Spolehlivost (polovodič) - Reliability (semiconductor)

Spolehlivost polovodičových součástek lze shrnout následovně:

  1. Polovodič zařízení jsou velmi citlivá na nečistoty a částice. Proto je při výrobě těchto zařízení nutné řídit mnoho procesů a přesně řídit hladinu nečistot a částic. Kvalita hotového výrobku závisí na mnohovrstevnatém vztahu každé interagující látky v polovodiči, včetně metalizace, třískový materiál (seznam polovodičových materiálů ) a balíček.
  2. Problémy mikroprocesů a tenké filmy a musí být plně pochopeny, protože se vztahují na metalizaci a lepení drátu. Rovněž je nutné analyzovat povrchové jevy z hlediska tenkých vrstev.
  3. Vzhledem k rychlému technologickému pokroku je mnoho nových zařízení vyvíjeno s použitím nových materiálů a procesů a čas kalendáře designu je kvůli tomu omezen neopakující se inženýrství omezení plus čas nakupovat obavy. V důsledku toho není možné založit nový design na spolehlivosti stávajících zařízení.
  4. Dosáhnout úspora z rozsahu, polovodičové výrobky se vyrábějí ve velkém množství. Kromě toho je oprava hotových polovodičových výrobků nepraktická. Proto se stalo nezbytným začlenění spolehlivosti ve fázi návrhu a snížení odchylek ve fázi výroby.
  5. Spolehlivost polovodičových součástek může záviset na montáži, použití a podmínkách prostředí. Mezi stresové faktory ovlivňující spolehlivost zařízení patří plyn, prach kontaminace, Napětí, proud hustota, teplota, vlhkost vzduchu, mechanické namáhání, vibrace, šokovat, záření, tlak a intenzita magnetický a elektrický pole.

Konstrukční faktory ovlivňující spolehlivost polovodičů zahrnují: Napětí, Napájení, a proud snížení výkonu; metastabilita; logické načasování okraje (logická simulace ); časová analýza; teplota snížení výkonu; a kontrola procesu.

Metody zdokonalování

Spolehlivost polovodičů je udržována na vysoké úrovni pomocí několika metod. Čisté prostory kontrolovat nečistoty,kontrola procesu řídí zpracování a vypalování (krátkodobý provoz v extrémech) a sonda a test snižují úniky. Sonda (oplatka prober ) testuje polovodičovou matrici před zabalením pomocí mikrosond připojených k testovacímu zařízení. Závěrečný test testuje zabalené zařízení, často před vypálením a po vypálení, na sadu parametrů, které zajišťují provoz. Slabiny procesů a designu jsou identifikovány použitím souboru zátěžových testů ve fázi kvalifikace polovodičů před jejich uvedením na trh. G. podle AEC Kvalifikace stresu Q100 a Q101.[1] Testování průměrů dílů je statistická metoda pro rozpoznávání a umístění karantény polovodičových nástrojů, u nichž je vyšší pravděpodobnost selhání spolehlivosti. Tato technika identifikuje charakteristiky, které jsou v rámci specifikace, ale mimo normální distribuci pro tuto populaci jako odlehlé hodnoty s rizikem, které nejsou vhodné pro aplikace s vysokou spolehlivostí. Mezi odrůdy průměrného testování dílů založené na testeru patří mimo jiné parametrické průměrné testování dílů (P-PAT) a průměrné testování geografických dílů (G-PAT). Inline Parts Average Testing (I-PAT) využívá data z kontroly výrobního procesu a metrologie k provedení funkce odlehčení.[2][3]

Měření pevnosti vazby se provádí ve dvou základních typech: testování tahem a smykové testování. Obojí lze provést destruktivně, což je častější, nebo nedestruktivně. Nedestruktivní testy se obvykle používají, když je vyžadována extrémní spolehlivost, například ve vojenských nebo leteckých aplikacích.[4]

Poruchové mechanismy

Poruchové mechanismy elektronických polovodičových součástek spadají do následujících kategorií

  1. Mechanismy vyvolané interakcí materiálu.
  2. Mechanismy vyvolané stresem.
  3. Mechanicky vyvolané poruchové mechanismy.
  4. Mechanismy selhání způsobené životním prostředím.

