5_元器件(半导体)的可靠性及选择

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半导体行业如何应对数据安全和可靠性问题

半导体行业如何应对数据安全和可靠性问题

半导体行业如何应对数据安全和可靠性问题半导体行业作为现代化科技的引领者之一,发挥着日益重要的作用。

然而,在信息时代的大背景下,半导体行业也面临着诸多的数据安全和可靠性方面的问题。

本文将从这两个方面探讨半导体行业如何应对这些问题。

一、数据安全问题对于半导体行业来说,数据安全永远是一个必须考虑的问题。

尤其在当今大数据、物联网等技术落地的时代,数据安全显得更加重要。

1. 提高硬件安全性能半导体行业可以采取的措施包括使用安全芯片、硬件加密、硬件防篡改作为数据安全的保障。

例如,在手机、电脑等终端设备上运用硬件加密,使得数据传输安全可靠,并降低窃听、病毒入侵等恶意攻击的风险。

硬件防篡改则可以依托防软件攻击物理卡、密码卡等硬件设施,使得用户信息得以更好地保护。

2. 加强云安全由于数据存储在云端,因此半导体行业需要加强对云端数据的安全保护。

为此,可以使用公有云、私有云、混合云等不同的云类型进行数据存储、计算,加强数据的安全性。

3. 多重身份认证在进行半导体行业的信息交互时,应该加强身份验证。

通过多重身份认证的方式,半导体行业才能保障信息传输的安全。

例如可以使用双重认证、指纹识别等手段,以实现底层难以被篡改的多重身份认证。

二、可靠性问题对于半导体行业来说,可靠性同样是一个十分重要的问题,数据的安全性和可靠性往往是密不可分的。

半导体行业的可靠性问题主要可以从以下几个方面来解决:1. 聚焦生产过程确保半导体生产线程控制、质量检测等过程可靠有效,是解决可靠性问题的关键。

因此,对生产的每一环节都要进行监控和控制,提前预防可能发生的问题,以降低不可预期的损失和质量误差的风险。

2. 优化组件设计设计是保证半导体可靠性的核心部分,设计所扮演的角色至关重要。

通过重视原材料的选择,使用高品质组件,一方面可以减少半导体元器件在工作时出现问题的概率,另一方面,可以提高元器件的可靠性,减少因为设计方面的瑕疵所导致的质量问题。

3. 加强测试标准测试是将元器件放入实际应用场景下进行校验的过程,而测试标准则能影响元器件的产生和运行。

浅谈半导体分立器件的制造工艺可靠性问题

浅谈半导体分立器件的制造工艺可靠性问题

浅谈半导体分立器件的制造工艺可靠性问题摘要:半导体分立器件是现代电子技术中使用最为广泛的一种器件,它们能够在各种电子设备中发挥着不可替代的作用。

然而,半导体分立器件的制造工艺中存在着一些可靠性问题,例如氧化层质量问题、金属化膜附着力问题等等。

在本文中,我们对这些问题进行了深入的探讨,并提出了相应的解决方案,以提高半导体分立器件的制造工艺可靠性。

关键词:半导体分立器件、制造工艺、可靠性问题、解决方案正文:半导体分立器件是指每个器件是由独立晶体管、二极管等组成,它们具有体积小、重量轻、功耗低、速度快、可靠性高等优点。

