集成电路可靠性介绍

集成电路可靠性介绍
可靠性的定义是系统或元器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

从集成电路的诞生开始，可靠性的研究测试就成为IC设计、制程研究开发和产品生产中的一个重要部分。

Jack Kilby 在1958年发明了集成电路，第一块商用单片集成电路在1961年诞生；1962年9月26日，第一届集成电路方面的专业国际会议在美国芝加哥召开。

当时会议名称为“电子学失效物理年会”；1967年,会议名称改为“可靠性物理年会”；1974年又改为“国际可靠性物会议”(IR PS) 并延续至今。

IRPS已经发展成集成电路行业的一个盛会，而可靠性也成为横跨学校研究所及半导体产业的重要研究领域。

集成电路可靠性评估体系
经过四十多年的发展，集成电路的可靠性评估已经形成了完整的、系统的体系，整个体系包含制程可靠性、产品可靠性和封装可靠性。

制程可靠性评估采用特殊设计的结构对集成电路中制程相关的退化机理(Wearout Mechanism)进行测试评估。

例如，我们使用在芯片切割道(Scribe Line)上的测试结构来进行HCI ( Hot Carrier Injection) 和NBTI (Negative Bias Temperature Instability) 测试，对器件的可靠性进行评估。

产品可靠性和封装可靠性是利用真实产品或特殊设计的具有产品功能的TQV (Technology Qualification Vehicle) 对产品设计、制程开发、生产、封装中的可靠性进行评估。

集成电路可靠性工作者的主要任务
可靠性定义中“规定的时间”即常说的“寿命”。

根据国际通用标准，常用电子产品的寿命必须大于10年。

显然，我们不可能将一个产品放在正常条件下运集成电路可靠性介绍行10年再来判断这个产品是否有可靠性问题。

可靠性评估采用“加速寿命测试”(Accelerated Life Test, ALT)。

把样品放在高电压、大电流、高湿度、高温、较大气压等条件下进行测试，然后根据样品的失效机理和模型来推算产品在正常条件下的寿命。

通常的测试时间在几秒到几百小时之内。

所以准确评估集成产品的可靠性，是可靠性工作者一个最重要的任务。

当测试结果表明某一产品不能满足设定的可靠性目标，我们就要和产品设计、制程开发、产品生产部门一起来改善产品的可靠性，这也是可靠性工作者的另一重要职责。

当产品生产中发生问题时，对产品的可靠性风险评估是可靠性工作者的第三个重要使命。

为了达成这三项使命，我们必须完成以下6个具体工作：1）研究理解产品失效机理和寿命推算模型；2）设计和优化测试结构；3）开发和选择合适的测试设备、测试方法和程序；4）掌握可靠相关的统计知识，合理选择样品数量和数据分析方法；5）深入了解制程参数和可靠性之间的关系；6）掌握失效分析的基本知识，有效利用各种失效分析工具。

这6个方面的工作相互影响依赖。

对失效机理和生产制程的理解是最基本的，只有理解，才能设计出比较合适的测试结构，选择适当的测试与数据分析方法，并采用合适的寿命推算模型，以做出准确的寿命评估。

只有深入理解制程参数和失效机理之间的互相关系，才能有效地掌握方向、订下重点、分配资源，来改善产品的可靠性。

集成电路可靠性面临的挑战
九十年代以来，集成电路技术得到了快速发展，特征尺寸不断缩小，集成度和性能不断提高。

为了减小成本，提高性能，集成电路技术中引入大量新材料、新工艺和新的器件结构。

这些发展给集成电路可靠性的保证和提高带来了巨大挑战。

1)随着特征尺寸的缩小，工艺中的一些关键材料已接近物理极限，其失效模型发生了改变，这对测试方法以及寿命评估都带来了严峻挑战。

同时，一部分失效机理的可靠性问题变得非常严重。

例如NBTI报道于1966年，对较大尺寸的半导体器件，其对性能影响并不大；然而随着器件尺寸的减小，加在栅极氧化层上的电场越来越高，工作温度也相应提高，器件对工作阀值电压越来越敏感，NBTI已成为影响集成电路可靠性的关键问题。

