【正文】 94 ?????試驗目的 ： 確定電子元器件在溫恒加速度作用下的承受能力，評估其結構的牢度與可靠性 試驗在離心機上進行，改變加速度的大小就相當于改變給予芯片或鍵合點的拉力。又稱為穩(wěn)定加速度試驗?？稍谌齻€互相垂直的反方向進行， 對于結構良好的器件，在加速度達 100g 的碰撞沖擊下很少失效。 試驗時間： 1， ， 3,6， 9， 12， 36（ h) 也稱碰撞試驗 試驗目的： 考察樣品在運輸、碰撞、跌落的過程中不同程度的外載荷重復碰撞下的抗疲勞能力或評估其結構的完整性。 試驗目的： 尋找被試樣品在各價固有諧振頻率及在該頻 率段得耐震能力 （ 3） . 震動噪聲試驗 試驗目的 ：考核樣品在被試條件下有無噪聲產生 試驗方法： 試驗條件與掃頻震動試驗基本相同，其加速度值一般小于 20G，振動頻率在 20~2023Hz范圍內隨時間按對數變化，在從 20Hz到 2023Hz在回到 20Hz的時間為 30分鐘，規(guī)定在三個互相垂直的方向上各掃一次，包括與樣品表面垂直的方向。每個方向掃描 2次以上；檢測樣品有無共振現(xiàn)象或共振過程對樣品的損壞情況。 實驗目的：考核被試樣品在一定外載荷條件長時間激勵 下，處于這種震動狀態(tài)下的抗疲勞能力 （ 2） . 掃頻振動試驗 是按對數方式變頻的震動頻率試驗。 結構不良、粘片或鍵合不牢、芯片有裂紋以及外來微粘的半導體器件一般可以用變頻振動試驗檢查出來，必要時也可作為高可靠器件的工藝篩選項目，但效果有時比不上離心加速和碰撞試驗。試驗時，震動等級由振動頻率、震動幅度和震動時間決定。 火車：震動加速度強度 ；震動頻率 2Hz~8Hz； 坦克：震動加速度強度 10G； 震動頻率 10Hz~500Hz； 導彈：震動加速度強度 5~15G，震動頻率 3000Hz. 震動試驗設備提供固定頻率和加速度的實驗條件，加速 度的范圍從 50G~10000G，頻率從 2Hz~5000Hz，對不同 的產品提供超出使用條件幾倍甚至幾十倍的強度來試驗， 得到可靠的使用保障。 2. 震動試驗 電子產品在運輸及使用過程中經常碰到的震動強度與頻率環(huán)境有： 飛機：震動加速度強度 20G。 試驗在高溫箱中進行。 條件：溫度 402oC，濕度： 93% ?3% 時間： 2, 4， 6， 10， 21， 56（天）選一 測試：恒定濕熱試驗結束后，在大氣中恢復 12小時，立即 測試，并先測對濕度敏感的性能參數，在 24小時內測 完。 （ 3） .恒定濕熱試驗 試驗目的：確定產品在相對高濕度環(huán)境下工作與存儲的適應性，用于觀察在規(guī)定時間內恒溫高濕對器件性能的影響。 試驗在高低溫箱內進行。 試驗原理： 器件短時間內承受溫度的反復變化，承受熱脹冷縮 引起的交變應力，此應力會使材料開裂、接觸不良、性能變化。 試驗原理：低溫使電子元器件的電參數發(fā)生變化，材料變 脆，及零件材料冷縮產生應力等。這些試驗對電子器件性能的變化要盡可能的接近器件壽命試驗時觀察到的影響，以使試驗結果可靠。以檢驗產品適應環(huán)境的能力。 有效的篩選可以使器件的失效率，降低一到二個數量級不同的試驗項目可以曝露不同的失效原因，必須根據不同的產品工藝、機構特點，選擇不同的可靠性試驗項目。但實際上作不到，因為可靠性試驗可能部分損壞優(yōu)品。 可靠型篩選通常要對產品施加各種應力或采用特殊手段，盡可能地剔除早期失效產品，是挑選出的產品有高的使用壽命。 根據生產工藝或設備的不同，對同一設計對不同批次的產品可能出現(xiàn)優(yōu)品或劣品，即長壽命、低分散和短壽命、高離散。 沒經篩選的半導體器件的失效曲線如上圖所示。而外單位委托研制的產品驗收，其驗收標準往往主要由委托單位提出，并經生產單位和使用單位協(xié)商，而產品的驗收可靠性試驗要包含事先委托試驗和現(xiàn)場測試等內容。