半导体分立器件在各种电子设备中都有广泛的应用,如计算机、手机、液晶电视等,因此其制造工艺的可靠性非常重要。

然而,在半导体分立器件的制造工艺中存在着一些可靠性问题。

首先,氧化层质量问题。

半导体元件的氧化层是进行电路隔离的关键材料,其质量直接影响元件的可靠性。

如氧化层厚度不均匀、氧化层中存在开裂等问题,都会使得元件的电性能受到影响,并可能引起元件短路、断路等故障。

针对这些问题,制造工艺应该加强质量管理,控制氧化层的厚度和质量。

其次,金属化膜附着力问题。

金属化膜是指将金属薄膜固定在半导体表面,以实现电性连接和封装的材料。

金属化膜的附着力直接影响元件的可靠性和封装质量。

如金属化膜附着力不好,则可能会使金属膜脱落,导致元件失效。

因此,在制造工艺中应该强化金属化膜的附着力,并进行可靠性测试,以保证元件的稳定性。

除了以上所述的问题,半导体分立器件的制造工艺中还存在一些细节问题,如晶体管漏电、二极管反向漏电等。

这些问题往往需要对制造工艺进行深入的研究和技术上的优化,才能达到更高的可靠性。

综上所述,半导体分立器件在制造工艺中存在着一些可靠性问题,但这些问题可以通过质量管理和技术优化得到解决。

随着科学技术的不断进步,半导体分立器件的可靠性问题将会逐渐得到解决,并为电子技术的发展提供更为稳定的保障。

为了更好地解决半导体分立器件制造工艺中的可靠性问题,我们需要做好以下的准备:首先,加强制造工艺的质量管理。

半导体元器件检测标准

半导体元器件检测标准

半导体元器件检测标准
半导体元器件检测标准是指针对半导体元器件进行质量检测和性
能测试的相关规范和要求。

以下是常见的半导体元器件检测标准:
1. MIL-STD-883:美国部队电子工程院(DOD)制定的军事标准,用于对半导体元器件进行可靠性测试和可靠性评估。

2. JEDEC标准:由半导体行业标准化组织JEDEC制定的标准,包括对
芯片、封装和测试的各个环节进行规范。

3. ISO 9001:国际质量管理体系标准,也适用于半导体元器件制造商。

该标准要求建立完善的质量管理体系,包括质量计划、质量控制、质
量改进等方面。

4. IPC标准:由国际电子工业协会(IPC)制定的标准,包括对印刷电路板、封装和组装过程的各个环节进行规范,也适用于半导体元器件
的制造和测试。

5. JESD47:由JEDEC制定的标准,用于对半导体器件在高温环境下的
性能进行测试和评估。

6. AEC-Q101:由美国汽车工程师协会(SAE)制定的汽车电子元器件
可靠性测试和评估的标准。

这些标准适用于汽车用途的半导体元器件。

7. GB/T标准:中国国家标准化管理委员会制定的标准,包括了对半导体元器件的质量、性能和可靠性等方面进行规范和要求。

以上标准只是常见的一些,具体的半导体元器件检测标准还需根
据具体产品和应用场景进行选择和遵守。

半导体集成电路的可靠性设计

半导体集成电路的可靠性设计

6.2半导体集成电路的可靠性设计军用半导体集成电路的可靠性设计是在产品研制的全过程中,以预防为主、增强系统治理的思想为指导,从线路设计、幅员设计、工艺设计、封装结构设计、评价试验设计、原材料选用、软件设计等方面,采取各种有效举措,力争消除或限制半导体集成电路在规定的条件下和规定时间内可能出现的各种失效模式,从而在性能、费用、时间〔研制、生产周期〕因素综合平衡的基础上,实现半导体集成电路产品规定的可靠性指标.根据内建可靠性的指导思想,为保证产品的可靠性,应以预防为主,针对产品在研制、生产制造、成品出厂、运输、贮存与使用全过程中可能出现的各种失效模式及其失效机理,采取有效举措加以消除限制.因此,半导体集成电路的可靠性设计必须把要限制的失效模式转化成明确的、定量化的指标.在综合平衡可靠性、性能、费用和时间等因素的根底上,通过采取相应有效的可靠性设计技术使产品在全寿命周期内到达规定的可靠性要求.6.2.1概述1.可靠性设计应遵循的根本原那么〔1〕必须将产品的可靠性要求转化成明确的、定量化的可靠性指标.〔2〕必须将可靠性设计贯穿于产品设计的各个方面和全过程.〔3〕从国情出发尽可能地采用当今国内外成熟的新技术、新结构、新工艺.〔4〕设计所选用的线路、幅员、封装结构,应在满足预定可靠性指标的情况下尽量简化, 预防复杂结构带来的可靠性问题.〔5〕可靠性设计实施过程必须与可靠性治理紧密结合.2.可靠性设计的根本依据〔1〕合同书、研制任务书或技术协议书.〔2〕产品考核所遵从的技术标准.〔3〕产品在全寿命周期内将遇到的应力条件〔环境应力和工作应力〕.〔4〕产品的失效模式分布,其中主要的和关键的失效模式及其机理分析.〔5〕定量化的可靠性设计指标.〔6〕生产〔研制〕线的生产条件、工艺水平、质量保证水平.3.设计前的准备工作〔1〕将用户对产品的可靠性要求,在综合平衡可靠性、性能、费用和研制〔生产〕周期等因素的根底上,转化为明确的、定量化的可靠性设计指标.〔2〕对国内外相似的产品进行调研,了解其生产研制水平、可靠性水平〔包括产品的主要失效模式、失效机理、已采取的技术举措、已到达的质量等级和失效率等〕以及该产品的技术发展方向.〔3〕对现有生产〔研制〕线的生产水平、工艺水平、质量保证水平进行调研,可通过通用和特定的评价电路,所遵从的认证标准或统计工艺限制〔SPC〕技术,获得在线的定量化数据.精品文档4.可靠性设计程序〔1〕分析、确定可靠性设计指标,并对该指标的必要性和科学性等进行论证.〔2〕制定可靠性设计方案.设计方案应包括对国内外同类产品〔相似产品〕的可靠性分析、可靠性目标与要求、根底材料选择、关键部件与关键技术分析、应限制的主要失效模式以及应采取的可靠性设计举措、可靠性设计结果的预计和可靠性评价试验设计等.〔3〕可靠性设计方案论证〔可与产品总体方案论证同时进行〕.〔4〕设计方案的实施与评估,主要包括线路、幅员、工艺、封装结构、评价电路等的可靠性设计以及对设计结果的评估.〔5〕样品试制及可靠性评价试验.〔6〕样品制造阶段的可靠性设计评审.〔7〕通过试验与失效分析来改良设计,并进行“设计一试验一分析一改良〞循环,实现产品的可靠性增长,直到到达预期的可靠性指标.〔8〕最终可靠性设计评审.〔9〕设计定型.设计定型时,不仅产品性能应满足合同要求,可靠性指标是否满足合同要求也应作为设计定型的必要条件.6.2.2集成电路的可靠性设计指标1.稳定性设计指标半导体集成电路经过贮存、使用一段时间后,在各种环境因素和工作应力的作用下,某些电性能参数将逐渐发生变化.如果这些参数值经过一定的时间超过了所规定的极限值即判为失效,这类失效通常称为参数漂移失效,如温漂、时漂等.因此,在确定稳定性设计指标时,必须明确规定半导体集成电路在规定的条件下和规定的时间内,其参数的漂移变化率应不超过其规定值. 如某CMOS集成电路的两项主要性能参数功耗电流I OD和输出电流I OL、10H变化量规定值为:在125℃环境下工作24小时,△ I0D小于500mA;在125℃环境下工作24小时,I0L、I0H变化范围为±20%.2.极限性设计指标半导体集成电路承受各种工作应力、环境应力的极限水平是保证半导体集成电路可靠性的主要条件.半导体集成电路的电性能参数和热性能参数都有极限值的要求,如双极器件的最高击穿电压、最大输出电流、最高工作频率、最高结温等.极限性设计指标确实定应根据用户提出的工作环境要求.除了遵循标准中必须考核的工程之外,对影响产品可靠性性能的关键极限参量也应制定出明确的量值,以便在设计中采取举措加以保证.3.可靠性定量指标表征产品的可靠性有产品寿命、失效率或质量等级.假设半导体集成电路产品的失效规律符合指数分布时,寿命与失效率互为倒数关系.通常半导体集成电路的可靠性指标也可根据所遵循技术标准的质量等级分为S级、B级、B1 级.4. 应限制的主要失效模式精品文档半导体集成电路新品的研制应根据电路的具体要求和相似产品的生产、使用数据,通过可靠性水平分析,找到可能出现的主要失效模式,在可靠性设计中有针对性地采取相应的纠正举措, 以到达限制或消除这些失效模式的目的.一般半导体集成电路产品应限制的主要失效模式有短路、开路、参数漂移、漏气等,其主要失效机理为电迁移、金属腐蚀、静电放电、过电损伤、热载流子效应、闩锁效应、介质击穿、a辐射软误差效应、管壳及引出端锈蚀等.6.2.3集成电路可靠性设计的根本内容1.线路可靠性设计线路可靠性设计是在完成功能设计的同时,着重考虑所设计的集成电路对环境的适应性和功能的稳定性.半导体集成电路的线路可靠性设计是根据电路可能存在的主要失效模式,尽可能在线路设计阶段对原功能设计的集成电路网络进行修改、补充、完善,以提升其可靠性.如半导体芯片本身对温度有一定的敏感性,而晶体管在线路到达不同位置所受的应力也各不相同,对应力的敏感程度也有所不同.因此,在进行可靠性设计时,必须对线路中的元器件进行应力强度分析和灵敏度分析〔一般可通过SPICE和有关模拟软件来完成〕,有针对性地调整其中央值,并对其性能参数值的容差范围进行优化设计,以保证在规定的工作环境条件下,半导体集成电路整体的输出功能参数稳定在规定的数值范围,处于正常的工作状态.线路可靠性设计的一般原那么是:〔1〕线路设计应在满足性能要求的前提下尽量简化;〔2〕尽量运用标准元器件,选用元器件的种类尽可能减少,使用的元器件应留有一定的余量, 预防满负荷工作;〔3〕在同样的参数指标下,尽量降低电流密度和功耗,减少电热效应的影响;〔4〕对于可能出现的瞬态过电应力,应采取必要的保护举措.如在有关端口采用箝位二极管进行瞬态电压保护,采用串联限流电阻限制瞬态脉冲过电流值.2.幅员可靠性设计幅员可靠性设计是根据设计好的幅员结构由平面图转化成全部芯片工艺完成后的三维图像, 根据工艺流程根据不同结构的晶体管〔双极型或MOS型等〕可能出现的主要失效模式来审查版图结构的合理性.如电迁移失效与各部位的电流密度有关,一般规定有极限值,应根据幅员考察金属连线的总长度,要经过多少爬坡,预计工艺的误差范围,计算出金属涂层最薄位置的电流密度值以及出现电迁移的概率.此外,根据工作频率在超高频情况下平行线之间的影响以及对性能参数的保证程度,考虑有无出现纵向或横向寄生晶体管构成潜在通路的可能性.对于功率集成电路中发热量较大的晶体管和单元,应尽量分散安排,并尽可能远离对温度敏感的电路单元.3.工艺可靠性设计为了使幅员能准确无误地转移到半导体芯片上并实现其规定的功能,工艺设计非常关键.一般可通过工艺模拟软件〔如SUPREM等〕来预测出工艺流程完成后实现功能的情况,在工艺生产过程中的可靠性设计主要应考虑:〔1〕原工艺设计对工艺误差、工艺限制水平是否给予足够的考虑〔裕度设计〕,有无监测、监控举措〔利用PCM测试图形〕;精品文档〔2〕各类原材料纯度的保证程度;〔3〕工艺环境洁净度的保证程度;〔4〕特定的保证工艺,如钝化工艺、钝化层的保证,从材料、工艺到介质层质量〔结构致密度、外表介面性质、与衬底的介面应力等〕的保证.4.封装结构可靠性设计封装质量直接影响到半导体集成电路的可靠性.封装结构可靠性设计应着重考虑:〔1〕键合的可靠性,包括键合连接线、键合焊点的牢固程度,特别是经过高温老化后性能变脆对键合拉力的影响;〔2〕芯片在管壳底座上的粘合强度,特别是工作温度升高后,对芯片的剪切力有无影响.此外,还应注意粘合剂的润湿性,以限制粘合后的孔隙率;〔3〕管壳密封后气密性的保证;〔4〕封装气体质量与管壳内水汽含量,有无有害气体存在腔内;〔5〕功率半导体集成电路管壳的散热情况;〔6〕管壳外管脚的锈蚀及易焊性问题.5.可靠性评价电路设计为了验证可靠性设计的效果或能尽快提取对工艺生产线、工艺水平有效的工艺参数,必须通过相应的微电子测试结构和测试技术来采集.所以,评价电路的设计也应是半导体集成电路可靠性设计的主要内容.一般有以下三种评价电路:〔1〕工艺评价用电路设计主要针对工艺过程中误差范围的测定,一般采用方块电阻、接触电阻构成的微电子测试结构来测试线宽、膜厚、工艺误差等.〔2〕可靠性参数提取用评估电路设计针对双极性和CMOS电路的主要失效模式与机理,借助一些单管、电阻、电容,尽可能全面地研究出一些能评价其主要失效机理的评估电路.