半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨
半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨芯片到封装体的焊接(粘贴)方法很多，可概括为金属合金焊接法(或称为低熔点焊接法)和树脂粘贴两大类。它们连接芯片的机理大不相同，必须根据器件的种类和要求进行合理选择。要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接(粘贴)方法机理和特点，分析影响其可靠性的诸多因素，并在工艺中不断地加以改进。本文对两大类半导体器件焊接(粘贴)方法的机理进行了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进行了比较，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金-硅合金焊接失效模式及其解决办法。
1、芯片焊接(粘贴)方法及机理
芯片的焊接是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。
树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属(如金或银)形成电和热的良导体。粘合剂大多采用环氧树脂。环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。其过程由液体或粘稠液→凝胶化→固体。固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。
掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，这可以避免热应力，但有银迁移的缺点。近年来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶。
非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。树脂粘贴法因其操作过程中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。树脂在高温下容易分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。因此它不适于要求在高温下工作或需低粘贴电阻的器件。另外，树脂粘贴法粘贴面的机械强度远不如共晶焊接强度大。
金属合金焊接法主要指金硅、金锗、金锡等共晶焊接。这里主要以金硅共晶焊为例加以讨论。金的熔点为1063℃，硅的熔点为1414℃，但金硅合金的熔点远低于单质的金和硅。含有31%的硅原子和69%的金原子的
Au-Si共熔体共晶点温度为370℃。这个共晶点是选择合适的焊接温度和对焊接深度进行控制的主要依据。金硅共晶焊接法就是芯片在一定的压力下(附以摩擦或超声)，当温度高于共晶温度时，金硅合金融化成液态的Au-Si共熔体;冷却后，当温度低于共晶温度时，共熔体由液相变为以晶粒形式互相结合的机械混合物——
金硅共熔晶体而全部凝固，从而形成了牢固的欧姆接触焊接面。共晶焊接法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高和含较少的杂质等优点，因而在微波功率器件和组件的芯片装配中得到了广泛的应用并备受高可靠器件封装业的青睐，其焊接强度已达到
245MPa。金属合金焊接还包括“软焊料”焊接(如
95Pb/5Sn，92.5Pb/5In/2.5Ag)，由于其机械强度相对较小，在半导体器件芯片焊接中不太常用。以下是几种焊接(粘贴)方法的比较，如表1所示。
无论采用哪种焊接方法，成功的标志都是芯片与封装体焊接面之间的界面牢固、平整和没有空洞。由于Au-Si共晶焊接在半导体器件和微电子电路中应用最为广泛，因而结合工作实际这里主要针对此种焊接方法的失效原因和解决措施进行讨论。
2、失效模式分析 2.1 欧姆接触不良
芯片与基片间良好的欧姆接触是保证功率器件正常工作的前提。欧姆接触不良会使器件热阻加大，散热不均匀，影响电流在器件中的分布，破坏器件的热稳定性，甚至使器件烧毁。
半导体器件的散热有辐射、对流和传导三种方式，其中热传导是其散热的主要方式。以硅微波功率晶体管为例，图1是硅微波功率管装配模型，图2是其热等效电路。其中Tj为管芯结温，TC为管壳温度;R1、R2、R3、R4、R5分别是芯片、Au-Si焊接层、BeO、界面焊料层和钨铜底座的热阻。总热阻R=R1+R2
+R3+R4+R 5。芯片集电结产生的热量主要通过硅片、焊接层、BeO传到WCu外壳。
Au-Si焊接层的虚焊和空洞是造成欧姆接触不良的主要原因，空洞会引起电流密集效应，在它附近有可能形成不可逆的，破坏性的热电击穿，即二次击穿。焊接层的欧姆接触不良给器件的可靠性带来极大隐患。
2.2 热应力失效
这是一种由机械应力导致的失效。由于其失效的最终表现形式往往是焊接面裂纹或芯片剥裂，因而在这里把它归结为微焊接失效模式之一来加以讨论。微电子器件的焊接界面是由性能各异的一些材料组成，如Si、SiO
2、BeO、Al2O
3、WCu等。这些材料的线热膨胀系数各不相同，如常用作底座的WCu其膨胀系数比Si晶体几乎大4倍。当它们结合在一起时，不同的材料界面间会存在压缩或拉伸应力。微波功率器件在工作期间往往要经受热循环，由于芯片和封装体的热膨胀系数不同，在热循环过程中焊接面间产生周期性的剪切应力，这些应力将可能聚集在空洞的位置上使焊料形成裂纹甚至使硅片龟裂，最终导致器件因热疲劳而失效。
在芯片与管壳之间的焊层中，最大的热剪切力形变可估计为:S=DΔαΔT/2d,
公式中，D为芯片对角线尺寸;d为焊层厚度;ΔT=Tmax-Tmin，Tmax为焊料凝固线温度，Tmin为器件筛选中的最低温度;Δα为芯片与基片材料的热膨胀系数之差。
从上式可以看到，热形变直接与芯片大小成正比，芯片尺寸越大，焊接后其在温循中要承受的剪切力也就越大。从这个角度讲，大功率器件采用小芯片多胞合成是十分必要的。在焊接中，必须充分考虑到芯片与基片的热匹配情况，在硅器件中若使用热膨胀系数同硅非常相近的陶瓷基片(如AlN)，将大大降低热应力，可用于大芯片装配。
3、焊接质量的三种检验方法 3.1 剪切力测量这是检验芯片与基片间焊接质量最常用和直观的方法。图3是用来检测芯片焊接的GJB548A
-96的最小剪切力与芯片面积的关系。在焊接良好的情况下，即使芯片推碎了，焊接处仍然留有很大的芯片残留痕迹。一般焊接空洞处不粘附芯片衬底材料，芯片推掉后可直接观察到空洞的大小和密度。用树脂粘贴法粘贴的器件，若要在较高、较低温度下长期工作,应测不同温度下的剪切力强度。