對要求特別嚴格的航天產品、軍品等，也要參考部標、國標和行業(yè)標準，如果有特殊的要求，必須特別設計，提高設計標準。 試生產中，通過工序檢驗、工藝篩選和逐批檢驗的產品，認為質量穩(wěn)定時，可以按照 GB508086， SJ216682，SJ206482的標準，制定可靠性鑒定和驗收試驗的方案。而可靠性驗收試驗是指為了確定定型和批量生產的產品，能否在規(guī)定的條件下達到規(guī)定的性能和可靠性要求的試驗。 產品從樣品研制出來后，就進入了產品定型階段。 產品鑒定和驗收的可靠性試驗 產品在初期研制可靠性評審通過后，就要進行試制性大批量生產，以考核設計文件、工藝設備和質量保證的可行性。 3. 含延緩改進試驗 改進 再試驗；這是上述兩種方法的結合，試驗過程發(fā)現(xiàn)問題后有些立即改進，再試驗；有些則延緩改進，等再試驗結束后全面分析、改進后再試驗驗證。通過這種試驗可以使產品的固有可靠性有較大的提高。 可靠性增長是在研制期或在以后制造時使產品達到預期可靠性的綜合糾正措施。可靠性增長的三個要素是： 1. 產品失效的檢測與分析； 與分析； 3. 執(zhí)行糾正措施并重新試驗。 失效率 老練期 使用壽命期 損耗期 時間 產品失效曲線 失效率 老練期 使用壽命期 損耗期 時間 半導體器件的產品失效曲線 新產品的可靠性試驗 新研制的產品通常其可靠性都不能達到預期的水平，需要作可靠性增長試驗，即通過反復的 “試驗 分析 解決” 的途徑暴露產品缺陷，采取糾正措施，及早發(fā)現(xiàn)并解決大部分可靠性問題。特點是，產品失效率隨時間增長而增加。該階段的失效率較高，特點是失效率隨時間增長很快降低； 2. 2. 使用壽命期，也稱偶然失效期。 可靠性試驗的目的： 1. 在研制階段是產品達到預定的可靠性指標； 2. 在生產過程中，不斷監(jiān)控以提高產品質量； 3. 制定合理的產品工藝篩選條件； 4. 對產品進行可靠性鑒定和驗收； 5. 研究器件的失效機理。 7. 系統(tǒng)可靠性 四、可靠性試驗 可靠性試驗是指在實驗室里用模擬現(xiàn)場工作好人環(huán)境條件進行試驗，以確定產品可靠性的方法。要器件可靠使用必須注意以下幾點： 1. 工作電壓：器件一般能承受電源電壓的波動為規(guī)定值的?15% 2. 2. 負載 : 負載電流不能超過規(guī)定值的 5%，負載電阻則相反 3. 3. 環(huán)境溫度：盡量滿足合適的工作溫度 4. 4. 濕度要求： 對封裝良好的器件濕度要求多時間沒有太高要求 5. 5. 靜電保護： MOS器件對防靜電的要求較高 6. 6. 振動： 避免在振動厲害的環(huán)境下工作 1).兼容與匹配 對使用器件，希望與系統(tǒng)內其它器件能較好匹配，要有一定兼容度，方便維修與更換 2).寬限度 系統(tǒng)設計時，對器件的性能參數不要要求使用到上限，保留一定寬容，器件的各種可能損壞因素都要在組成系統(tǒng)時盡量避免，或采用相應保護措施，使系統(tǒng)可靠。 g. 對特殊器件的封裝采用特殊工藝，如紅外器件采用真空封 裝，大部分軍品 IC采用氣密性陶瓷封裝。 d. 壓焊時的超聲功率、壓力、引線長度合適，不能太短 或太長 e. 焊線與線框引線腳的焊接牢度需要檢測 f. 在封裝傳感器等器件時，黏貼料與器件基片間不能產生明顯 g. h. 的應力。避免的方法同樣可以采用 AlCu合金材料 表 1. 三種金屬薄膜的電遷移比較 金屬膜種類 濺射時間 實際厚度 實際線條寬度 實測電遷移電流 Al 2小時 505?m ?105A/cm2 AlCu(10%) 1小時 318?m ?106A/cm2 Cu 1小時 438?m ?107A/cm2 圖 通電前（左）和通電 30分（中）和通電 1小時后（右）的 Al條形貌 圖 通電前（左）和通電后斷裂后（右）的 AlCu條形貌 圖 通電前（左）和通電 3A， （右）的 Cu條形貌 第一層 Al 第二層 Al 7 封裝可靠性 封裝是關系到器件芯片能否實際應用的問題，也關系到器件能否長久可靠使用的問題，封裝中容易出現(xiàn)的非可靠性問題主要有： ，防止因積累誤差損傷芯片 ，要求接地、大電流、大功率、散熱好的 必須減薄、背面蒸金、用銀漿黏貼、成合金連接。 