〔3〕宏单元评估电路设计针对双极型和CMOS型电路主要失效模式与机理的特点,设计一些能代表复杂电路中根本宏单元和关键单元电路的微电子测试结构,以便通过工艺流程研究其失效的规律性.6.2.4可靠性设计技术可靠性设计技术分类方法很多,这里以半导体集成电路所受应力不同造成的失效模式与机理为线索来分类,将半导体集成电路可靠性设计技术分为:〔1〕耐电应力设计技术:包括抗电迁移设计、抗闩锁效应设计、防静电放电设计和防热载流子效应设计;〔2〕.耐环境应力设计技术:包括耐热应力、耐机械应力、耐化学应力和生物应力、耐辐射应力设计;〔3〕稳定性设计技术:包括线路、幅员和工艺方面的稳定性设计.在下面几节将对这些技术进行详细阐述.精品文档6.2.5耐电应力设计技术半导体集成电路所承受过高电应力的来源是多方面的,有来自于整机电源系统的瞬时浪涌电流、外界的静电和干扰的电噪声,也有来自于自身电场的增强.此外,雷击或人为使用不当(如系统接地不良,在接通、切断电源的瞬间会引起输入端和电源端的电压逆转)也会产生过电应力. 过电流应力的冲击会造成半导体集成电路的电迁移失效、CMOS器件的闩锁效应失效、功率集成电路中功率晶体管的二次击穿失效和电热效应失效等;过电压应力那么造成绝缘介质击穿和热载流子效应等.1.抗电迁移设计电迁移失效是在一定温度下,当半导体器件的金属互连线上流过足够大的电流密度时,被激发的金属离子受电场的作用形成离子流朝向阴极方向移动,同时在电场作用下的电子通过对金属离子的碰撞给离子的动量形成朝着金属模阳极方向运动的离子流.在良好的导体中,动量交换力比静电力占优势,造成了金属离子向阳极端的净移动,最终在金属膜中留下金属离子的局部堆积(引起短路)和空隙(引起开路).MOS和双极器件对这一失效模式都很敏感,但由于MOS器件属于高阻抗器件,电流密度不大,相对而言,电迁移失效对MOS器件的影响比双极器件小. 在各种电迁移失效模型中引用较多的为下式MTF=AW P L qJ^n exp ((6.1) 式中,MTF是平均失效时间,A、p、q均为常数,W是金属条线宽,L是金属条厚度,J是电流密度,n 一般为2, E a为激活能,k是玻尔兹曼常数,T是金属条的绝对温度.为预防电迁移失效,一般采取以下设计举措:(1)在铝材料中参加少量铜(一般含2〜4%重量比),或参加少量硅(含0.3%重量比),或在铝条上覆盖Al-Cu合金.含铜的铝膜电迁移寿命是纯铝膜的40倍,但在高温下铜原子在电场作用下会迁移到PN结附近引起PN结劣化.(2)在铝膜上覆盖完整的钝化膜.(3)降低互连线中的电流密度.对于互连线厚度大于0.8 u m、宽度大于6u m的电流密度设计容限一般规定如下:有钝化层的纯铝合金条,电流密度J W5X105A/cm2;无钝化层的纯铝或铝合金条,JW2X105A/cm2;金膜,JW6X105A/cm2;其它各种导电材料膜条,JW2X105A/cm2. 对于VLSI中金属互连线的电流密度设计容限的要求应更加严格,应取JW2X105A/cm2.实际上, 这一设计容限值是导体电流、温度和温度梯度的函数.(4)增强工艺限制精度,减少铝互连线的工艺缺陷.(5)金(Au)互连线系统有很好的抗电迁移水平.为了预防形成Au-Si低熔点共晶体,需在金一硅之间引入衬垫金属,如Pt-Ti-Pt-Au结构.(6)可考虑用钼、钨、氮化钛氮化钨等高熔点金属替代铝作电极材料.2.抗闩锁设计CMOS集成电路含有n沟MOS和p沟MOS晶体管,不可预防地存在npnp寄生可控硅结构,在一定条件下,该结构一旦触发,电源到地之间便会流过较大的电流,并在npnp寄生可控硅结构中精品文档同时形成正反应过程,此时寄生可控硅结构处于导通状态.只要电源不切断,即使触发信号已经消失,业已形成的导通电流也不会随之消失,此现象即为闩锁效应,简称闩锁(Latch-up).(1)CMOS半导体集成电路产生闩锁的三项根本条件是:•外加干扰噪声进入寄生可控硅,使某个寄生晶体管触发导通.•满足寄生可控硅导通条件:上 + — 2 1(6.2)R J匚4+勺其中:a n和a p分别为npn管和pnp管的共基极电流增益;,和,分别为npn管和pnp管发射极串联电阻;R W和R S分别为npn管pnp管EB结的并联电阻.除了&「a「与外加噪声引起的初始导通电流有关外,所有以上各参数均由CMOS半导体集成电路的幅员和工艺条件决定.•导通状态的维持.当外加噪声消失后,只有当电源供应的电流大于寄生可控硅的维持电流或电路的工作电压大于维持电压时,导通状态才能维持,否那么电路退出导通状态.(2)抗闩锁的设计原那么抗闩锁可靠性设计总的原那么是:根据寄生可控硅导通条件,设法降低纵、横向寄生晶体管的电流放大系数,减少阱和衬底的寄生电阻,以提升造成闩锁的触发电流阈值,破坏形成正反应的条件.(3)幅员抗闩锁设计•尽可能增加寄生晶体管的基区宽度,以降低其8.对于横向寄生晶体管,应增加沟道MOS 管与P沟道MOS管的间距;对纵向寄生晶体管,应增加阱深,尽可能缩短寄生晶体管基极与发射极的n+区与p+区的距离,以降低寄生电阻.尽可能多开设电源孔和接地孔,以便增长周界;电源孔尽量设置在P沟道MOS管与P阱之间,接地孔开设在靠近P沟道MOS管的P阱内,尽量减少P 阱面积,以减少寄生电流.•采用阻断环结构,如图6.1所示.•采用保护环结构,如图6.2所示.•采用伪集电极结构,如图6.3所示.图6.1 CMOS电路防闩锁的阻断环结构精品文档P MQS的保沪讣nMQS的保炉图6.2 CMOS电路防闩锁的保护结构PMOS r图6.3体硅CMOS电路伪集电极结构及等效电路(4)工艺抗闩锁设计•采用掺金、本征吸杂、中子或电子辐照等方法,以降低寄生晶体管的电流放大系数;•在低阻的n+衬底上生长n-外延层,再作p阱和n+、p+源接触,形成低阻衬底来降低衬底寄生电阻;•用肖特基势垒代替扩散结制作MOS管的源区和漏区.由于肖特基势垒结发射效率比pn结低得多,可大大削弱闩锁效应;•采用在绝缘衬底上生长硅外延层的CMOS/SOI工艺技术.3.防静电放电设计静电放电(ESD)失效可以是热效应,也可以是电效应,这取决于半导体集成电路承受外界过电应力的瞬间以及器件对地的绝缘程度.假设器件的某一引出端对地短路,那么放电瞬间产生电流脉冲形成焦耳热,使器件局部金属互连线熔化或芯片出现热斑,以致诱发二次击穿,这就属于热效应. 假设器件与地不接触,没有直接电流通路,那么静电源不是通过器件到地直接放电,而是将存贮电荷传到器件,放电瞬间表现为产生过电压导致介质击穿或外表击穿,这就属于静电效应.预防半导体集成电路静电放电失效的设计举措主要有:(1)MOS器件防静电放电效应设计.图6.4为场效应管静电保护电路,图6.5为二极管防静电保护电路.精品文档〔2〕双极型器件防静电放电失效设计.图6.6为双极型器件防静电保护电路.〔3〕 CMOS器件防静电放电失效设计.图6.7是CMOS器件防静电保护电路.以上防静电保护电路中选用的元件一般要求具有高耐压、大功耗和小动态电阻,使之具有较强的抗静电水平.同时,还要求具有较快的导通速度和小的等效电容,以减少保护电路对电路性能的影响.图6.5 MOS器件二极管防静电保护电路〔a〕保护电路;〔b〕结构剖面图;〔c〕等效电路精品文档图6.6双极型器件静电保护电路〔a〕限流电阻;〔b〕钳位二极管“IL吐\L多X电阻叫书^i।不・1 ' .一■I保护电路〔a〕图6.7 CMOS器件防静电保护电路〔a〕采用多晶硅电阻;〔b〕采用扩散电阻4.防热载流子效应设计防热载流子效应设计主要是采取减弱MOS场效应晶体管漏极附近电场强度的结构,一般通过工艺来形成轻掺杂漏极〔LDD〕结构.首先对产品硅栅极进行掩膜形成n+区,再用化学气相淀积〔CVD〕技术把氧化膜淀积在整个芯片上,再利用各向异性刻蚀在多晶硅栅极侧面形成CVD氧化膜侧壁.对这个侧壁进行掩膜,便形成高浓度区n+.由于在LDD结构中n-、n+区是分别形成的,便于各区选取最正确浓度.这种工艺易于形成,重复性也好,是行之有效的方法.图6.8为LDD结构和普通结构电场强度的比拟.图6.9和图6.10分别为改良的LDD结构,即埋层LDD结构〔BLDD〕和双注入100结构〔DI-LDD〕.精品文档图6.8 LDD 结构和普通结构电场强度的比拟6.2.6耐环境应力设计技术1 .耐热应力设计(1)热应力引起半导体集成电路的失效热应力引起的失效可以分为两种情况:•由于高温而引起的失效.高温可能来自四周环境温度升高,也可能来自电流密度提升造 成的电热效应.温度的升高不仅可以使器件的电参数发生漂移变化,如双极器件的反向漏电流 和电流增益上升,MOS 器件的跨导下降,甚至可以使器件内部的物理化学变化加速劣化,缩短器件 寿命或使器件烧毁,如加速铝的电迁移、引起开路或短路失效等.•温度剧烈变化引起的失效.温度变化可以在具有不同的热膨胀系数的材料内形成不匹配应 力,造成芯片与管脚间的键合失效、管壳密封性失效和器件某些材料的热疲劳劣化.半导体集成电路集成度、功率密度的不断提升和封装管壳的不断减少,使热应力引起的可靠 性问题变得更加突出.(2)反映半导体集成电路热性能的主要参数反映半导体集成电路热性能的主要参数有两个,即器件的最高允许结温T m 和热阻R T .它们 精品文档■ 一圮重打辕tH J a r离界口一£/封蚂也留S2帏a 10 图6.9埋层LDD 结构图6.10双注入LDD 结构用来表征半导体集成电路的耐热极限和散热水平.半导体集成电路工作所消耗的功率会转换成热量,使电路的结温上升.当结温高于环境温度7;时,热量靠温差形成的扩散电流由芯片通过管壳向外散发,散发出的热量随温差的增大而增加,当结温上升到耗散功率能全部变成散发热量时, 结温不再上升,这时电路处于动态热平衡状态.平衡时结温的大小取决于耗散功率和电路的散热水平,耗散功率越大或电路的散热水平越差,结温就高;热阻越大那么表示散热水平越差.(3)耐热应力设计的方法半导体集成电路的热设计就是尽力预防器件出现过热或温度交变诱生失效,主要包括:•管芯热设计.主要通过幅员的合理布局使芯片外表温度尽可能均匀分布,预防出现局部的过热点.•封装键合热设计.主要通过合理选择封装、键合和烧结材料,尽可能降低材料之间的热不匹配性,预防出现过大的热应力.半导体集成电路常用材料的典型热特性值见表6.1.•管壳热设计.应着重考虑功率器件应具有足够大的散热水平.对于耗散功率较大的集成电路,为了改善芯片与底座接触良好,多采用芯片反面金属化和选用绝缘性与导热性好的氧化镀陶瓷,以增加散热水平.采用不同标准外壳封装的半导体集成电路热阻的典型值见表6.2.•为了使半导体集成电路能正常地、长期可靠地工作,必须规定一个最高允许结温T.m.综合各种因素,微电子器件的最大允许结温为:塑料封装硅器件一般为125〜150℃,金属封装硅器件一般为150〜175℃,锗器件一般为70〜90℃.112.耐机械应力设计半导体集成电路在运输和使用现场中将受到各种形式机械环境因素的作用,其中最常见、影 响最大的是振动和冲击.此外,离心、碰撞、跌落、失重、声振等机械作用也会对半导体集成电 路施加不同程度的机械应力.(1)振动和冲击对半导体集成电路性能的影响•振动的影响.振动是周期性的施加大小交替的力.根据力的作用频率不同,振动可分为固 定频率、周期变频和随机性振动等三种情况.通常遇到的振动是在一定范围内的随机振动,随机 振动实际可能到达0〜10000Hz ,电子产品受振动影响的频率范围通常为20〜2000Hz .一般认为, 低于20Hz 或高于2000Hz 频率是平安的.半导体集成电路在机械振动的反复作用下,机械构件会 产生疲劳损伤,使其结构松动,特别容易发生引线断裂、开焊、局部气密封接处出现裂缝等,轻 那么引起参数变化,重那么造成失效.特别是,当半导体集成电路本身的固有频率在设备的振动频率 谱范围内时,会出现共振现象.共振将使半导体集成电路的引线疲劳,使参数发生不可逆的变化而失效.此外,过大的振幅可能使脆性材料断裂,热性材料变形,造成产品结构严重损坏.•冲击的影响.冲击是对产品施加突发性的力,其加速度很大,致使半导体集成电路在瞬间 受到强烈的机械冲击,可造成电路的机械结构损坏,也可造成内引线的键合点脱开或内引线折断 而引起开路失效.此外,还会使芯片产生裂纹或与管座脱离.在各种环境条件下的冲击加速度如 表6.3所示.精品文档12。