Mechanismy vyvolané interakcí materiálu

  1. Tranzistor s efektem pole brána-kov potopení
  2. Ohmický kontakt degradace
  3. Degradace kanálu
  4. Účinky stavu povrchu
  5. Znečištění obalů lisováním - nečistoty ve směsích obalů způsobují elektrickou poruchu

Mechanismy selhání vyvolané stresem

  1. Elektromigrace - elektricky indukovaný pohyb materiálů v čipu
  2. Vyhoření - lokalizované přetížení
  3. Trapping horkého elektronu - kvůli přetížení výkonových RF obvodů
  4. Elektrické napětí - Elektrostatický výboj, Vysoká elektromagnetická pole (HIRF ), Zajištění přepětí, nadproud

Mechanicky vyvolané poruchové mechanismy

  1. Zemřít zlomenina - kvůli nesprávné shodě koeficientů tepelné roztažnosti
  2. Přichyťte prázdnoty - výrobní vada - detekovatelná pomocí skenovací akustické mikroskopie.
  3. Selhání pájeného spoje únavou dotvarováním nebo prasklinami intermetalických prvků.
  4. Delaminace matrice / formovací směsi v důsledku tepelného cyklování

Mechanismy selhání způsobené životním prostředím

  1. Účinky vlhkosti - absorpce vlhkosti obalem a okruhem
  2. Účinky vodíku - vodíkem indukovaný rozpad částí obvodu (kov)
  3. Další teplotní efekty - zrychlené stárnutí, zvýšené elektro-migrace s teplotou, zvýšené vyhoření

Viz také

Reference

  1. ^ Dokumenty AEC
  2. ^ "AEC Q001" (PDF).
  3. ^ „D.W. Price a R.J. Rathert (KLA-Tencor Corp.).„ Nejznámější metody pro kontrolu vad latentní spolehlivosti v 90nm - 14nm polovodičových výrobcích “. Devatenáctý ročník semináře o spolehlivosti automobilové elektroniky. Novi, Michigan. Duben 2017“.
  4. ^ Sykes, Bob (červen 2010). „Proč testovat dluhopisy?“. Globální časopis SMT & Packaging.

Bibliografie

  • Giulio Di Giacomo (1. prosince 1996), Spolehlivost elektronických obalů a polovodičových zařízení, McGraw-Hill
  • A. Christou & B.A. Unger (31. prosince 1989), Spolehlivost polovodičových zařízení, Vědecká řada NATO E
  • MIL-HDBK-217F Predikce spolehlivosti elektronických zařízení
  • MIL-HDBK-251 Spolehlivost / Návrh tepelných aplikací
  • MIL-HDBK-H 108 Postupy odběru vzorků a tabulky pro testování životnosti a spolehlivosti (na základě exponenciálního rozdělení)
  • Příručka pro design elektronické spolehlivosti MIL-HDBK-338
  • MIL-HDBK-344 Screening environmentálních zátěží elektronických zařízení
  • Plány a postupy vzorkování poruchovosti MIL-STD-690C
  • MIL-STD-721C Definice pojmů pro spolehlivost a udržovatelnost
  • MIL-STD-756B Modelování a predikce spolehlivosti
  • MIL-HDBK-781 Testovací metody spolehlivosti, plány a prostředí pro technický vývoj, kvalifikaci a výrobu
  • MIL-STD-1543B Požadavky programu spolehlivosti pro vesmírné a raketové systémy
  • MIL-STD-1629A Postupy pro provedení poruchového režimu, efektů a analýzy kritičnosti
  • Program kontroly elektrostatického výboje MIL-STD-1686B na ochranu elektrických a elektronických dílů, sestav a zařízení (s výjimkou elektricky iniciovaných výbušných zařízení)
  • Klasifikace selhání MIL-STD-2074 pro testování spolehlivosti
  • MIL-STD-2164 Proces screeningu stresu prostředí pro elektronická zařízení