工藝與器件的可靠性分析ppt(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生 試驗(yàn)方法： 試驗(yàn)條件與掃頻震動(dòng)試驗(yàn)基本相同，其加速度值一般小于 20G，振動(dòng)頻率在 20~2023Hz范圍內(nèi)隨時(shí)間按對(duì)數(shù)變化，在從 20Hz到 2023Hz在回到 20Hz的時(shí)間為 30分鐘，規(guī)定在三個(gè)互相垂直的方向上各掃一次，包括與樣品表面垂直的方向。 （ 4） . 隨機(jī)震動(dòng)試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模?檢測(cè)被試樣品在隨機(jī)激勵(lì)下抵抗隨機(jī)震動(dòng)的能力 試驗(yàn)方法 ： 模擬各種現(xiàn)代環(huán)境條件下可能產(chǎn)生的震動(dòng)，隨機(jī)震動(dòng)的振幅具有高斯分布，加速度譜的密度與頻率的關(guān)系是特定的，頻率范圍在幾十到 2023Hz。 試驗(yàn)時(shí)間： 1， ， 3,6， 9， 12， 36（ h) 也稱碰撞試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 考察樣品在運(yùn)輸、碰撞、跌落的過(guò)程中不同程度的外載荷重復(fù)碰撞下的抗疲勞能力或評(píng)估其結(jié)構(gòu)的完整性。 試驗(yàn)在碰撞臺(tái)上進(jìn)行。可在三個(gè)互相垂直的反方向進(jìn)行， 對(duì)于結(jié)構(gòu)良好的器件，在加速度達(dá) 100g 的碰撞沖擊下很少失效。 碰撞速率為每分鐘 40~80次，加速度等級(jí)和碰撞總次數(shù)如下： 加速度： 10, 15, 25, 40, 50, 75， 100G 總碰撞次數(shù)： 1000, 2023， 4000， 6000, 10000（ ?10） 3. 沖擊試驗(yàn) 離心加速度試驗(yàn)就是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)樣品產(chǎn)生恒定的離心加速度的一種試驗(yàn)。又稱為穩(wěn)定加速度試驗(yàn)。離心加速度可以用下式計(jì)算： 式中， n 轉(zhuǎn)速， R旋轉(zhuǎn)半徑。 G重力加速度 )G(Rn. RnRa 2222 4894 ?????試驗(yàn)?zāi)康?： 確定電子元器件在溫恒加速度作用下的承受能力，評(píng)估其結(jié)構(gòu)的牢度與可靠性 試驗(yàn)在離心機(jī)上進(jìn)行，改變加速度的大小就相當(dāng)于改變給予芯片或鍵合點(diǎn)的拉力。粘片、鍵合不良的器件就能剔除。 4. 離心加速度試驗(yàn) 一般電子器件在實(shí)際使用時(shí)承受的離心加速度并不大，只有飛機(jī)起飛、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)向、火箭發(fā)射時(shí)有高的加速度。其數(shù)值可以達(dá)到 10~200G。持續(xù)時(shí)間即使秒到幾分鐘，戰(zhàn)斗機(jī)的加速度考慮人的承受力，一般控制在 10G內(nèi)，但高速炮彈的旋轉(zhuǎn)速率高達(dá) 2023r/s, 裝在離中心5cm 處得器件將承受 2222G的離心加速度。 對(duì)于普通使用的半導(dǎo)體器件，只要通過(guò) 100G的離心加速度試驗(yàn)就可滿足要求，而且，在 1000G內(nèi)器件出現(xiàn)失效的可能性較小，所以，對(duì)軍品等高使用要求的半導(dǎo)體器件，國(guó)際上常用 20230G~30000G的離心加速度試驗(yàn)，其目的不是模擬實(shí)際使用環(huán)境，而是檢驗(yàn)并篩選掉芯片欠佳，或內(nèi)引線與鍵合點(diǎn)強(qiáng)度較差的器件。 由于離心加速度試驗(yàn)是逐漸加大的“靜態(tài)”應(yīng)力，破壞性較小，對(duì)于粘片、鍵合良好的器件，一般不會(huì)受到損傷。它的加速度等級(jí)和試驗(yàn)時(shí)間如下： 加速度： 5, 10， 15， 25, 50， 100， 10000， 20230(G) 試驗(yàn)時(shí)間： 1， 2， 5， 10（ min) 老化試驗(yàn)也叫老練試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模?