半导体器件可靠性与失效分析培训教材课件(PPT52页)

半导体器件可靠性与失效分析培训教材课件(PPT52页)
▪MEMS器件的主要失效机理 1.粘附----两个光滑表面相接触时,在力作用 下粘附在一起的现象; 2.蠕变----机械应力作用下原子缓慢运动的现 象;变形、空洞; 3.微粒污染----阻碍器件的机械运动; 4. 磨损----尺寸超差,碎片卡入; 5. 疲劳断裂----疲劳裂纹扩展失效。
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▪器件:在工厂生产加工时改变了分子结构的 成品,本身能产生电子,对电压电流的控制、 变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制 等),也称电子器件。
▪分类(来源: ▪2007年版的 ▪《军用电子 ▪元器件合格 ▪产品目录》)
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▪声表面波器件
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3. 孙青等,<电子元器件可靠性工程>,电子工 业出版社.
理论教学内容
1.元器件概述(1) 2.元器件制造工艺与缺陷(1) 3.微电子封装技术与失效(1) 4.可靠性试验与评价技术(3) 5.使用可靠性设计(2) 6.元器件的降额设计与热设计(4) 7.静电放电损伤及防护(2) 8.可靠性筛选(2) 9.破坏性物理分析与失效分析(6) 10.失效分析案例(4)

半导体集成电路可靠性测试及其数据处理方法

半导体集成电路可靠性测试及其数据处理方法

• 194•半导体集成电路可靠性测试及其数据处理方法长电科技(滁州)有限公司 邱冬冬研究人员在对产品使用时间进行分析中,产品的可靠性至关重要,可靠性目前是检验产品质量很重要的一个项目,它能够明确反映产品质量。

在运用全新工艺和材料的条件下,常见的半导体集成电路线宽逐渐降低,所以科研人员就要提升其集成度,因此半导体集成电路可靠性的要求也更加严格。

本文主要对半导体集成电路的可靠性测试进行了介绍,并分析了处理数据的两种方法,即热载流子注入测试和栅氧化层测试,希望对半导体集成电路的研发有所帮助。

随着科技的进步,相关行业对半导体集成电路的性能要求越来越高,这些要求使半导体集成电路在制作时工艺制造趋向复杂化,结构制作也更精细。

为了集成电路的可靠性能经得住检验,同时减少生产本钱,半导体集成电路可靠性的测试就显得很有必要了。

1.半导体集成电路的可靠性测试1.1 半导体的可靠性当前,使用被动筛选的方式是我国国内检验半导体可靠性的重要方法,然而这种方法需要投入大量人力物力,利用原始的人工筛选方式将可靠性不达标的半导体筛选出来,效率极低。