3.2 电性能测试对于芯片与基片或底座导电性连接(如共晶焊、导电胶粘贴)的双极器件，其焊接(粘贴)质量的好坏直接影响器件的热阻和饱和压降
Vces，所以对晶体管之类的器件可以通过测量器件的
Vces来无损地检验芯片的焊接质量。在保证芯片电性能良好的情况下，如果Vces过大，则可能是芯片虚焊或有较大的“空洞”。此种方法可用于批量生产的在线测试。
3.3 超声波检测
超声波检测方法的理论依据是不同介质的界面具有不同的声学性质，反射超声波的能力也不同。当超声波遇到缺陷时，会反射回来产生投射面积和缺陷相近的“阴影”。对于采用多层金属陶瓷封装的器件，往往需对封装体进行背面减薄后再进行检测。同时，由于热应力而造成的焊接失效，用一般的测试和检测手段很难发现，必须要对器件施加高应力，通常是经老化后缺陷被激活，即器件失效后才能被发现。图5
是某失效器件经背面减薄后的声扫照片，黑色圈内部分为焊接缺陷。借助超声波能够精确地检测出焊接区域内缺陷的位置和大小。
4、焊接不良原因及相应措施 4.1 芯片背面氧化
器件生产过程中，焊接前往往先在芯片背面蒸金。在Au-Si共晶温度下，Si会穿透金层而氧化生成SiO 2，这层SiO2会使焊接浸润不均匀，导致焊接强度下降。即使在室温下，硅原子也会通过晶粒间的互扩散缓慢移动到金层表面。因此，在焊接时保护气体N2必须保证足够的流量，最好加入部分H
2进行还原。芯片的保存也应引起足够的重视，不仅要关注环境的温湿度，还应考虑到其将来的可焊性，对于长期不用的芯片应放置在氮气柜中保存。 4.2
焊接温度过低
虽然Au-Si共晶点是370℃，但是热量在传递过程中要有所损失，因而应选择略高一些，但也不可太高，以免造成管壳表面氧化。焊接温度也要根据管壳的材料、大小、热容量的不同进行相应调整。为保证焊接质量，应定期用表面温度计测量加热基座的表面温度，必要时监测焊接面的温度。
4.3 焊接时压力太小或不均匀
焊接时应在芯片上施加一定的压力。压力太小或不均匀会使芯片与基片之间产生空隙或虚焊。因此焊接时压力的调整是很重要的，要根据芯片的材料、厚度、大小的综合情况进行调整，在实践中有针对性地积累数据，才能得到理想的焊接效果。
4.4 基片清洁度差基片被沾污、有局部油渍或氧化会严重影响焊接面的浸润性。这种沾污在焊接过程中是较容易观察到的，这时必须对基片进行再处理。
4.5 热应力过大
热应力引起的失效是个缓慢的渐变过程，它不易察觉，但危害极大。通常芯片厚度越大应力相应越小。因此芯片不应过薄。另外如果基片或底座与芯片热性能不匹配，也会造成很大的机械应力。焊接前基片或底座可先在200℃预热，用于拾取芯片的吸头也可适当加热以减少热冲击。焊接后可以在N2 保护气氛下进行缓慢冷却，在此冷却过程中也可消除部分应力。 4.6 基片金层过薄
当基片镀金层较薄又不够致密时，即使在氮气保护下，达到Au-Si共晶温度时，镀层也会发生严重的变色现象，从而影响焊接强度。实验证明，对于1mm×1mm的芯片，基片上镀金层厚度大于2μm才能获得可靠的共晶焊。一般来说，芯片尺寸越大，镀金层也要相应增加。
结语
随着技术的发展，芯片的焊接(粘贴)方法也越来越多并不断完善。半导体器件焊接(粘贴)失效主要与焊接面洁净度差、不平整、有氧化物、加热不当和基片镀层质量有关。树脂粘贴法还受粘料的组成结构及其有关的物理力学性能的制约和影响。要解决芯片微焊接不良问题，必须明白不同方法的机理，逐一分析各种失效模式，及时发现影响焊接(粘贴)质量的不利因素，同时严格生产过程中的检验，加强工艺管理，才能有效地避免因芯片焊接不良对器件可靠性造成的潜在危害。
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芯片失效分析的意义
芯片失效分析的意义、主要步骤和内容 2011-8-7 19:13|发布者: https://www.360docs.net/doc/9486064.html,|查看: 151|评论: 0 摘要: 通过芯片失效分析，可以帮助集成电路设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。 芯片失效分析的意义、主要步骤和内容 一般来说，集成电路在研制、生产和使用过程中失效不可避免，随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，通过芯片失效分析，可以帮助集成电路设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。 失效分析的意义主要表现 具体来说，失效分析的意义主要表现在以下几个方面： 失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。 失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。 失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。 失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析主要步骤和内容 芯片开封：去除IC封胶，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备。
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B 图2 送检样品图1中的局部放大 1 (a)焊缝正面 (b)含完整焊缝试样的侧面 图3 含完整焊缝的试样 1. 送检焊缝 套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。 表1 27SiMn钢的化学成分(质量分数)(%) 试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu
0.24 1.1 1.1 ??保证值 ?0.25 ?0.30 ?0.25 ~0.32 ~1.4 ~1.4 0.035 0.035 表2 27SiMn钢的力学性能 试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs 一般值 980 835 40 12 表3 20#钢化学成分(质量分数)(%) 试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu 0.17 0.35 0.17 ??保证值 ?0.25 ?0.25 ?0.25 ~0.24 ~0.65 ~0.37 0.035 0.035 表4 20#钢的力学性能 试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs 一般值 370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。焊接采用Φ1.2焊丝 2 JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。
盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司_中标190924
招标投标企业报告 盛吉盛（宁波）半导体科技有限公司
本报告于 2019年9月24日 生成 您所看到的报告内容为截至该时间点该公司的数据快照 目录 1. 基本信息：工商信息 2. 招投标情况：中标/投标数量、中标/投标情况、中标/投标行业分布、参与投标 的甲方排名、合作甲方排名 3. 股东及出资信息 4. 风险信息：经营异常、股权出资、动产抵押、税务信息、行政处罚 5. 企业信息：工程人员、企业资质 * 敬启者：本报告内容是中国比地招标网接收您的委托，查询公开信息所得结果。中国比地招标网不对该查询结果的全面、准确、真实性负责。本报告应仅为您的决策提供参考。
一、基本信息 1. 工商信息 企业名称：盛吉盛（宁波）半导体科技有限公司统一社会信用代码：91330200MA2AHN2244工商注册号：/组织机构代码：MA2AHN224 法定代表人：项习飞成立日期：2018-03-22 企业类型：有限责任公司(中外合资)经营状态：存续 注册资本：2000万美元 注册地址：浙江省宁波市鄞州区云龙镇石桥村 营业期限：2018-03-22 至 2068-03-21 营业范围：二手半导体设备及配件的翻新、改造、安装、维护、销售；半导体设备的研发、生产、销售；半导体生产及研发设备的技术服务；自营或代理货物和技术的进出口，但国家限制经营或禁止进出口的货物和技术除外；半导体相关的功能材料、器件、配件及相关产品的技术开发、生产、销售和咨询。（依法须经批准的项目，经相关部门批准后方可开展经营活动） 联系电话：*********** 二、招投标分析 2.1 中标/投标数量 企业中标/投标数： 个 （数据统计时间：2017年至报告生成时间） 6
半导体器件失效原因分析
半导体器件失效原因分析 发信站: 紫金飞鸿 (Mon Oct 2 12:02:48 2000) 多年来，用户要求有更可靠的电子设备，而与此同时，电子设备发展得越来越复杂。这两个因素的结合，促使人们更加关注电子设备在长期运行中确保无故障的能力。通过失效分析可以深入理解失效机理和原因，引导元器件和产品设计的改进，有助于提高电子设备（系统）的可靠性。 半导体器件的失效通常是因为产生的应力超过了它们的最大额定值。电气应力、热应力、化学应力、辐射应力、机械应力及其他因素都会造成器件失效。半导体器件的失效机理主要划分成以下6种： 一、包封失效。这类失效发生在用于封装器件的包封出现缺陷，通常是开裂。机械应力或热应力以及包封材料与金属引线之间热膨胀系数的不同都会引起包封开裂，当环境湿度很高或器件暴露在溶剂、清洗剂等中时，这些裂缝会使湿气浸入，产生的化学反应会使器件性能恶化，使它们失效。 二、导线连接失效。由于通过大电流造成过量的热应力、或由于连接不当使连接线中产生机械应力、连接线与裸芯之间界面的开裂、硅中的电致迁移、以及过量的连接压力，都会引起导线连接失效。 三、裸芯粘接故障。裸芯与衬底之间粘接不当时，就会恶化两者之间的导热性，结果会使裸芯过热，产生热应力和开裂，使器件失效。 四、本征硅的缺陷。由晶体瑕疵或本征硅材料中的杂质和污染物造成的缺陷使器件失效，在器件制造期间扩散工艺产生的工艺瑕疵也会造成器件失效。 五、氧化层缺陷。静电放电和通过器件引线的高压瞬时传送，可能会使氧化层（即绝缘体）断开，造成器件功能失常。氧化层中的开裂、划伤、或杂质也会导致器件失效。 六、铝金属缺陷。这类缺陷往往由下列几种情况造成：由于大电场导致在电流流动方向上发生铝的电迁移；由于大电流造成过量电气应力，导致铝导体断裂；铝被腐蚀；焊接引起铝金属耗损；接触孔被不适当地淀积上金属；有小丘和裂缝。 半导体器件应该工作在由生产厂确定的电压、电流和功耗限定范围内，当器件工作在这个“安全工作范围（SOA）”之外时，电气应力过 度（EOS）就会引起内部电压中断，导致器件内部损伤。如果EOS产生大电流，会使器件过热，形成热应力过度而使器件失效，即增加的热应力会导致“二次状态”失效。
焊接结构名词解释
1.焊接温度场：指在焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。 2.焊接热循环：在焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化， 温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化称为焊接热循环。 3.温度应力（热应力）：变形不受约束，则说明变形是温度变化的唯一反映；若这种变形 受到约束，就会在物体内部产生应力，这种应力即为温度应力。 4.残余应力：当不均匀温度恢复到原始的均匀状态后残存在物体中的内应力。 5.自由变形（量、率）：当金属物体的温度发生变化或发生相变没有受到外界的任何阻碍 而自由进行，它的形状和尺寸的变形就称为自由变形。自由变形的大小称之为自由变形量。单位长度上的自由变形量称之为自由变形率。 6.外观变形（量、率）：当物体的变形受到阻碍而不能完全自由变形时，所表现出来的部 分变形称为外观变形或可见变形。外观变形的大小称为外观变形量。单位长度上的外观变形量称为外观变形率。 7.内部变形（量、率）：当物体的变形受到阻碍而不能完全自由变形时，未表现出来的部 分变形称为内部变形或可见变形。内部变形的大小称为内部变形量。单位长度上的内部变形量称为内部变形率。 8.高组配：焊缝金属强度比母材高强度高的接头匹配。 9.低组配：焊缝金属强度比母材高强度低的接头匹配。 10.工作焊缝：一种与被连接的元件是串联的焊缝，承担着传递全部载荷的作用，焊缝一旦 开裂，结构就立即失效。 11.联系焊缝：一种与被连接的元件是并联的焊缝，主要起元件之间相互联系的作用，焊缝 一旦开裂，结构就不会立即失效。 12.焊接工艺评定：为验证所拟定的焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价。 13.焊接工艺指导书：就是为验证试验所拟定的、经评定合格的、用于指导生产的焊接工艺 文件。 14.生产过程：使原材料或半成品的形状和重量不断的按照人们的意图发生改变的过程。或 者定义为把原材料变成成品的直接和间接的劳动过程的总和。 15.工艺过程：是指直接改变毛坯的形状、尺寸、力学性能以及物理性能，使之成为半成品 或成品的生产过程。 16.放样：指按设计图样在放样平台上，将其局部或全部按1：1的比例画出结构部件或零 件的图形和平面展开尺寸的加工工序。 17.划线：根据设计图样及工业上的要求按1：1的比例，将待加工工件形状、尺寸及各种 加工符号划在钢板或经粗加工的坯料上的加工工序。 18.号料：是用放样所取得的样板或样杆，在原材料或经粗加工的坯料上划下料线、加工线、 检查线及各种位置线的工艺过程。 19.夹具：是指将待装配的零件准确组对、定位并加紧的工艺装配，是定位器、夹紧器和各 种推拉装置的总称。 20.疲劳强度：指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。 21.疲劳极限：在疲劳试验中，应力交变循环大至无限次而试样仍不破损时的最大应力。 22.疲劳图：表达疲劳强度和循环特性之间关系的图形。 23.疲劳曲线：描述疲劳试验中所加交变应力振幅值S与试样达到破坏的交变应力周数N之 间的关系曲线。