剔除早期失效的元器件 試驗(yàn)原理： 在一定的環(huán)境溫度下較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)器件連續(xù)施加一定的電應(yīng)力，通過(guò)電 熱應(yīng)力的綜合作用來(lái)加速器件內(nèi)部的各種物理 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，促使隱藏于器件內(nèi)部的各種潛在缺陷及早暴露，從而達(dá)到剔除早期失效產(chǎn)品的目的。 老化篩選的作用： 對(duì)器件工藝制造過(guò)程中的一系列缺陷如：表面沾污、焊接不良、溝道漏電、硅片裂紋、氧化層缺陷和局部發(fā)熱點(diǎn)等都有較好的篩選效果；對(duì)于無(wú)缺陷的元器件，老化也可促使其電參數(shù)穩(wěn)定。 老化篩選方法 即在室溫下老化。半導(dǎo)體的 pn結(jié)在正偏打通狀態(tài)，器件老化所需熱應(yīng)力是通過(guò)器件本身所消耗的電功率轉(zhuǎn)換而來(lái)。由于器件在老化時(shí)，受到熱、電的綜合作用，器件內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程被加速使其潛在缺陷提前暴露并被盡在剔除。這種老化方式不需高溫設(shè)備，且操作簡(jiǎn)單，被普遍采用。在器件的安全工作范圍內(nèi)，可以適當(dāng)加大老化功率（提高器件結(jié)溫），可以收到更好的效果，并縮短老化時(shí)間。 為了是老化得到滿意的效果。應(yīng)當(dāng)注意： 1. 老化設(shè)備應(yīng)當(dāng)有良好的防自激震蕩措施； 2. 老化時(shí)，器件電壓的增加和減少，應(yīng)當(dāng)緩慢，防止電壓變 化產(chǎn)生較大的脈沖，損壞器件； 3. 老化后要在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)測(cè)量器件參數(shù)， 否則，老化中超差的部分參數(shù)會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的值； 4. 為保證晶體管能在所能承受的最高結(jié)溫下老化，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè) 量晶體管熱阻。 對(duì)集成電路來(lái)說(shuō)，由于其工作電流和電壓都受到較大限 制自身的結(jié)溫溫升很小，如不提高環(huán)境溫度，很難達(dá)到有效 老化所需的溫度。因此，常溫靜態(tài)功率老化只在部分集成電 路（數(shù)字電路、線性電路）中應(yīng)用。 2. 高溫靜態(tài)功率老化 它與常溫靜態(tài)功率老化在加電方式、試驗(yàn)電路形式等方面都相同，差別是環(huán)境溫度不同。因?yàn)榄h(huán)境溫度較高，集成電路的結(jié)溫就可達(dá)到很高的溫度。所以，一般講，高溫功率老化的效果比常溫功率老化的效果好。 我國(guó)軍用集成電路和其它電子元器件標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定必須進(jìn)行高溫功率老化。具體條件是： 在產(chǎn)品規(guī)定的額定電源電壓、額定負(fù)載、輸入信號(hào)及線路進(jìn)行老化，老化溫度： 125oC?3oC。 老化時(shí)間： 168 h(可根據(jù)需要確定） 老化過(guò)程中每 8小時(shí)測(cè)試一次參數(shù)。民品的功率老化條件可減低。 結(jié)溫的近似計(jì)算 在熱阻未知的情況下，結(jié)溫的近似計(jì)算方法如下： 1. 二極管和晶體管 2. a. 小功率 晶體管 Tj = TA+30 （ oC) 3. 二極管 Tj = TA+20 b. 中功率 晶體管 Tj = Tc+30 二極管 Tj = Tc+20 Tj ,Tc, TA 分別為結(jié)溫、管殼溫度與環(huán)境溫度 2. 集成電路 a. 門數(shù)不大于 30 或晶體管數(shù)不大于 120個(gè)（存儲(chǔ)器除外） Tj = TA+10 （ oC) b. 門數(shù)大于 30， 或晶體管數(shù)大于 120個(gè)，包括存儲(chǔ)器 Tj = TA+25 （ oC) c. 低功耗 TTL及 MOS電路 門數(shù)不大于 30或晶體管數(shù)不大于 120 Tj = TA+5 （ oC) 門數(shù)大于 30或晶體管數(shù)大于 120 Tj = TA+13 （ oC) 3. 