同时这种方法耗时长、成本高,最重要的是,这种方法无法从根本上提高半导体的可靠性。

因此,当前需要知道在什么条件下才能制作出可靠性能高的半导体,从而进一步避免半导体使用过程中发生失效。

这就要求我们综合考虑制作周期、制作工艺、制作条件对半导体可靠性能的影响,通过科学的数据分析对半导体进行设计。

1.2 半导体集成电路工艺的可靠性如果想最大限度的提高半导体集成电路的可靠性,采用的主要方法就是加强对制造工艺的研究,这个研究是可靠性提升的关键。

在集成电路可靠性的研究中,分析制造工艺能够在哪些方面影响半导体集成电路可靠性的使用,保证可靠性的工艺进行重要的监测与控制,构造集成电路产品可靠性的评价规范程序和方法,这些工作都是能够保障半导体集成电路可靠性的研究,因此,要保证产品实物的可靠性,就必须要保证生产工艺的可靠性。

元器件可靠性与质量等级指南

元器件可靠性与质量等级指南
试验方法标准是指导对某一类元器件进行试验、测量或分析的技术性很强的标准,这类 标准的数量较少,但对保证元器件的质量起很大作用。表 B1-2 列出已发布的元器件主要方法 标准及其等效采用的 MIL 标准。
表 B1-2 国军标方法标准及其等效采用的美国军用标准
序号
国军标编号
国军标名称
等效采用的美军标编号
B1.2 标准
标准是国家军用标准体系中除了规范、指导性技术文件以外的另一种形式。它包括的门 类很广,对元器件使用方来说,首先要了解有关试验和测量方法的标准。因为这类标准是规 范重要的技术支撑,结合产品规范了解这类标准的内容,一方面有助于更深入地掌握元器件 承受各种应力的能力,另一方面对元器件使用方正确制订补充筛选(二次筛选)或失效分析 的标准或法规性文件提供了参考依据。
这种表征方式主要用于电容器、电阻器以及继电器等电子元件的可靠性要求及其评价方 面。需要说明的是:由于这些元件以往的规范,均以“有可靠性指标的×××总规范(详细 规范)”定名,而容易产生没有冠以“有可靠性指标的×××”就没有可靠性要求甚至无可靠 性的误解。“有可靠性指标”英文缩写为“ER”(Established Reliability),其基本含义是“确立 (或建立)可靠性”。包括两方面的含义:一是确立可靠性保证要求,二是确立可靠性的量化 值。就“确立可靠性保证要求”的含义而言,是军用电子元器件标准或规范共同的内容,而 “确立可靠性的量化值”则是失效率等级表征可靠性保证要求的元件规范特有的内容。
在很多电子元件的规范或标准中,规定产品的失效率从 10-5/h~10-8/h 分为四个等级。目 前在做产品定级鉴定试验时,一般仅按 10-5/h 这一等级进行,高于这一等级的则按 10-5/h 等级 鉴定试验和维持试验的数据予以确定。无论等级高低,可靠性保证体系方面的要求(指可靠 性保证大纲标准中统一规定,并为产品规范所具体明确的要求)都是同一的。

电子元器件的材料选择与优化提高性能和可靠性

电子元器件的材料选择与优化提高性能和可靠性

电子元器件的材料选择与优化提高性能和可靠性随着科技的不断发展,电子元器件作为核心部件在各行各业起到不可或缺的作用。

为了提高电子产品的性能和可靠性,材料选择和优化成为了至关重要的步骤。

本文将探讨电子元器件的材料选择与优化方法,以及如何提高其性能和可靠性。

一、材料选择在电子元器件的设计和生产中,材料的选择是至关重要的一步。

根据元器件的功能和用途不同,需要选择合适的材料以满足其性能需求。

在选择材料时,需考虑以下几个方面:1. 物理性能:电子元器件通常要求具备一定的电导率、热导率、强度和硬度等物理性能。

例如,在导电元器件中,铜和银是常用的导电材料,因为它们具有良好的导电性能;而在热散热元器件中,铝是一种常见的选择,因为它具有良好的热导率。

2. 化学稳定性:电子元器件常被用于各种恶劣的环境中,如高温、湿度、腐蚀性气体等。

因此,材料必须具备良好的化学稳定性,能够抵抗腐蚀和氧化等反应。

3. 尺寸和重量:随着电子产品的不断迷你化和轻量化,材料的尺寸和重量也成为重要考虑因素。

选择重量轻、体积小的材料,可以提高产品的便携性和电子系统的整体性能。

4. 成本效益:材料的选择还需要考虑成本效益。

在决定最终材料时,需要权衡性能要求和成本之间的平衡,以确保产品具有较高的性价比。

二、材料优化除了选择合适的材料,通过优化材料的组成和结构也可以提高电子元器件的性能和可靠性。

以下是一些常见的优化方法:1. 掺杂:通过在材料中引入其它元素的掺杂,可以改变电子元器件材料的导电性能、热散热性能等特性。

例如,掺杂硅可以提高半导体的导电性能,优化晶体管的工作效果。

2. 合金化:将两种或多种金属材料进行合金化,可以获得更优异的性能。

合金材料常用于电子元器件的焊接部分,以提高焊点的可靠性和耐热性。

3. 涂层:在电子元器件的表面添加特殊涂层可以提高其耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性。

例如,对电路板进行覆盖涂层可以防止潮气的侵入,提高电路板的可靠性。

4. 结构优化:通过优化材料的结构和形状,可以改善元器件的性能。

器件可靠性概述范文

器件可靠性概述范文

器件可靠性概述范文在评估器件可靠性时,通常会考虑以下几个方面:1.寿命:寿命是指器件在正常工作条件下能够运行的时间。

对于一些重要的应用,如航天器或是医疗设备,寿命必须足够长。

为了评估器件的寿命,通常需要进行加速寿命试验,并使用可靠性模型来预测其使用寿命。

2. 故障率:故障率是指在单位时间内发生故障的概率。

故障率越低,表明器件的可靠性越高。

故障率可以通过对大样本进行故障统计来得出。

一些常见的故障率指标包括失效率(Failure Rate)和平均故障间隔时间(Mean Time Between Failures,MTBF)。

3.环境适应能力:器件必须能够适应不同的工作环境,包括温度、湿度、震动和辐射等因素。

这就要求器件在设计过程中具备足够的抗环境能力。

一些常用的环境适应能力测试包括高低温、高湿度、机械冲击和振动等试验。

4.可靠性验证:为了验证器件的可靠性,通常需要进行一系列的可靠性验证试验。

例如,高温寿命试验可以通过模拟器件长时间工作在高温环境下,以评估器件的热稳定性能。

其它复杂的试验还包括温湿度循环试验、机械冲击试验、电磁兼容性试验等。

5.故障分析:当器件发生故障时,需要进行故障分析来确定故障原因和改进措施。

通过分析故障模式、原因和机制,可以提高器件的可靠性。

在实际应用中,为了确保器件的可靠性,可以采取以下措施:1.合理的设计:合理的设计是确保器件可靠性的基础。

在设计过程中,要充分考虑因素如电路拓扑、材料选择、散热风险等,以提供良好的电气和热学性能。

2.严格的制造工艺:良好的制造工艺可以减少器件制造过程中的缺陷和不良。

严格的质量控制和过程监测可以确保器件的一致性和稳定性。

3.可靠性测试和验证:进行可靠性测试和验证是评估器件可靠性的关键步骤。

这些测试可以包括环境适应性测试、寿命测试、故障率评估等。

4.故障分析和改进:当器件出现故障时,要进行故障分析,找出故障原因并采取改进措施。

这可以提高器件的可靠性,并避免未来类似故障的发生。

元器件可靠性与质量等级指南

元器件可靠性与质量等级指南

附录B元器件可靠性与质量等级指南B1 元器件质量保证有关标准为了保证军用元器件的质量,我国制订了一系列的元器件标准。

七十年代末期制订了“七专”7905技术协议,八十年代初期制订了“七专”8406技术条件(以下统称“七专”条件)。

“七专”技术条件是建立我国军用元器件标准的基础,目前按“七专”条件或其加严条件控制生产的元器件仍是航天等部门使用的主要品种。

(注:“七专”指专人、专机、专料、专批、专检、专技、专卡)。

根据发展的趋势,“七专”条件将逐步向元器件的国家军用标准(GJB)过渡。

因此,以下将主要介绍元器件国家军用标准的有关情况。

从八十年代开始,我国军用标准化组织参照美国军用标准(MIL)体系建立了GJB体系,其中元器件的标准有规范、标准、指导性技术文件三种形式:a.规范—主要包括:元器件的总规范和详细规范,这两种规范统称产品规范;b.标准—主要包括:试验和测量标准、质量保证大纲和生产线认证标准、元器件材料和零件标准、型号命名标准、文字和图形符号标准等;c.指导性技术文件—主要包括:指导正确选择和使用元器件的指南、用于电子设备可靠性预计的手册、元器件系列型谱等。