芯片验证与失效分析
芯片验证测试及失效分析1 檀彦卓韩银和李晓维 摘要本文对验证测试与失效分析技术进行了系统介绍，包括验证测试的一般流程、常用的分析方法以及基于验证测试的失效分析。通过分析集成电路设计和制造工艺的发展给测试带来的影响，简要介绍了验证测试面临的挑战以及未来关注的若干问题。 1 芯片的验证测试 在现代集成电路制造工艺中，芯片加工需要经历一系列化学、光学、冶金、热加工等工艺环节。每道工艺都可能引入各种各样的缺陷。与此同时由于特征尺寸的不断缩小，各类加工设施成本也急剧上升。例如有人估计90nm器件的一套掩模成本可能超过130万美元。因此器件缺陷造成的损失代价极为高昂。在这种条件下，通过验证测试，分析失效原因，减少器件缺陷就成为集成电路制造中不可少的环节。 验证测试（Verification Test , Design Debug）是实现“从设计到测试无缝连接”的关键。在0.18微米以下的制造工艺下，芯片验证测试变得更加至关重要。它的主要任务是验证设计和测试程序（Test Programs）的正确性，确定芯片是否符合所有的设计规范（[2], pp.21）。它通过合理的失效分析（Failure Analysis）不仅为探求设计的关键参数所决定的特性空间奠定基础，还为设计人员改进设计及时反馈有效的数据依据，并为优化整体测试流程、减小测试开销以及优化后期的生产测试（Production Test）开拓了便利途径。 对芯片最显著的改进不仅仅在设计流程中产生，而且在芯片调试和验证流程中反复进行。尤其是在高性能芯片研制过程中，随着芯片复杂度的提高，对验证测试的要求更加严格，与设计流程的交互更加频繁。因此，从某种意义上说，“设计”与“验证测试”是一个非常密切的“交互过程”。对于设计工程师而言，关于芯片功能和性能方面的综合数据是关键的信息。他们通常根据设计规范预先假设出关于芯片各项性能大致的参数范围，提交给验证测试人员，通过验证测试分析后，得出比较真实的性能参数范围或者特定值。设计工程师再根据这些值进行分析并调整设计，使芯片的性能参数达到符合设计规范的范围。往往这样的交互过程不只一次。通常一个健全的验证测试策略包含很多详细的信息。它一般以数据文件的形式（Data Sheet）为设计人员和测试人员在修复或者完善设计的交互过程中提供有效的数据依据，主要包括芯片的CMOS工艺等的特征描述、工作机理的描述、电气特征（DC参数，AC参数，上/拉电阻，电容，漏电，温度等测试条件，等等）、时序关系图、应用信息、特征数值、芯片电路图、布局图等等（[3],pp.24 ）。将芯片在验证测试流程中经过参数测试、功能性测试、结构性测试后得出的测试结果与上述数据信息比较，就会有针对性地反映芯片性能方面存在的种种问题。依据这些问题，设计工程师可以对设计做出相应的改进。 随着芯片速度与功能的不断提高，超大规模集成电路尤其是集成多核的芯片系统（System-On-a- Chip, SOC）的出现使得芯片迅速投入量产过程难度增加，由此验证测试变 1本文摘自中国科学院计算技术研究所内部刊物—信息技术快报 2004 年第 9 期
phase11半导体热阻分析仪
Phase 11 Phase10半导体热阻分析仪 米力光 MICOFORCE 一、Analysis Tech Phase11 Phase10概述 半导体热分析仪Semiconductor Thermal Analyzer热阻测试仪, 由美国Analysis Tech Inc公司的PHASE10 PHASE11 热阻测试仪电子封装器件，符合美军标和JEDEC标准. Analysis Tech Inc.成立于1983年，坐落于波士顿北部，是电子封装器件可靠性测试的国际设计，制造公司。他的创始人是John W.Sofia，美国麻省理工的博士，并且是提出焊点可靠性,热阻分析和热导率理论的专家. 发表了很多关于焊点可靠性,热阻分析和热导率论文. Analysis Tech Inc.在美国有独的 实验室提供技术支持.。 热阻分析仪Phase 11主要用于二极管、三极管、线性调压器、可控硅、LED、MOSFET、MESFET、IGBT、IC等分立功率器件的热阻测试和分析。 二、Analysis Tech Phase 11 Phase10工作原理及测试过程 Phase 11采用油浴法测定热敏参数校正曲线。在通以感应电流结还没有明显产生热量时，如果给定足够的时间，结温和壳温将达到热平衡，壳温非常接近结温。将热电偶直接连接到器件表面采集数据时，油浴将充分保证器件的温度稳定并且使 热电偶采集的温度等于感应结温。 在这个环节中，感应电流大小的选择是很重要的。感应电流过大，会导致结温明显变化；感应电流过小，会导致正向压降值测量误差较大。Phase 11 感应电流的可选范围是0.1mA~50mA，完全符合JEDEC标准。 在加热器件的过程中，Phase 11 采用了脉冲加热方式，如下图所示：
半导体元器件的制造工艺及其失效
半导体元器件的制造工艺及其失效 一、元器件概述 1、元器件的定义： 欧洲空间局ESA标准中的定义：完成某一电子、电气和机电功能，并由一个或几个部分构成而且一般不能被分解或不会破坏的某个装置。GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析方法》中的定义：在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电或光电功能的基本单元，该基本单元可由一个或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。 2、元器件的分类：两大类 a）元件：在工厂生产加工时不改变分子成分的成品，本身不产生电子，对电压、电流无控制和变换作用。 b）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》) ? 3、电气元件 （1）电阻