d. AlSi靶濺射快完時， Si的含量大大增加，會增大互聯(lián)電阻 ： 避免空洞效應。 SOI 器件層薄，產生的電子 空穴對少，由于埋層的隔離，襯底硅中的電子 空穴對無法到達器件溝道，有效提高了SOI 器件的抗輻照能力 MOS電路的 阱隔離 TTL 電路的 環(huán)隔離 Pn結隔離 介質隔離 深槽隔離 接 觸 良好的歐姆接觸是任何器件所必須的，接觸指的是電路邏輯上必須連接的地方，如有源器件與互聯(lián)線的接觸，互聯(lián)線與無源器件的接觸多層布線的層間連接等，不可靠的連接輕則降低器件性能、發(fā)熱、重則器件損壞。隔離的不可靠性問題 主要有： a. 避免 閂鎖效應（ Luchup）即可控硅效應 ， 避免寄生管 b. 介質隔離的主要問題是是否能有效將場開啟電壓提高到 電源電壓之上 c. 溝槽隔離的效果好，但工藝復雜，需要專用設備 d. 目前的許多集成電路都采用多層布線，層間有效隔離和 減少分布電容應同時兼顧 e. 用 SOI材料是好的選擇，但薄膜器件要做島隔離 輻照產生電子 空穴對、在 CMOS工作時，電子向 N溝道集中，降低 NMOS的開啟電壓，空穴向 P溝道集中，升高PMOS的開啟電壓。隔離的方法有： pn 結隔離、介質隔離、溝槽隔離三種。 3. 擴散出現(xiàn)的影響器件可靠性的問題主要有： 4. a. 濃度非均勻 原因：恒溫區(qū)偏離、氣流分布 5. b. 結深偏差 原因：參數設計偏差 6. c. 擴散雜質穿透 原因： 阻擋層厚度偏差 7. d. 雜質污染 原因： 爐管污染 8. e. 后高溫過程中雜質的擴散 2. 氧化 氧化對器件可靠性影響的主要問題在于： a. 氧化缺陷的生成 b. 氧化應力的產生 c. 薄氧化層成長與理論值的差別 d. 介面態(tài)問題 e. 針孔密度與擊穿 f. 可動離子與重金屬污染 g. 氧化的均勻性問題 氧化誘生堆多層錯 高溫和低溫氧化都不利于形成堆垛層錯 離子注入是高精度的摻雜手段，它的工藝可靠性直接影響著器件的性能，離子注入容易出問題的地方主要是： a. 分析器：對離子的分選、荷質比相同峰的區(qū)分 b. 電荷積分儀 : 二次電子遏制、中性離子 c. 掃描頻率選擇： fy:fx~不能為整數 d. 靜電堆積與放電 e. 樣品的冷卻 f. 束斑大小與注入時間 g. 束通道的濺射沾污 h. 注入離子的屏蔽 i. 退火與激活 光刻中出現(xiàn)的非可靠性問題很多，包括： :光強、膠厚、膠的種類、曝光、顯影時間 :包括間隙、襯底吸收、表面反射 ：充分利用對位標記對位，不用不同的光刻機做 同一個器件的不同版次光刻 ：顯影液不能過多地去除未顯影部分的光刻 膠，也不能腐蝕襯底材料，特別是金屬襯底。 二 . 設計可靠性分析 在設計 電子器件時，首先要充分了解和滿足使用對器件性能的要求，并且必須保證相當的寬容度，這些要求主要是： a. 工作電壓； b. 驅動電流； c. 靜態(tài)電流； d. 速度或延時； e. 靈敏度或探測率等 對電子器件，特別是集成電路的工作電壓，設計時主要從隔離方法、寄生效應、場開啟電壓、溝道長度、 PN結深度和結的緩變或突變形式等考慮。 4. 設計人員可以根據在可靠性測試中出現(xiàn)故障的器件解剖分析，尋找故障原因，更該設計參數或指標，提高器件性能。電子器件與工藝的可靠性分析 目 錄 1. 電子器件可靠性研究的意義； 2. 電子器件可靠性的內容； 1). 設計可靠性； 2). 工藝可靠性； 3). 封