根据我国的具体情况,军标分为国家军用标准、行业军用标准、企业军用标准三个级别。

下面对组成国家军用元器件标准体系的三种形式:规范、标准和指导性技术文件作简要的介绍。

B1.1 规范元器件规范主要包括:元器件的总规范(通用规范)和详细规范两个层次。

总规范对某一类元器件的质量控制规定了共性的要求,详细规范是对某一类元器件中的一个或一系列型号规定的具体的性能和质量控制要求,总规范必须与详细规范配套使用。

元器件的产品规范是元器件生产线认证和元器件鉴定的依据之一,也是使用方选择、采购元器件的主要依据。

现在我国国防工业主管部门已发布了大量的元器件总规范,但是详细规范还没完全配套,所以往往由器件生产单位制定了详细规范(属于企业军用标准级别)经标准化机构确认后贯彻执行。

半导体集成电路芯片质量与可靠性保证方法

半导体集成电路芯片质量与可靠性保证方法

半导体集成电路芯片质量与可靠性保证方法摘要:为了适应电子系统的国产化、小型化、高性能、高可靠性的发展需求,使用裸芯片(BareDie)来减小体积并提高整机集成度的混合集成电路(hybridintegratedcircuits,HIC)、多芯片组件(multichipmodule,MCM)产量日益提高。

同时,由于进口芯片禁运的限制,业内对我国国产半导体集成电路芯片的质量与可靠性提出了更高的要求。

经过十几年的发展,已有了较完善的标准和较成熟的技术。

因此本文就上述论点对半导体集成电路芯片质量与可靠性保证方法做出研究与分析。

关键词:半导体;集成电路;芯片质量;可靠性;保证方法1半导体集成电路的可靠性测试1.1半导体的可靠性在半导体的器件中,集成电路是一个重要类别,朝着高精度、低功耗、高速度和高集成度发展,同时,其尺寸也不断变小,而器件的二维效应则明显提高。

集成电路内部的电场密度、电流都所有增加,与此同时,电路出现性能缺陷的概率也在提升。

在大力发展、广泛应用集成电路阶段,半导体式的集成电路也逐渐应用到恶劣环境内,在大功率、强辐射、高频、高压和高温的条件中,半导体式集成电路的可靠性出现了不稳定。

当前,在研究半导体式集成电路的行业中,我国主要利用被动筛选方式检测产品的可靠性。

然而,这种方法的成本高、周期长,也无法根本性地提高半导体集成电路可靠性。

因此,要深入探讨和分析半导体集成电路的应用条件,探讨不同环境中集成电路器件失效、性能退化而出现的物理反应和诱发应力,以出现的诱发应力与物理反应参数对集成电路产品的可靠性进行设计。

在对半导体集成电路进行研究的过程中,要综合考虑优化和加固封装、线路和版图,保证器件寿命期限内电参数持续保持正常。

1.2半导体集成电路的工艺可靠性要想大幅度提升集成电路产品的可靠性,加强对制造工艺可靠性的研究是主要途径,也是关键性环节。

在研究集成电路产品的可靠性中,要分析制造技术会如何影响到半导体式集成电路使用的可靠性,对保证可靠性的工艺流程进行着重控制与监测,构建评价集成电路产品制作工艺可靠性的规范化程序和有效方法,这些程序与有效方法能够促进对半导体式集成电路可靠性的研究。

半导体行业如何提高品质和可靠性的标准

半导体行业如何提高品质和可靠性的标准

半导体行业如何提高品质和可靠性的标准随着全球半导体行业的飞速发展和日益激烈的市场竞争,品质和可靠性成为了半导体服务商和厂商所关注的焦点。

为了提高产品质量和客户满意度,半导体行业应该实施一系列的标准和流程措施来保障产品的品质和可靠性。

一、流程标准化在半导体生产过程中,标准化的流程和流程控制对于保证产品的品质和可靠性至关重要。

常用的标准化流程包括防静电措施、干燥和真空封装等。

防静电措施包括地线、静电手套、静电鞋和离子风机等,可以有效防止静电干扰和损坏。

干燥和真空封装则可以防止元器件中的水分和氧气含量对产品质量的影响。

二、设计规范产品设计阶段应该考虑到品质和可靠性因素,建立相应的标准和规范,以确保产品的稳定性和安全性。

需要对电路设计、保护电路、损坏分析和失效模式进行详细的研究和验证。

此外,应该加强对电子元器件的选择和使用标准的管理,避免使用不合适的元器件,从而降低故障率和损坏风险。

三、质量保证措施质量保证措施包括严格的供应商审核、组装设备的合格认证和严格的质量检测等。

保证产品出厂前的所有环节严格执行标准和流程,并加强对关键元件的质量测试和追溯,以确保产品的品质和可靠性。

同时,实施良好的售后服务,对用户反馈的问题进行及时跟踪和解决,定期进行可靠性测试和产品质量验证。

四、人员培训人员培训和技能提升是半导体行业提高品质和可靠性的关键之一。

需要对生产和检测人员进行专业培训、技能提升和管理规范等。

例如,对工人进行静电防护知识的培训,对质检人员进行品质管理和检测模板的培训,对工程师进行生产流程优化和元器件选择的培训等。

五、持续改进持续改进是不断提高品质和可靠性标准的重要方式。

半导体企业应该注重客户反馈和市场需求,不断优化和改进产品设计、生产工艺和质量保证系统。

在此基础上,建立良好的反馈机制和产品质量管理体系,实现持续提高和控制产品质量的目标。

总结起来,半导体行业提高品质和可靠性标准需要整合各个生产环节,从产品设计到生产流程、元器件选择、质量检测和售后服务等方面实施标准化流程、建立规范和制定自我管理、持续改进策略。

半导体器件可靠性与测试和主要研究内容

半导体器件可靠性与测试和主要研究内容
失效分析工作不仅在提高可靠性方面有很好的效果,而且有很高的经济 效益。
失效分析和反馈纠正措施可以显著提高器件的成品率和可靠性,减 少系统试验和现场使用期间的失效器件。
系统试验和现场使用期间发生故障的经济损失很大,排除故障的维 修费用颇高,并且这种费用随着可靠性等级的提高而指数地上升。
绪论
半导体可靠性物理学
绪论
主要的失效机理
指器件失效的实质原因。即引起器件失效的物理或化学过程。
设计问题引 起的缺陷
体内退化 机理
氧化层 缺陷
金属化系 统退化
封装退化 机理
•版图 •工艺方案 •电路和结构
•二次击穿 •CMOS闩锁效应 •中子辐射损伤 •重金属沾污 •材料缺陷
•针孔 •厚度不均匀 •接触孔钻蚀 •介质击穿等
半导体器件可靠性与测试和主要 研究内容
课程目的
课程的目的
1. 了解半导体器件可靠性研究的发展过程 2. 熟悉引起半导体电路失效的主要模式 3. 熟悉引起器件退化的主要退化机制 4. 基本掌握器件退化的主要表征技术和检测方法

课程要求
课程的要求
1. 知道引起MOS电路失效的主要几种失效模式 主要的失效规律
设计问题引起的缺陷体内退化机理氧化层缺陷金属化系统退化封装退化机理?版图?工艺方案?电路和结构?二次击穿?cmos闩锁效应?中子辐射损伤?重金属沾污?材料缺陷?针孔?厚度不均匀?接触孔钻蚀?介质击穿等?金铝合金?电迁移?铝腐蚀?铝划伤?铝缺口?台阶断铝?过电应力烧毁?管腿腐蚀?管腿损伤?漏气?外来物引起漏短路?绝缘珠裂缝?标志不清工艺和设计的纠正措施工艺质量控制可靠性试验使用和设计的纠正措施原材料生产工序工艺筛选机器装调和运行工艺规范失效分析产品筛选绪论器件失效分析的作用半导体器件的可靠性两个概念绪论研究领域和任务不同之处