最可靠的元器件之一，失效模式：开路、机械损伤、接点损坏、短路、绝缘击穿、焊接点老化造成的电阻值漂移量超过容差。 ? （2）电位器 失效模式：接触不良、滑动噪声大、开路等。 （3）二极管 （4）集成电路 失效模式：漏电或短路，击穿特性劣变，正向压降劣变，开路可高阻失效机理：电迁移，热载流子效应，与时间相关的介质击穿(TDDB)，表面氧化层缺陷，绝缘层缺陷，外延层缺陷
（5）声表面波器件 （6）MEMS压力传感器 MEMS器件的主要失效机理： a.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； b.蠕变机械应力作用下原子缓慢运动的现象；变形、空洞； c.微粒污染阻碍器件的机械运动；
d.磨损尺寸超差，碎片卡入； e.疲劳断裂疲劳裂纹扩展失效。 （7）真空电子器件(vacuum electronic device) 指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一种形式电磁能量的器件。具有真空密封管壳和若干电极，管内抽成真空，残余气体压力为10-4～10-8帕。有些在抽出管内气体后，再充入所需成分和压强的气体。广泛用于广播、通信、电视、雷达、导航、自动控制、电子对抗、计算机终端显示、医学诊断治疗等领域。 真空电子器件按其功能分为： 实现直流电能和电磁振荡能量之间转换的静电控制电子管； 将直流能量转换成频率为300兆赫～3000吉赫电磁振荡能量的微波电子管； 利用聚焦电子束实现光、电信号的记录、存储、转换和显示的电子束管； 利用光电子发射现象实现光电转换的光电管； 产生X射线的X射线管； 管内充有气体并产生气体放电的充气管； 以真空和气体中粒子受激辐射为工作机理，将电磁波加以放大的真空量子电子器件等。 自20世纪60年代以后，很多真空电子器件已逐步为固态电子器件所取代，但在高频率、大功率领域，真空电子器件仍然具有相当生命力，而电子束管和光电管仍将广泛应用并有所发展。[1] 真空电子器件里面就包含真空断路器，真空断路器具有很多优点，所以在变电站上应用很多。真空断路器已被快易优收录，由于采用了特殊的真空元件，随着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故障明显降低。真空灭弧室无需检修处理，当其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行中发生的故障以操作机构部分所占比重较大，其次为一次导电部分，触头导电杆等。 二、元器件制造工艺与缺陷 1、芯片制造缺陷的分类： 全局缺陷：光刻对准误差、工艺参数随机起伏、线宽变化等；在成熟、可控性良好的工艺线上，可减少到极少，甚至几乎可以消除。 局域缺陷：氧化物针孔等点缺陷，不可完全消除，损失的成品率更高。 点缺陷：冗余物、丢失物、氧化物针孔、结泄漏 来源：灰尘微粒、硅片与设备的接触、化学试剂中的杂质颗粒。 2、混合集成电路的失效混合集成电路工艺：
焊接安全事故案例及原因分析
焊接安全事故案例及原因分析（二） 实例14：焊补柴油柜爆炸 1.事故经过 某拖拉机厂一辆汽车装载的柴油柜、出油管，接近油阀的部位损坏，需要补焊。操作人员将柜内柴油放完之后，未加清洗，只打开入孔盖就进行补焊，立刻爆炸，现场炸死三人。 2.主要原因分析 油柜中的柴油放完之后，柜壁内表面仍有油膜存留并向柜内挥发油气。油气与进入的空气形成爆炸性混合气体被焊接高温引爆。 实例15：非气焊工违章操作，酿成事故 1.事故经过 某厂气焊工甲与水暖工乙进行上、下水管大修工作。乙开启减压器上的氧气阀门，氧气突然冲出，将接在减压器出气嘴上的氧气胶管冲落，正好打在乙的左眼上，氧气胶管将眼球击裂失明。 2.主要原因分析 (1)瓶内氧气压力较高，开启阀门过大，使氧气猛烈冲出。 (2)氧气胶管与减压器的连接部位扎得不牢。 (3)水暖工乙不懂气焊安全操作知识，开启阀门过猛，且又站在氧气出口方向，属违章作业，酿成事故。 实例16：在喷漆房内施焊引起火灾 1.事故经过 某厂电焊工在总装车间喷漆房内焊接工件。电焊火花飞溅到附近较厚油漆膜的木板上起火。在场的工人见状惊慌失措，有的拿扫帚扑打，有的用压缩空气吹火，造成火势扩大，后经消防队半小时扑救才熄灭。
2.主要原因分析 (1)房内油漆膜未清除，又未采取任何安全防火措施。 (2)灭火方法不当，错误地用压缩空气吹火，助长了火势，扩大了事故恶果。 实例17：用风铲清渣未戴防护镜造成左眼失明 1.事故经过 某厂工人用风铲清理工件焊缝时，毛刺飞起，打入左眼，重伤失明。 2.主要原因分析 (1)操作方法不当，致使焊缝毛刺打入眼睛，造成事故。 (2)工人未戴安全防护镜。 实例18：登高焊接作业发生高空坠落 1.事故经过 某厂电焊工在12m高的金属结构上焊接，为安全起见，登高时带着尼龙安全带上去。在施焊过程中，安全带被角钢缠住。当他转身去解开时，尼龙安全带被高温的焊缝烧断，人从高处坠落，造成终身残废。 2.主要原因分析 安全带不符合安全要求。 实例19：无证操作 1.事故经过 某单位8层职工宿舍基建工地因电焊工请假，影响了施工，基建科副科长朱某着急，就自己顶替焊工焊接，他攀上屋架顶，在未挂安全带，又无助手帮助的情况下，也不戴面罩，左手扶着钢筋，右手抓焊钳，闭着眼睛施焊。但他毕竟不是焊工，终因焊接质量差，焊缝支持不住他的体重，而从12.4m高处坠落，当即死亡。 2.主要原因分析 (1)朱某不是焊工，焊接技术差，又未经安全技术培训。 (2)登高焊接未系安全带。 (3)地面上无人监护。 实例20：焊工在更换乙炔气瓶时引起着火 1.事故经过 某焊工因乙炔气瓶用空，换瓶时将气瓶卧放滚动到工作地点，即投入使用。因乙炔气瓶内丙酮流出而着火，焊工惊惶失措。 2.主要原因分析 (1)焊工严重违反《溶解乙炔气瓶安全监察规程》规定。 (2)使用前未竖立置放20min。 实例21：焊工在容器内焊接、错用氧气置换引起火灾
焊接结构作业2014
焊接结构作业1 1. 简述焊接结构的特点（优势与不足）。 2. 简述构件焊接性的含义，哪些因素影响构件焊接性？ 3. 比较电弧焊（MIG ）与电阻焊（点焊）过程中产热机构、散热机构和热量传递方式方面 的差异。 4. 哪些因素会影响MIG 过程产热及散热？ 焊接结构作业2 1. 举例说明焊接结构过程中涉及到几种热量传递方式。 2. 比较交流TIG 焊与电阻焊的有效热功率的差异。 3. 什么是焊接热循环？描述焊接热循环的参数有哪些？ 4. 请在典型焊接热循环曲线上标出各热循环参数并解释其意义。 5. 比较长段多层焊与短段多层焊的特点和使用范围。 焊接结构作业3 1. 什么是内应力?有什么特点? 2. 内应力的分类（作用范围划分）、温度应力产生原因。 3. 什么是自由变形、内部变形、外观变形？之间有什么关系？ 4. 画出低碳钢的屈服极限随温度的变化曲线。 5. 简述长板条中心加热条件下的变形及应力产生分布情况。 6. 长板条中心加热—冷却后残余应力的产生机理（过程） 焊接结构作业4 1. 长板条一侧加热—冷却后，残余应力的产生及分布情况。 2. 长板条一侧加热时变形及应力的演变过程。 3. 以低碳钢平板条中心焊接为例说明焊接温度场与对应高温时的应力分布情况。 4. 说明受拘束体在热循环中应力与变形的演变过程。（以低碳钢为例）分三种情况 焊接结构作业5 1. 某种钢材（（T s=960MPa的杆两端完全拘束的条件下温升多少才屈服？（注： E=210GPa, -6 a =1.2 X 10 ）。