2 )新材料和新工艺的引入导致了新的可靠性问题。

例如为了减小金属互连对器件速度的延迟，低k和超低k 介质被引入到金属互连制程中。

由于其机械、电学和热学性能远远低于传统的二氧化硅材料，Vbd (Breakdown Voltage)和TDDB (Time Dependant Dielectric Breakdown) 寿命，以及由低k材料和高密度倒装芯片封装引起的新失效机理CPI (Chip Package Interaction)已成集成电路可靠性的制约因素。

3 )尺寸的缩小和集成度的提高对可靠性的测试带来了挑战。

尺寸缩小导致对ESD（Electrostatic Discharge）变得更加敏感。

封装测试中的E S D问题会严重影响可靠性评估的成功率和准确性。

集成度的提高也使一些常规可靠性评估因时间变长而显得非常困难。

如4G Flash记忆体的传统100K耐久性测试会超过2千小时, 严重影响新制程可靠性评估的及时完成。

结论
集成电路的快速发展，给可靠性保证带来了巨大的挑战。

集成电路工作者要进一步深入研究可靠性物理和失效机理，加强可靠性工程相关工作；同时也要和产品设计、制程开发和生产部门紧密合作，以减少可靠性对集成电路特征尺寸进一步缩小的制约，并保证产品保持足够的可靠性容限(Reliability Allowance)。

大雁科技半导体封装项目首条生产线开始试生产
来源：项目 2008-08-22 点击:225
四川大雁微电子有限公司在遂宁经济开发区投资新建的半导体封装项目第一条生产线经过一月的紧张调试
开始试生产。

大雁电子第一条生产线总投资1.5亿元，投产后预计今年内销售收入将达到5000万元以上，实现利税500万元以上。

四川大雁微电子有限公司是去年由深圳大雁科技实业有限公司在遂宁经济开发区注册的全资子公司，是一家专业的半导体封装测试企业。

公司首期注册资金2000万元，项目总投资5亿元，占地面积150亩。

自去年11月该项目动工建设以来，开发区管委会高度重视项目的落实和推进，专门确定一名园区领导全程负责项目建设，仅用半年时间就完成了包括1.2万平方米厂房、2000平方米办公用房、9000平方米员工住房及附属设施的一期工程建设，保证了项目按时竣工投产。

zhanghuaiming＠
发展嵌入式软件企业要练好“内功”
技术分类：嵌入式系统| 2008-08-29
张学琦
嵌入式系统无疑已成为当前业界看好的巨大“蛋糕”。

数据显示，2007年中国嵌入式软件产业规模已达到1803.6亿元。

而日前，财政部、国家税务总局发布的《关于嵌入式软件增值税政策的通知》（以下简称《通知》），对嵌入式软件的相关增值税政策进行了调整，此举表明，国家已对软件产业尤其是嵌入式软件产业给予高度重视，并已从政策层面给予扶持。

对此，中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长兼秘书长郭淳学表示，发展嵌入式软件，国家政策的支持很重要，但是企业的发展还要靠企业自身的努力。

我国是制造业大国，如今，用信息产业改造传统产业，走工业化与信息化融合的道路，已成为加速传统产业升级的必然趋势。

其中，嵌入式软件无疑是推动“中国制造”向中国“智”造转型升级的关键之一。

首先，从嵌入式系统的应用领域来看，它已广泛应用于通信、电力、矿山等国家经济命脉之中，同时更是医疗卫生、消费电子、数码产品等与人民生活息息相关的行业中不可缺少的一部分，因此，它是传统产业信息化以及电子产品智能化的关键部分；其次，从嵌入式系统本身来看，嵌入式软件又是其核心部分，无论华为、中兴的通信设备产品，还是东软的数字医疗设备，嵌入式软件
无疑是其中含金量最高的部分，正是有了在嵌入式软件部分的自主知识产权，华为、中兴才得以成为世界级的企业。