高溫反偏老化 在高溫反偏老化中，對(duì)電子器件的 pn結(jié)加的是反偏電壓，器件內(nèi)部只有很小的反向電流，幾乎不消耗功率。這種老化方式對(duì)剔除有表面效應(yīng)缺陷的器件特別有效，因而在一些反向應(yīng)用的半導(dǎo)體器件的老化試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。 4. 高溫動(dòng)態(tài)老化 高溫動(dòng)態(tài)老化主要針對(duì)數(shù)字電路。這種老化方式是在被老化器件的輸入端由脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，是器件不停地處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，它很接近與器件的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)。 高溫老化試驗(yàn)電路有串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)兩種試驗(yàn)電路。 串聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)電路 又稱環(huán)形計(jì)數(shù)器電路。特點(diǎn)是：把全部受試器件的輸入、輸出端串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)電路。由于前級(jí)得輸出就是后級(jí)的輸出，即后一級(jí)就是前級(jí)的負(fù)載，從而無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào)和外加負(fù)載，所以設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是任一級(jí)器件失效，整個(gè)環(huán)形震蕩器中斷工作，試驗(yàn)停止，直到更換失效損壞器件后，試驗(yàn)才重新開始。 并聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)的電路 特點(diǎn)是：試驗(yàn)器件與激勵(lì)電源并聯(lián)，每個(gè)被試器件都能單獨(dú)有外加開關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)，每個(gè)被試器件的輸出端都可結(jié)一個(gè)模擬最大值的負(fù)載，避免了串聯(lián)老化時(shí)一個(gè)器件失效，整個(gè)試驗(yàn)停止的缺點(diǎn)。 高溫動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)條件： 在最高額定工作電壓和最高額定溫度下老化 168 ~240小時(shí)，如軍用器件可選擇 100~168小時(shí)，宇航器件 240小時(shí)，而民用器件通常只用幾個(gè)或十幾個(gè)小時(shí)。 無(wú)源器件的老化： 對(duì)電阻電容的等無(wú)源器件，通常彩玉偶那個(gè)高溫老化，即 在電容器最高額定工作溫度下施加額定電壓，持續(xù) 96~100h,剔除因介質(zhì)缺陷導(dǎo)致的短路、擊穿等。另外也能剔除電解液泄漏，對(duì)沒(méi)有瑕疵的電容，也能因老化消除介質(zhì)中的內(nèi)應(yīng)力使容量穩(wěn)定。電阻的高溫老化能剔除電阻薄膜缺陷等產(chǎn)生的失效。 2. 目的：考核外引線接受低熔點(diǎn)焊接的能力。 3. 原理：在給定條件下，將經(jīng)過(guò)水汽老化預(yù)處理的元器 4. 件外引線浸入規(guī)定組分規(guī)定溫度的融錫中，經(jīng) 5. 過(guò)規(guī)定時(shí)間后，檢查外引線的涂錫能力。 6. 設(shè)備：焊料槽、水汽老化室、焊劑、焊錫、溫度計(jì)、 7. 焊接夾具等 8. 可能暴露缺陷：外引線可焊性差。 目的：考核元器件外引線在拉力、扭矩、彎曲、疲勞應(yīng)力 作用下的引線牢固性和封裝密封性。 原理：讓外引線承受一定的拉力、扭矩、彎曲、疲勞應(yīng) 力，若外引線出現(xiàn)裂紋、斷裂、引線與基體間出現(xiàn) 裂紋、斷開等現(xiàn)象，則表明該引線的強(qiáng)度不高，引 線焊接不牢或密封性不好。從而判斷其外引線的牢 固性與封裝密封性。 