2. 某种钢材（（T s=300MPa的杆两端完全拘束，环境温度为30C，问在均匀的加热的
芯片失效分析的原因(解决方案-常见分析手段)
芯片失效分析的原因（解决方案/常见分析手段） 一般来说，芯片在研发、生产过程中出现错误是不可避免的，就如房缺补漏一样，哪里出了问题你不仅要解决问题，还要思考为什么会出现问题。随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同一类问题是非常可怕的。本文主要探讨的就是如何进行有效的芯片失效分析的解决方案以及常见的分析手段。 失效分析失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及。它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析基本概念1.进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。 2.失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。 3.失效模式是指观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。 4.失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应力等。 失效分析的意义1.失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。 2.失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。 3.失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。 4.失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。 失效分析主要步骤和内容芯片开封：
半导体器件失效分析的研究
半导体器件失效分析的研究Research on Semiconductor Device Failure Analysis
中文摘要 半导体失效分析在提高集成电路的可靠性方面有着至关重要的作用。随着集成度的提高，工艺尺寸的缩小，失效分析所面临的困难也逐步增大。因此，失效分析必须配备相应的先进、准确的设备和技术，配以具有专业半导体知识的分析人员，精确定位失效位置。在本文当中，着重介绍多种方法运用Photoemission 显微镜配合IR-OBIRCH精确定位失效位置，并辅以多项案例。 Photoemission是半导体元器件在不同状态下（二极管反向击穿、短路产生的电流、MOS管的饱和发光，等等），所产生的不同波长的光被捕获，从而在图像上产生相应的发光点。Photoemission在失效分析中有着不可或缺的作用，通过对好坏品所产生的发光点的对比，可以为后面的电路分析打下坚实的基础，而且在某些情况下，异常的发光点就是最后我们想要找到的defect的位置。 IR-OBIRCH(Infrared Optical beam Induced Resistance Change)主要是由两部分组成：激光加热器和电阻改变侦测器。电阻的改变是通过激光加热电流流经的路径时电流或者电压的变化来表现的，因此，在使用IR-OBIRCH时，前提是必须保证所加电压两端产生的电流路径要流过defect的位置，这样，在激光加热到defect位置时，由于电阻的改变才能产生电流的变化，从而在图像上显现出相应位置的热点。 虽然Photoemission和IR-OBIRCH可以很好的帮助我们找到defect的位置，但良好的电路分析以及微探针(microprobe)的使用在寻找失效路径方面是十分重要的，只有通过Photoemission的结果分析，加上电路分析以及微探针(micr oprobe)测量内部信号的波形以及I-V曲线，寻找出失效路径后，IR-OBIRCH才能更好的派上用场。因此，在失效分析中，各个步骤缺一不可。 关键词：失效分析；Photoemission；IR-OBIRCH；微探针（microprobe）;
案例：焊接芯轴失效分析
汽车套筒/芯轴焊缝断口分析补充材料 某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件（芯轴）；另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。 图1 送检样品宏观形貌 图2 送检样品图1中的局部放大 A B A B
（a）焊缝正面（b）含完整焊缝试样的侧面 图3 含完整焊缝的试样 1. 送检焊缝 套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。 表1 27SiMn钢的化学成分（质量分数）（%） 试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu 保证值 0.24 ~0.32 1.1 ~1.4 1.1 ~1.4 ≤ 0.035 ≤ 0.035 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.25 表2 27SiMn钢的力学性能 试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z 一般值980 835 40 12 表3 20#钢化学成分（质量分数）（%） 试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu 保证值 0.17 ~0.24 0.35 ~0.65 0.17 ~0.37 ≤ 0.035 ≤ 0.035 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 表4 20#钢的力学性能 试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z 一般值370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。焊接采用Φ1.2焊丝
JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。 图3 芯轴套筒焊接结构形式剖面图 2. 试样制备及检测方法 从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口、金相试样、硬度试样和化学成分试样分别进行分析。断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R型型电子探针对断口形貌进行观察。金相试样制备是在金相砂纸上磨至2000#，然后抛光，洗净后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在VHX-600K型超景深三维显微系统下进行组织和宏观断口形貌观察。采用HVS-10ZC型硬度计对送检样品进行硬度测试。采用GP1000光谱分析仪器对送检的原材料进行化学成分分析。 3. 初步化学成分分析 利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分分
保证气体分析仪检测准确度,抑制零点漂移是关键
保证气体分析仪检测准确度，抑制零点漂移是关键 这是电子方面的术语，指当放大电路输入信号为零（即没有交流电输入）时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。这种现象就叫零点漂移（或称温漂）。 产生零点漂移的原因 产生零点漂移的原因很多，如电源电压不稳、元器件参数变化、环境温度变化等。其中最主要的因素是温度的变化，因为晶体管是温度的敏感器件，当温度变化时，其参数UBE、β、ICBO都将发生变化，最终导致放大电路静态工作点产生偏移。此外，在诸因素中，最难控制的也是温度的变化。 零点漂移对气体分析仪检测的影响 在直接耦合放大电路中，任何参数的变化，如电源电压波动、元件老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。由于前后级直接相连，前一级的漂移电压会和有用信号一起被送到下一级，而且逐级放大，使放大电路输出信号出现偏差，甚至不能正常工作。 气体分析仪的零点在正常环境中应该显示为000，由于气体分析仪的检测结果是通过传感器将环境中存在的被测气体转化成电信号后以浓度数值方式显示出来的，当出现零点漂移时，放大电路输出信号出现偏差，使分析仪显示浓度大于0，从而使气体分析仪的检测结果产生绝对误差。因此，一旦出现漂移，需要对气体分析仪进行校准。
什么叫零点校准？ 在无外界因素干扰的情况下，将仪器仪表测量界面调整为零，或者说是调到标准状态时的零值。 如何进行零点校准？ 1.硬件校准 这里的硬件主要指气体分析仪中的电路，在实际电路中常采用补偿和调制两种手段，稳定静态工作点以实现零点校准。 补偿及优化参数配置，是指用另外一个元器件来抵消放大电路的漂移，如果参数配合得当，就能把漂移抑制在较低的限度之内。前级的放大器引入的直流对整体的系统影响最大，通过手动调节分压网络的方式对前级放大器引入的直流进行补偿。后级运放则通过软件调节节另一分压网络的方式对后级可控增益放大级引入的直流进行补偿。 调制即优化电路设计，是指将直流变化量转换为其它形式的变化量（如正弦波幅度的变化），并通过漂移很小的阻容耦合电路放大，再设法将放大了的信号还原为直流成份的变化。 2.标气校准 标准气体属于标准物质，标准物质是高度均匀的，良好稳定和量值准确的测定标准，它们具有复现，保存和传递量值的基本作用，在物理，化学，生物与工程测量领域中用于校准测量仪器和测量过程，评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力，确定材料或产品的特性量值，进行量值仲裁等。气体分析仪在出厂前一般需要先用一个零点标气和几个标准浓度的气体对仪器进行标定，得到标准曲线储存于仪器之中。测定时，仪器将待测气体浓度产生的电信号同标准浓度的电信号进行比较，计算得到准确的气体浓度值。分析仪器在使用过程中，由于受到电压波动、元器件参数及环境温度变化的影响而出现零点漂移，则需要定期采用零点标气对分析仪进行零点校准，以保证气体分析仪测量的准确性。
电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效分析技术与案例 费庆学 二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h. American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。通过恶裂环境的试验。通过改进提高寿命。―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例b.可靠数学 第一部分：电子元器件失效分析技术（方法） 1．失效分析的基本的概念和一般程序。 A 定义： 对电子元器件的失效的原因的诊断过程 b.目的：0000000 c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得 d．失效机理：失效的物理化学根源 ――》失效的原因 1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形变质外来异物 很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。 漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器 局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和 al 互熔成为合金合金熔点更低） 塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质 失效机理 环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。 ， 2．失效机理的内容 I失效模式与环境应力的关系 任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度就会失效 如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效 b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命 c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化 e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力 塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。 