремонт готовых полупроводниковых изделий нецелесообразен. Поэтому внедрение надежности на этапе проектирования и снижение вариации на этапе производства стали необходимыми.
  5. Надежность полупроводниковых приборов может зависеть от сборки, использования, условий окружающей среды и охлаждения. Факторы стресса, влияющие на надежность прибора, включают газ , пыль , загрязнение, напряжение , плотность тока , температуру , влажность , механическое напряжение , вибрацию , удар , радиацию , давление и напряженность магнитных и электрических полей.

Факторы проектирования, влияющие на надежность полупроводников, включают: снижение номинальных значений напряжения , мощности и тока ; метастабильность ; запасы логической синхронизации ( логическое моделирование ); временной анализ ; снижение номинальных значений температуры ; и управление процессом .

Методы улучшения

Надежность полупроводников поддерживается на высоком уровне несколькими методами. Чистые помещения контролируют примеси, управление процессом контролирует обработку и приработку (кратковременная работа в экстремальных условиях), а зондирование и тестирование уменьшают утечки. Зонд ( вафельный зонд ) проверяет кристалл полупроводника перед упаковкой с помощью микрозондов, подключенных к испытательному оборудованию. Окончательный тест проверяет упакованное устройство, часто до и после приработки, на набор параметров, которые гарантируют работу. Слабые стороны процесса и конструкции выявляются путем применения набора стресс-тестов на этапе квалификации полупроводников перед их выпуском на рынок, например, в соответствии с квалификациями стресс-тестов AEC Q100 и Q101. [1] Тестирование среднего значения деталей — это статистический метод распознавания и изоляции кристалла полупроводника, который имеет более высокую вероятность отказов надежности. Этот метод определяет характеристики, которые находятся в пределах спецификации, но за пределами нормального распределения для этой совокупности, как рискованные выбросы, не подходящие для приложений с высокой надежностью. Разновидности тестирования среднего значения деталей на основе тестера включают в себя параметрическое тестирование среднего значения деталей (P-PAT) и географическое тестирование среднего значения деталей (G-PAT) и другие. Встроенное тестирование среднего значения деталей (I-PAT) использует данные инспекции и метрологии производственного процесса для выполнения функции распознавания выбросов. [2] [3]

Измерение прочности связи выполняется двумя основными способами: испытание на растяжение и испытание на сдвиг. Оба могут быть выполнены разрушающим способом, что более распространено, или неразрушающим способом. Неразрушающие испытания обычно используются, когда требуется чрезвычайная надежность, например, в военных или аэрокосмических приложениях. [4]

Механизмы отказа

Механизмы отказа электронных полупроводниковых приборов делятся на следующие категории:

  1. Механизмы, обусловленные взаимодействием материалов.
  2. Механизмы, вызванные стрессом.
  3. Механизмы отказов, вызванные механическим воздействием.
  4. Механизмы отказов, вызванные воздействием окружающей среды.

Механизмы, вызванные взаимодействием материалов

  1. Полевой транзистор с затвором-металлическим током
  2. Деградация омического контакта
  3. Деградация канала
  4. Эффекты поверхностного состояния
  5. Загрязнение формованной упаковки — примеси в упаковочных компаундах вызывают отказ электрооборудования

Механизмы отказов, вызванных стрессом

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

Механизмы отказов, вызванных механическим воздействием

  1. Разрушение матрицы – из-за несоответствия коэффициентов термического расширения
  2. Пустоты в месте соединения кристаллов – производственный дефект, который можно обнаружить с помощью сканирующей акустической микроскопии.
  3. Разрушение паяного соединения из-за усталости при ползучести или интерметаллических трещин.
  4. Расслоение пресс-формы/формовочной смеси из-за циклического воздействия температур

Механизмы отказов, вызванных воздействием окружающей среды

  1. Влияние влажности – поглощение влаги корпусом и схемой
  2. Воздействие водорода – разрушение частей цепи, вызванное водородом (металл).
  3. Другие температурные эффекты — ускоренное старение, повышенная электромиграция с температурой, повышенное выгорание

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Документы AEC
  2. ^ "AEC Q001" (PDF) .
  3. ^ "DW Price и RJ Rathert (KLA-Tencor Corp.). "Наиболее известные методы контроля скрытых дефектов надежности на 90-нм – 14-нм полупроводниковых фабриках". Девятнадцатый ежегодный семинар по надежности автомобильной электроники. Нови, Мичиган. Апрель 2017 г.".
  4. ^ Сайкс, Боб (июнь 2010 г.). «Зачем тестировать связи?». Журнал Global SMT & Packaging.

Библиография