可能暴露的缺陷：外引線的牢固性與封裝密封性。 6. 密封性試驗(yàn) ； ； ； ； ； 6. 示蹤氣體氦細(xì)檢漏試驗(yàn) 濕熱試驗(yàn) 1. 恒定濕熱試驗(yàn) 2. 目的：檢驗(yàn)器件在高溫高濕條件工作或存儲(chǔ)的能力 3. 原理： 器件在恒溫、恒濕條件下，水汽借助溫度以擴(kuò)散、 4. 熱運(yùn)動(dòng)、毛細(xì)呼吸等作用進(jìn)入封裝器件內(nèi)部，從而 5. 加速金屬材料的腐蝕和絕緣材料的老化，此外還會(huì) 6. 引起器件參數(shù)的變化。 7. 2. 交變濕熱試驗(yàn) 8. 目的：檢測(cè)器件在交變的高溫高濕條件下的適應(yīng)能力 9. 原理：高溫和高濕能顯著加強(qiáng)水汽進(jìn)入封裝內(nèi)部的能力，比 10. 恒溫濕熱試驗(yàn)的條件更加惡劣。 7 特殊試驗(yàn) 1. x射線檢查試驗(yàn) 2. 目的： 用非破壞性的方法檢測(cè)器件封裝內(nèi)部的缺陷，特別是密封工藝帶來(lái)的外來(lái)物質(zhì)、錯(cuò)誤的內(nèi)引線連接、芯片附著材料中的空隙等內(nèi)部缺陷。 3. X射線檢測(cè)是非破壞性的，有雙重作用：可用作失效分析；在制造過(guò)程中用來(lái)檢驗(yàn)金屬與塑料組裝工藝，剔除工藝有缺陷產(chǎn)品。是國(guó)外半導(dǎo)體器件廠的系統(tǒng)檢測(cè)手段。 4. 原理： 透過(guò)材料的 x 射線強(qiáng)度隨材料的吸收系數(shù)和厚度衰減， x 射線檢測(cè)是根據(jù)樣品不同部位對(duì) x射線的吸收率和透射率的不同，利用不同部位對(duì)透射 x射線強(qiáng)度的檢測(cè)比較，來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷。 5. 設(shè)備： x射線檢測(cè)儀 可檢測(cè)缺陷： 芯片粘片、引線損傷、引線形狀、焊接質(zhì)量、 封裝異物和封裝密封性等各種缺陷。 2. 超聲掃描顯微分析 目的： 利用超聲波反射模式的聲學(xué)成像原理，非破壞性地查找元器件封裝存在的物理缺陷 原理： 利用超聲波波長(zhǎng)短、直線傳播，在任何界面都會(huì)反射、碰到空氣 100%反射的性質(zhì)，使由超聲換能器產(chǎn)生的5200MHz的超聲波，經(jīng)聲學(xué)透鏡聚焦，由耦合介質(zhì)傳到樣品，透射進(jìn)樣品并被樣品內(nèi)部的某個(gè)界面反射，形成回波，通過(guò)回波收集、處理、鎖定回波界面，掃描成超聲圖像，發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)部的缺陷。該方法在材料分析方面有其他技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，能觀察到無(wú)法用顯微鏡發(fā)現(xiàn)的缺陷，能提供 x射線無(wú)法得到的高襯度觀察，特別能應(yīng)用於不適合用破壞性物理分析的場(chǎng)合。 可能暴露的缺陷 a 模塑化合物與引線框架、芯片基座間的分層； b 模塑化合物的空洞和裂紋 c 芯片粘結(jié)材料中的未粘結(jié)區(qū)域和空洞等 此外還有掃描電鏡分析、俄歇電子能譜分析等 靜電損傷、防護(hù)與試驗(yàn) 1. 靜電的產(chǎn)生 2. 對(duì)器件有影響的靜電的產(chǎn)生主要是摩擦和感應(yīng)。 3. 當(dāng)兩種具有不同電子化學(xué)勢(shì)或費(fèi)米勢(shì)的材料互相接觸時(shí)，電子將從化學(xué)勢(shì)高的材料相化學(xué)勢(shì)地的材料轉(zhuǎn)移，在分離時(shí)，總有部分轉(zhuǎn)移電子來(lái)不及返回原來(lái)材料，從而造成這兩種原來(lái)電中性的材料帶電。對(duì)絕緣體，電荷總是分布在外表面，而帶電量的多少，即電位的高低與材料及分離的快慢有關(guān)。當(dāng)兩種材料摩擦?xí)r，是多次接觸 分離的過(guò)程，摩擦面積大、分離速度快，靜電電位就高。實(shí)際測(cè)量表明，摩擦產(chǎn)生的靜電電位可以高達(dá)幾百到幾千伏。 4. 靜電電位的高低還與表面潔凈度、環(huán)境濕度、接觸壓力等有關(guān)。 人體的靜電可來(lái)源于活動(dòng)和靜電感應(yīng) 。 人體與衣服、鞋襪、地板、工具、桌椅等接觸時(shí)，可以產(chǎn)生很高的靜電壓。 人體活動(dòng) 靜電