f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当 II如何做失效分析 例：一个EPROM在使用后不能读写 1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。 2) 快始失效分析： 取NG&OK品，DataSheet， 查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试） 电源对地的待机电流下降 开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电 阻，电流减小。 原因：闩锁效应应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。 III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品 进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径
半导体器件失效分析与检测
半导体器件失效分析与检测 半导体元件的失效将直接影响相关产品的正常使用，文章主要就对半导体器件的失效原因进行了细致地分析并提出了几种检测的方法，供相关人士借鉴。 标签：半导体；器件；失效分析；检测 1 半导体器件失效分析 通过分析可知造成半导体器件失效的因素有很多，我们主要从几个方面进阐述。 1.1 金属化与器件失效 环境应力对半导体器件或集成电路可靠性的影响很大。金属化及其键合处就是一个不容忽视的失效源。迄今，大多数半导体器件平面工艺都采用二氧化硅作为掩膜钝化层。为在芯片上实现互连，往往在开窗口的二氧化硅层上淀积铝膜即金属化。 从物理、化学角度分析，金属化失效机理大体包括膜层张力、内聚力、机械疲劳、退火效应、杂质效应及电迁移等。 1.2 晶体缺陷与器件失效 晶体缺陷导致器件失效的机理十分复杂，有些问题至今尚不清楚。晶体缺陷分晶体材料固有缺陷（如微缺陷）和二次缺陷两类。后者是在器件制造过程中，由于氧化、扩散等热处理后出现或增殖的大量缺陷。两种缺陷或者彼此相互作用，都将导致器件性能的退化。二次击穿就是晶体缺陷招来的严重后果。 1.2.1 位错 这种缺陷有的是在晶体生长过程中形成的（原生位错），有的是在器件工艺中引入的（诱生位错）。位错易沿位错线加速扩散和析出，间接地促成器件劣化。事实证明，外表杂质原子（包括施主和受主）沿位错边缘的扩散比在完美晶体内快很多，其结果往往使P-N结的结平面不平整甚至穿通。鉴于位错具有“吸除效应”，对点缺陷如杂质原子、点阵空位、间隙原子等起到内部吸收的作用，故适量的位错反而对器件生产有利。 1.2.2 沉淀物 除位错造成不均匀掺杂外，外界杂质沾污也会带来严重后果，特别是重金属沾污，在半导体工艺中是经常发生的。如果这些金属杂质存在于固溶体内，其危害相对小一些；但是，一旦在P-N结处形成沉积物，则会产生严重失效，使反
√MOS器件及其集成电路的可靠性与失效分析
MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析（提要） 作者：Xie M. X. (UESTC ，成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多，有设计方面的，如材料、器件和工艺等的选取；有工艺方面的，如物理、化学等工艺的不稳定性；也有使用方面的，如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑，影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个：一是栅极氧化层性能退化；二是热电子效应；三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性，所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限（例如，对于集成电路一般要求在10年以上），在出厂前就需要进行所谓可靠性评估，即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 （1）可靠性评估： 对于各种元器件进行可靠性评估，实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间（MTTF ，mean time to failure ）的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据，往往遵从某种规律的分布，因此根据这些数据，由一定的分布规律出发，即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种，即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布： 若一个随机变量x 的对数服从正态分布，则该随机变量x 就服从对数正态分布；对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21 )(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布；如果x 是正态分布 的随机变量，则exp(x)为对数分布；同样， 如果y 是对数正态分布，则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布： 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的，能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响，而且具 有递增的失效率，所以，将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的；而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数，故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比，Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布