从目前我国嵌入式软件产业现状来看，还面临着产业链结构不均衡，产业生态圈偏小；标准不统一，研发成本高，复用性差，规模化生产难度大，以及研发复杂系统的质量保证能力有待提高等问题，而目前微软等国际巨头也都开始跻身嵌入式软件产业，来分享中国巨大的市场。

因此，发展嵌入式软件首先须从政策方面给予推动。

对此，郭淳学认为，国家对嵌入式软件的支持力度要比通用软件强。

因为通用软件基本上已经被一些国际企业垄断，嵌入式系统则不同，它是一个分散的应用产业，充满了竞争、机遇与创新，没有哪一个系列的处理器、操作系统或少数公司、少数产品就能够垄断嵌入式系统的市场。

而在获得国家政策支持的同时，嵌入式软件企业更应从自身做起，形成自身的核心竞争力。

中科红旗副总裁史兴国认为，国家政策对企业能够起到引导和推动作用，而真正实质性的变化还需要厂商自己完成。

现在的嵌入
式软件企业应该做稳做实，抓住机会，逐步占据产业的重要位置，使自身的行业价值最大化。

其实综观目前我国软件行业现状，销售收入排名在前十位的大多都是嵌入式软件企业，如中兴、华为等。

他们得以做大做强，并逐步走向国际市场，一方面是因为其所在行业的巨大市场需求，另一方面还在于其自主创新能力构筑的企业核心竞争力，否则即便身处庞大的市场，也同样无法把握住机会。

对于嵌入式企业而言，在构筑自身核心竞争力方面，企业应通过国家相关政策降低自身发展成本，从而加大研发费用和研发人员培养力度；努力寻求共同发展的战略合作伙伴，形成上下游产业链；嵌入式软件企业需加强知识产权保护意识，完善相关保护措施；还应加强嵌入式软件人才培养，比如通过联合高校、专业培训机构和软件企业组建培训机构，为企业培养能够直接使用的嵌入式软件人才。

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中国首台百万亿次超级计算机研制成功
技术分类：嵌入式系统消费电子设计| 2008-08-29
周润健
记者从落户天津高新区的曙光公司产业基地获悉，由中国科学院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”近日研制成功。

业内人士表示，这标志着中国成为继美国之后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计算机的国家,也表明我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。

据曙光公司介绍，“曙光5000”高性能计算机是国家863计划高性能计算机及其核心软件重大专项支持的研究项目，是面向网络的高性能计算机，同时也是面向信息服务的超级服务器，可以提供多目标的系统服务。

“曙光5000”系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算，LINPACK运算速度超过每秒160万亿次浮点运算，是目前国内速度最快的商用高性能计算机系统。

除了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。

曙光公司成立于1995年，背靠中科院计算所和国家智能计算机研究开发中心，其产业基地2006年落户天津高新区华苑软件园海泰绿色产业基地。

中国打造千万亿次超级计算机计划后年推出
技术分类：嵌入式系统消费电子设计| 2008-07-09
北京晨报张黎明
中科院计算所联合曙光公司研制出的百万亿次超级计算机曙光5000，日前正式交付上海超级计算机中心使用。

而这仅仅是个开始，据悉，目前中科院计算所正在与曙光合作开发可以冲击千万亿次运算能力的下一代超级计算机，如果一切顺利，将会在2010年亮相。

据悉，目前我国自主研发的曙光5000，采用了近7000颗低功耗AMD真四核皓龙处理器“巴塞罗那”，拥有每秒230万亿次的双精度浮点运算能力，不仅刷新国内高性能计算机的纪录，而且接近目前世界排名第六的“蓝色基因”。

超级计算机发展水平是衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要指标，该领域的发展速度总是让旁观者震惊。