电子元器件的质量与可靠性军用标准体系

电子元器件的质量与可靠性军用标准体系

电子元器件的质量与可靠性军用标准体系一、质量与可靠性军用标准体系:军用电子元器件的质量与可靠性军用标准是当今我国军用电子元器件贯彻国家军用标准的主要依据,也是军用电子元器件研制、生产产品的质量认证、可靠性评价的重要依据。

已公布的军用电子元器件合格产品目录(QPL)中产品的鉴定,正准备实施发布的军用电子元器件合格生产厂目录(QML)的生产线质量认证等,也都是以相应的军用标准为依据的。

目前为保证产品质量并与国际标准接轨而推行的ISO9000和ISO14000质量体系认证,也完全是依据ISO9000(GB/T19000)和ISO14000标准来进行的。

我国军用电子元器件国家军用标准的制定是从20世纪80年代初期开始的。

我国第一个军用电子元器件国家军用标准GJB33-85(半导体分立器件总规范)是1985年颁发的。

到目前为止,我国已基本完成了能覆盖主要军用电子元器件门类的国家军用标准和行业军用标准的制定,以及几乎涉及到所有军用电子元器件门类的企业军用标准的制定。

所以,从应用标准的角度说,我国已基本形成了由国家军用标准、行业军用标准和企业军用标准为主要构成的军用电子元器件军用标准体系。

这一体系为我国“八五”、“九五”期间军用电子元器件贯彻国军标和科研试制成果的取得,起到了卓有成效的支撑保障作用。

二、质量与可靠性标准体系构成:若从军用电子元器件质量与可靠性军用标准的技术内涵来分析军用标准体系的构成,现在一般公认为军用标准体系应由三个层次来构成。

第一层次为质量与可靠性的基础标准,第二层次为质量与可靠性的保证标准,第三层次为质量与可靠性的技术方法标准。

1.基础标准一般包括定义、术语;通用规则;分类……等,现举例如下:定义与术语:GJB 1405-92 质量管理术语GJB 2279 热电子术语GJB 2715 国防计量通用术语通用规则:GJB/Z 35-93 元器件降额准则GJB/Z 69-94 军用标准的选用和剪裁导则GJB 379A-92 质量管理手册编制指南GJB 1923-94 军用数据元素定义表达的规则GJB 2418-95 军用文献主题词标引通则GJB 299A 电子设备可靠性预计手册GJB 450 装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB 368 装备维修性通用规范分类:GJB 1825-93 军用标准物质分类与代码GJB 832-90 军用标准文献分类法GJB/Z 37-93 军用电阻器和电位器系列型谱GJB/Z 38-93 军用电容器系列型谱GJB/Z 39-93 军用继电器系列型谱GJB/Z 40-93 军用真空电子器件系列型谱GJB/Z 41-93 军用半导体分立器件系列型谱GJB/Z 42-93 军用微电路系列型谱2.保证标准保证标准包括质量与可靠性保证大纲、统计过程控制(SPC)体系、计量确认体系、生产线认证要求、产品的质量与可靠性保证要求……等。

微机测控系统中元器件的可靠性与选择

微机测控系统中元器件的可靠性与选择

系统不 可 靠 运行 的所 有 外界 因 素 。在 系统 设计 时 ,
元 器件 的选择 是根 本 ,其性 能 的好 坏与稳 定性将 直 接 影响整 个 系统 的性能 与可靠 性 。因此 ,在 町靠 性 设 计 中 , 要 的工作是精 选 元器件 , 首 并使 其在 长期 稳 定性 、精 度等级方 面满 足要 求 。元器件 的可靠 性
Zh o g h n uZ n se g
摘要 : 器件 可 靠性 是使 用电子元 器件 进 行 电路 设计 及软件 编 程的基础 , 元 而在 系统设 计 时 . 器件 元 性 能的好 坏与稳 定性将 直接 影响 到整 个 系统 的性 能和 可靠性 。文 中主要 对微机测控 系统 中的元 器
兀器 件 可靠性 是选择 电子元 器件 、电路 设计 和
定上 作期 和 衰老期 。早 期失效 t要 发生 在元件 制造 或微 机系统 刚投 入运行 后的短 暂 时间 ,其失效 原因 牛要 有 : 1 元件本 身存 在的 尉有缺 陷 , () 如漏气 、 点 接 断 裂等 ; 2 安装工 艺不 可靠 , () 如焊 接不 牢 固等 ; 3 () 环境 条件 恶化 , 温度 高 、 如 湿度 大 ( 呵加 速元件 的失 效 ) 可以通 过筛选元 件 、 格安装 工艺 以及 防止安 。 严 装 前元件 的 老化来克 服元件 的早期 失效 。 稳定 丁作 期元件 的突然 性失效 少 ,暂时 性故障 较 多 ,这 是 因为元器件 工作 中 的瞬时应 力超 过 l r 元
软件 编程 的理 论基础 。而 可靠 性是用 以描 述系统 l = 乇
期稳 定 、 正常 运行能 力的 一 个通 用概念 , 是产 品质 也 量在时 间方 面 的特 征表示 从 统计 角度来 看 .它是 某 个产 品或 系统在 某一 时间 内稳定 并正 常完成 预定

电子元器件的可靠性分析

电子元器件的可靠性分析

电子元器件的可靠性分析摘要:对电路的整体系统来讲,假如其中某个电子元器件无法正常发挥其功能,这时就会造成系统全面处于瘫痪的状态。

因此相关电路系统的规划设计人员需要对于电子元器件工作过程的可靠性指标予以高度的重视,随后借助科学合理的选择及设计过程,提升电子元器件使用过程中的可靠性和稳定性,确保电路系统的整体功能得到正常发挥,有益于电子系统整体的稳定和工作的安全。

关键词:电路系统设计;电子元器件;工作过程可靠程度;在各类设备的电路系统设计过程中,电子元器件属于其中非常关键的组成部分。

为使电子元器件能更加适合于整体系统的电路结构与功能,因此电子元器件的工作可靠性相关指标需要满足一定的规定和要求。

文章针对相关设备中所使用的电子元器件的工作可靠性实施比较详尽的研究。

1 电子元器件单元简述通常电子系统的元器件单元总体上能够分成电子元件以及电子器件这两大类范畴,电子器件通常指的是由半导体相关材料制造出来的基础型的电子相关元件单元(比如二极管、晶体管和各种规模的集成电路系统等)。

此类元件可以划分成无源的器件(比如二极管装置)、有源的器件(例如晶体管和集成电路系统等)这两大种类。

无源类型的器件只需通过输入信号提供的电能来进行相应的工作,无需外加电源来给相应的器件提供电能;有源类型的器件则需要有专门为其提供相应电能的电源装置才可以进行相应的操作。

伴随着当今时代电子领域的新技术与新工艺的持续进步,一些电子元件和电子器件之间的区别已经很难来进行划分,而且很多现代化的电子元器件已经不再是单纯的硬件设备系统了,比如单片机与单片机系统已经是一类基于相应的软件系统的硬件芯片单元。

2 电子元器件发生失效情况的主要原因2.1 设计缺陷方面的原因2.1.1 元器件单元的等级选取不合适如果电路在规划设计的过程中没能充分分析元器件单元在实际工作中的状态;或者由于成本方面的制约,在元器件定型的过程中采用了低等级的产品,这样的产品在相对恶劣的使用环境下非常容易造成元器件出现失效的情况。

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总之,系统运行环境应严格控制湿度。
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可靠性设计
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环境因素对元器件可靠性的影响
3. 电压影响
施加到元器件上的电压稳定性是保证元器 件正常运行的重要条件。过高的电压会增 加元器件的热损耗,甚至造成电压击穿。 例如,对电容器来说,其失效率正比于电 容电压的5次幂。
2013-7-10
可靠性设计
2013-7-10
可靠性设计
10
元器件的失效形式
突然失效
也称为“灾难性失效”。这是元器件参数急 剧变化或因元器件制造工艺不良,环境条件 变化而导致短路或开路所造成的。 如器件因焊接不牢造成开路,或因灰尘微粒 使器件管脚短路,电容器因电解质击穿造成 短路等。
2013-7-10
可靠性设计
11
元器件的失效形式
]
由上式看出,温度每升高10℃,ICO将增加一倍。
2013-7-10
可靠性设计
16
环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1)温度变化对半导体器件的影响
这种变化将导致如下结果: 晶体管放大器的工作点产生漂移。这是形成运放零 点漂移的主要原因。 电流放大系数 β 发生变化,造成放大器增益不稳定。 导致晶体管的特性曲线发生变化,使其所允许的动 态范围发生变化。
可靠性设计——
V.电子元器件的可靠性
高嵩
本章内容
1. 元器件的失效特征 2. 元器件的失效机理 3. 元器件的失效分析技术 4. 元器件的选择和应用
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1.元器件的失效特征
概念
元器件包括半导体分立元器件、集成电 路元器件、电阻器、电容器、石英晶体 振荡器、连接器、开关、电缆、光导纤 维和继电器等。 失效特征,主要指元器件的失效规律, 失效形式等。
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元器件的失效机理
金属件的失效机理
疲劳(占36.3%) 脆断(占12.6%) 腐蚀(占12%) 应力腐蚀(占3.8%) 磨损(占6%) 韧性断裂(占7.9%) 其他(占21.4%)
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3.元器件的失效分析技术
①失效分析的概念
失效分析的目的绝不仅是评价系统及其组成单元的可 靠性水平,更重要的是提高系统的可靠性水平。因此, 必须对系统及其组成单元和元器件进行失效分析,所 形成的失效分析技术构成了系统可靠性技术的一项重 要内容。 要保证和提高系统和设备的可靠性,必须选择高可靠 性的元器件。要提高元器件的可靠性,必须了解其失 效的本质、失效的模式及故障机理,以便采取有效的 措施。 系统和设备可靠性设计需要提供元器件及材料的失效 率、失效模式和故障模式及其严重性的信息。
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②失效分析的意义、思路
对于可靠性工程的意义
为合理选择元器件提供依据 为设计提供正确的理论依据和设计思想 为改进工艺指明方向 指导各种可靠性试验条件和可靠性分析方法 在处理可靠性工程问题时,为决策提供科学 依据 为可靠性设计提供宝贵的信息资料
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②失效分析的意义、思路
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元器件的失效形式
全局失效
一个突然失效会使整个系统失效,这种失效 称为全局失效。 如时序控制电路的晶体振荡器两端的电容突 然短路,使该晶振损坏,造成整个微机无法 工作,即整体失效。
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2.元器件的失效机理
元器件的失效直接受温度、湿度、电压、机械、电磁 场等因素的影响。
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①失效分析的概念
对于电子元器件的可靠性设计来说,最能暴露 问题的方法还是进行各种试验。在这些最接近 实际使用条件的试验中,许多隐患和薄弱环节 都会显示出来,参加试验的组件、部件,子系 统,甚至整个系统都可能会不同程度地丧失其 应有的功能,即失效。 失效分析就是分析寻找引起元器件失效的原因, 并提出补救和纠正措施。20世纪60年代出现的 以研究故障机理为核心的失效物理学科成了其 研究的重要内容。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
2)温度变化对电阻的影响
温度变化对电阻的影响主要是温度升高时,电 阻内热噪声加剧,阻值偏离标称值,允许耗散功率 下降等。如RXT系列的碳膜电阻在温度升高到100℃ 时,允许的耗散功率仅为标称值的20%。
3)温度变化对电容的影响
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元器件的失效机理
阻容元器件的失效机理
电介质击穿 发生化学或电解腐蚀 离子迁移 纸介质的脱水作用 有机膜、云母、玻璃等介质发生电晕 电解质如钽、电解铝出现蒸发 界面极性
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元器件的失效机理
阻容元器件的失效机理
纸、有机膜、云母、玻璃等介质出现污染 纸介质加水分解 云母等介质发生热劣化 云母、有机膜的残余应力松弛 云母、玻璃陶瓷出现伸缩 云母、玻璃介质热疲劳 云母介质发生电弧 纸、玻璃、陶瓷、钽等介质出现电介质泄露
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1)温度变化对半导体器件的影响
温度与允许功耗有如下关系: T jm T Pcm RT Pcm为最大允许功耗;Tjm为最高允许结温;T为使用环 境温度;RT为热阻。
温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。
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温度变化对电容的影响主要是引起电容介质损 耗变化,从而影响其寿命。温度每升高10℃时,电 容器的寿命就降低一半,同时还引起电路阻容时间 常数等参数的变化,甚至发生因介质损耗过大而热 击穿的情况。
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环境因素对元器件可靠性的影响
2. 湿度影响
湿度过高,当含有酸性的尘埃落到线路板或配电盘上时, 将迅速腐蚀元器件焊点与接线处,造成焊点脱落,接头 断开,引起接触性故障。 湿度过高,也是引起漏电耦合的主要原因。当具有导电 性的尘埃落到线路板上时,将使线路板表面的绝缘性能 变化,若电压由漏电耦合到低压器件,将造成电压击穿 故障。 湿度过高,还会使密封较差的元器件受到腐蚀而退化。 湿度过低,如相对湿度低于40%时,空气被认为是干燥 的。当相对湿度低于20%时,极易产生静电,人不敢接 触机器,一碰机器就会引起电子元器件击穿,特别是 MOS器件击穿损坏,或造成机器误动作。
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①失效分析的概念
应力和时间是诱发失效的重要外部因素。 由外因诱发失效的物理和化学过程叫失 效机理。失效的状态类型称为失效模式。 失效分析,既要分析产生故障的原因, 提出改进的方法和措施,又要弄清失效 模式和故障机理,从本质上预防失效和 故障的再发生。
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失效分析的思路
失效分析是通过对失效的元器件进行测试分 析,找出引起失效的原因,是从事件的结果 推导事件发生的原因的过程。 进行失效分析最主要的依据就是失效或故障 的元器件。 失效分析除了具备一定的专业知识外,还要 有正确的思路、科学的方法和必要的条件。
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环境因素对元器件可靠性的影响
1. 温度影响
1)温度变化对半导体器件的影响
环境温度升高将直接引起元器件温度升高,从而引 起最高工作电压下降。 温度过高,将使元器件的P-N结被击穿而损坏。 由于P-N结的正向压降受温度的影响较大,所以双 极型半导体器件TTL、HTL等IC的电压传输特性和 抗干扰度也与温度密切相关。
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元器件的失效规律
稳定工作期(正常寿命期、正常使用期)
特征——元器件突然性失效较少,而暂时性 故障较多。故障率可降低到一个较低的水平, 且基本处于稳定状态,可以近似故障率为常 数。持续时间较长。 失效原因:应力引起
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元器件的失效规律
衰老期(耗损期)
2013-件的失效规律
浴盆曲线(Bathtub curve )
人们在长期的生产实践中发现新制造出来的 电子元器件,在刚投入使用的时候,一般失 效率较高,叫做早期失效。经过早期失效后, 电子元器件便进入了正常的使用期阶段,一 般来说,在这一阶段中,电子元器件的失效 率会大大降低。过了正常使用阶段,电子元 器件便进入耗损老化期阶段,意味着寿终正 寝。这个规律,恰似一条浴盆曲线,人们称 它为电子元器件的效能曲线。
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环境因素对元器件可靠性的影响
4. 振动、冲击影响
机械振动与冲击会使一些内部有缺陷的元器件加速 失效,造成灾难性故障。 机械振动会使焊点、压线点发生松动,导致接触不 良;若振动导致接线产生不应有的碰连,会引起更 严重的后果,造成短路事故。振动会使元器件移位, 变形及相互碰撞,引起分布参数变化。 机械振动、冲击还会引起紧固件脱落或松动,甚至 撞击其他零部件,造成零件损坏。
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环境因素对元器件可靠性的影响
6. 腐蚀
腐蚀,有空气腐蚀或氧化、电解液腐蚀等种类。 大气中含有各种酸盐及化工、冶炼等工业生产中排 出的有害气体,如SO2、H2S、CO2、CO和臭氧等。 这些腐蚀性气体会使计算机及其应用系统或电子设 备金属化表面氧化腐蚀,使接插件接触情况恶化, 使半导体元器件管脚和电子线路引起腐蚀,还会使 半导体稳定性受到破坏。 电解液对金属有着很强的腐蚀和氧化作用,会造成 接头与插座之间,元器件与插座或焊接孔之间电阻 加大,电流减小,引起间歇故障,严重时会造成断 路。
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