作为曙光的主要合作伙伴，AMD有关人士回顾说，2004年，AMD同曙光携手推出了曙光4000A高性能计算机，使中国的超级计算机首次进入全球前10名，曙光4000A当时的运算能力还只是11万亿次。

而短短4年过去，中国超级计算机就步入百万亿次水平，IBM超级计算机“走鹃”更是打破每秒千万亿次运算大关。

实际上，“走鹃”同样也包含了6948颗皓龙处理器。

中科院院士李国杰表示，实际上，高性能计算机的应用需求不是等出来的，而是“用
”出来的，“‘十五’期间，上海超算中心购买曙光4000A时，绝没有想到两年后，许多用户要排上半个月才能轮到上机时间。

事实已经证明，运行十万亿次计算机后，很快就会产生百万亿次计算机的需求。

可以肯定，当我们用上百万亿次计算机后，很快就会产生千万亿次计算机的需求”。

AMD方面则表示，推出曙光1000时，中国高性能计算机落后国际先进水平8年，推出曙光4000A时与国外同类计算机推出时间相差4年；而现在的曙光5000与世界的差距只有两年多了，“如果按计划在2010年推出千万亿次超级计算机，差距将微乎其微。

中国正在迎头赶上，而AMD将始终凭借在高性能计算机领域的先进技术和诸多经验，与以曙光为代表的合作伙伴开展深入而广泛的合作”。

模电应知应会50 问！
1、半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点?
答：频率特性好、体积小、功耗小，便于电路的集成化产品的袖珍化，此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出；但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。

2、什么是本征半导体和杂质半导体？
答：纯净的半导体就是本征半导体，在元素周期表中它们一般都是中价元素。

在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂质元素之后便获得杂质半导体。

3、空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?
答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。

空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。

4、制备杂质半导体时一般按什么比例在本征半导体中掺杂？
答：按百万分之一数量级的比例掺入。

5、什么是N型半导体?什么是P型半导体?当两种半导体制作在一起时会产生什么现象?
答：多数载流子为自由电子的半导体叫N型半导体。

反之，多数载流子为空穴的半导体叫P型半导体。

P型半导体与N型半导体接合后便会形成P-N结。

6、PN结最主要的物理特性是什么？
答：单向导电能力和较为敏感的温度特性。

7、PN结还有那些名称？
答：空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。

8、PN结上所加端电压与电流是线性的吗?它为什么具有单向导电性?
答：不是线性的，加上正向电压时，P区的空穴与N区的电子在正向电压所建立的电场下相互吸引产生复合现象，导致阻挡层变薄，正向电流随电压的增长按指数规律增长，宏观上呈现导通状
态，而加上反向电压时，情况与前述正好相反，阻挡层变厚，电流几乎完全为零，宏观上呈现截止状态。

这就是PN结的单向导电特性。

9、在PN结加反向电压时果真没有电流吗?
答：并不是完全没有电流，少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流。

10、二极管最基本的技术参数是什么？
答：最大整流电流file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.png">
11、二极管主要用途有哪些？
答：整流、检波、稳压等。

12、晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的?
答：通过电流分配关系。

13、能否用两只二极管相互反接来组成三极管？为什么？
答：否；两只二极管相互反接是通过金属电极相接，并没有形成三极管所需要的基区。

14、什么是三极管的穿透电流？它对放大器有什么影响？
答：当基极开路时，集电极和发射极之间的电流就是穿透电流：file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Te mp\msohtml1\01\clip_image003.png">，其中file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image005.png">是集电极-基极反向漏电流，file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image007.png">和file:///C:\DOCUME~1\Owner\L OCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image005.png">都是由少数载流子的运动产生的，所以对温度非常敏感，当温度升高时二者都将急剧增大。

从而对放大器产生不利影响。

因此在实际工作中要求它们越小越好。

15、三极管的门电压一般是多少？
答：硅管一般为0.5伏.锗管约为0.2伏.
16、放大电路放大电信号与放大镜放大物体的意义相同吗?
答：不相同。

17、在三极管组成的放大器中，基本偏置条件是什么？
答：发射结正偏；集电结反偏。

18、三极管输入输出特性曲线一般分为几个什么区域？
答：一般分为放大区、饱和区和截止区。

19、放大电路的基本组态有几种？它们分别是什么?
答：三种，分别是共发射极、共基极和共集电极。

20、在共发射极放大电路中，一般有那几种偏置电路？
答：有上基偏、分压式和集-基反馈式。

21、静态工作点的确定对放大器有什么意义？
答：正确地确定静态工作点能够使放大器有最小的截止失真和饱和失真，同时还可以获得最大的动态范围，提高三极管的使用效率。

22、放大器的静态工作点一般应该处于三极管输入输出特性曲线的什么区域？
答：通常应该处于三极管输入输出特性曲线的放大区中央。

23、在绘制放大器的直流通路时对电源和电容器应该任何对待？
答：电容器应该视为开路，电源视为理想电源。

24、放大器的图解法适合哪些放大器？
答：一般适合共射式上基偏单管放大器和推挽式功率放大器。

25、放大器的图解法中的直流负载线和交流负载线各有什么意义？
答：直流负载线确定静态时的直流通路参数。

交流负载线的意义在于有交流信号时分析放大器输出的最大有效幅值及波形失真等问题。

26、如何评价放大电路的性能?有哪些主要指标?
答：放大电路的性能好坏一般由如下几项指标确定：
增益、输入输出电阻、通频带、失真度、信噪比。

27、为什么放大器的电压增益的单位常常使用分贝？它和倍数之间有什么关系？
答：放大器的电压增益的单位常常使用分贝的原因：（1）数值变小，读写方便。

（2）运算方便。

（3）符合听感，估算方便。

二者之间的关系是：
file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image009.png">
28、放大器的通频带是否越宽越好？为什么？
答：不！放大器通频带的宽度并不是越宽越好，关键是应该看放大器对所处理的信号频率有无特别的要求！例如选频放大器要求通频带就应该很窄，而一般的音频放大器的通频带则比较宽。

29、放大器的输入输出电阻对放大器有什么影响？
答：放大器的输入电阻应该越高越好，这样可以提高输入信号源的有效输出，将信号源的内阻上所消耗的有效信号降低到最小的范围。

而输出电阻则应该越低越好，这样可以提高负载上的有效输出信号比例。

30、设计放大器时，对输入输出电阻来说，其取值原则是什么？
答：高入低出。

31、放大器的失真一般分为几类？
答：单管交流小信号放大器一般有饱和失真、截止失真和非线性失真三类、推挽功率放大器还可能存在交越失真。

32、放大器的工作点过高会引起什么样的失真？工作点过低呢？
答：饱和失真、截止失真
33、放大器的非线性失真一般是哪些原因引起的？
答：工作点落在输入特性曲线的非线性区、而输入信号的极小值还没有为零时会导致非线性失真。

34、微变等效电路分析法与图解法在放大器的分析方面有什么区别？
答：可以比较方便准确地计算出放大器的输入输出电阻、电压增益等。

而图解法则可以比较直观地分析出放大器的工作点是否设置得适当，是否会产生什么样的失真以及动态范围等。

35、用微变等效电路分析法分析放大电路的一般步骤是什么？
答：1）计算出Q点中的file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image011.png">；
2）根据公式file:///C:\DOCUME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image013.png">计算出三极管的file:///C:\DOC UME~1\Owner\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image015.png">。

3）用微变等效电路绘出放大器的交流通路。

4）根据3）和相应的公式分别计算放大器的输入输出电阻、电压增益等.file:///C:\DOCUME~1\Owner\L OCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image017.gif">
36、微变等效电路分析法的适用范围是什么？
答：适合于分析任何简单或复杂的电路。

只要其中的放大器件基本工作在线性范围内。

37、微变等效电路分析法有什么局限性？
答：只能解决交流分量的计算问题，不能用来确定Q点，也不能用以分析非线性失真及最大输出幅度等问题。

38、影响放大器的工作点的稳定性的主要因素有哪些？
答：元器件参数的温度漂移、电源的波动等。

39、在共发射极放大电路中一般采用什么方法稳定工作点？
答：引入电流串联式负反馈。

40、单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求?
答：放大能力有限；在输入输出电阻方面不能同时兼顾放大器与外界的良好匹配。

41、耦合电路的基本目的是什么？
答：让有用的交流信号顺利地在前后两级放大器之间通过，同时在静态方面起到良好地隔离。

42、多级放大电路的级间耦合一般有几种方式？
答：一般有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合几种方式
43、多级放大电路的总电压增益等于什么?
答：等于各级增益之乘积。

44、多级放大电路输入输出电阻等于什么？
答：分别等于第一级的输入电阻和末级的输出电阻。

45、直接耦合放大电路的特殊问题是什么?如何解决?
答：零点漂移是直接耦合放大电路最大的问题。

最根本的解决方法是用差分放大器。

46、为什么放大电路以三级为最常见?
答：级数太少放大能力不足，太多又难以解决零点漂移等问题。

47、什么是零点漂移？引起它的主要原因有那些因素？其中最根本的是什么？
答：放大器的输入信号为零时其输出端仍旧有变化缓慢且无规律的输出信号的现象。

生产这种现象的主要原因是因为电路元器件参数受温度影响而发生波动从而导致Q点的不稳定，在多级放大器中由于采用直接耦合方式，会使Q点的波动逐级传递和放大。

48、什么是反馈?什么是直流反馈和交流反馈?什么是正反馈和负反馈?
答：输出信号通过一定的途径又送回到输入端被放大器重新处理的现象叫反馈。

如果信号是直流则称为直流反馈；是交流则称为交流反馈，经过再次处理之后使放大器的最后输出比引入反馈之前更大则称为正反馈，反之，如果放大器的最后输出比引入反馈之前更小，则称为负反馈。

49、为什么要引入反馈?
答：总的说来是为了改善放大器的性能，引入正反馈是为了增强放大器对微弱信号的灵敏度或增加增益；而引入负反馈则是为了提高放大器的增益稳定性及工作点的稳定性、减小失真、改善输入输出电阻、拓宽通频带等等。

50、交流负反馈有哪四种组态?
答：分别是电流串联、电流并联、电压串联、电压并联四种组态。

中国打造千万亿次超级计算机计划后年推出
技术分类：嵌入式系统消费电子设计| 2008-07-09
北京晨报张黎明
中科院计算所联合曙光公司研制出的百万亿次超级计算机曙光5000，日前正式交付上海超级计算机中心使用。

而这仅仅是个开始，据悉，目前中科院计算所正在与曙光合作开发可以冲击千万亿次运算能力的下一代超级计算机，如果一切顺利，将会在2010年亮相。

据悉，目前我国自主研发的曙光5000，采用了近7000颗低功耗AMD真四核皓龙处理器“巴塞罗那”，拥有每秒230万亿次的双精度浮点运算能力，不仅刷新国内高性能计算机的纪录，而且接近目前世界排名第六的“蓝色基因”。

超级计算机发展水平是衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要指标，该领域的发展速度总是让旁观者震惊。

作为曙光的主要合作伙伴，AMD有关人士回顾说，2004年，AMD同曙光携手推出了曙光4000A高性能计算机，使中国的超级计算机首次进入全球前10名，曙光4000A当时的运算能力还只是11万亿次。

而短短4年过去，中国超级计算机就步入百万亿次水平，IBM超级计算机“走鹃”更是打破每秒千万亿次运算大关。

实际上，“走鹃”同样也包含了6948颗皓龙处理器。

中科院院士李国杰表示，实际上，高性能计算机的应用需求不是等出来的，而是“用。