Linear_IC_可靠性测试及失效分析

1会计学Linear_IC_可靠性测试及失效分析可靠性测试及失效分析2022-3-1522022-3-1531.前言前言 质量（Quality）和可靠性（Reliability）是IC产品的生命，好的品质及使用的耐力是一颗优秀IC产品的竞争力所在。在做产品验证时我们往往会遇到三个问题，验证什么，如何去验证，哪里去验证，验证后的结果分析(Failure analysis), 如何进行提高(Improvement). 解决了这些问题，质量和可靠性就有了保证，制造商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地使用产品。 本文中将介绍可靠性的定义,测试方法和标准, 失效机理以及失效分析方法。2022-3-1542022-3-155质量与可靠性的相关性l质量提高，器件的一致性变好(如参数分布等)l器件的一致性更好，可靠性则更均匀(uniform)。l质量缺陷的问题被解决，则该缺陷引起的可靠性失效则不 会发生。l更进一步说，高质量等于高可靠性。 2022-3-1562022-3-1572022-3-1582022-3-159失效率曲线示意图失效率曲线示意图 (Bathtub curve)TimeFailureRateInfant MortalityProduct Life TimeWear Out Commercial5 yearsIndustrial10 yearsAutomotive10-20 yearsCustomVarious随机失效早期失效有用寿命期磨损失效2022-3-15102022-3-1511TierTypical Application Use-TimePower-On HoursExamples of Typical ApplicationsCommercial5 yearsPart timePCs, consumer electronics, portable telecom products, PDAs, etc.Industrial 10 yearsPart time / Full timeInstalled telecom equipment, work stations, servers, warehouse equipment, etc.Automotive10-20 yearsPart time /Full time“under the hood”, drive train control, or safety equipment CustomVariousPart time / Full timeApplications with specific customer requirements2022-3-15122022-3-15132022-3-1514可靠性测试可靠性测试2022-3-15152022-3-15162022-3-15172022-3-15182022-3-15192022-3-1520Confidence Level=60%,Sample size=77,Failure allowed: 1 ,Ea=0.7 eV1255515055Test TimeFailure RateLife TtmeTest TimeFailure RateLife Ttme168 hours2020 FIT0.7 years168 hours599 FIT2 years500 hours674 FIT2 years500 hours201 FIT7 years1000 hours337 FIT4 years1000 hours100 FIT14 years2000 hours169 FIT8 years2000 hours50 FIT28 years2022-3-15212022-3-15222022-3-15232022-3-15242022-3-15252022-3-15262022-3-15272022-3-15282022-3-1529LEADRESIN MATERIALCHIPINTERNAL WIREPENETRATION THROUGH THE RESIN MATERIALINTERFACE PENETRATIONPenetration paths of water into a plastic encapsulated IC2022-3-15302022-3-15312022-3-15322022-3-15332022-3-15342022-3-15352022-3-1536失效分析失效分析2022-3-15372022-3-1538VI闩锁效应电源对地的IV曲线2022-3-1539Al穿钉VIVI正常PN结反向曲线微等离子击穿PN结反向曲线2022-3-15402022-3-15412022-3-1542)(00ttAeMMkTEt（M是温度敏感参数，E是与失效机理有关的激活能）kTEAedtdM（十度法则：从室温开始，每提高10度，寿命减半）CdtdMLkTEBLAeLkTEln11TBlnL21T产品平均寿命的估算2022-3-15432022-3-1544应力类型 试验方法可能出现的主要失效模式或机理电应力静电、过电、噪声MOS器件的栅击穿、双极型器件的PN结击穿、功率晶体管的二次击穿热应力高温储存金属半导体接触的Al-Si互溶，欧姆接触退化，PN结漏电、AuAl键合失效低温应力 低温存储芯片断裂低温电应力 低温工作热载流子注入高低温应力 高低温循环芯片断裂、芯片粘接失效热电应力 高温工作金属电迁移、欧姆接触退化机械应力 振动、冲击、加速度芯片断裂、引线断裂辐射应力 X射线辐射、中子辐射电参数变化、软错误、CMOS电路的闩锁效应气候应力 高湿、盐雾外引线腐蚀、金属化腐蚀、电参数漂移应力类型与元器件失效模式或机理的关系举例应力类型与元器件失效模式或机理的关系举例2022-3-15452022-3-15462022-3-1547431功能失效 Ref-Anode 电流偏大2022-3-15482022-3-1549REFAnodeCathode 左图是开盖后看到的结果，与上面的猜测相符。 输出管击穿是各种失效模式的原因。2022-3-1550名称应用优势主要原理X射线透视技术(X-Ray)以低密度区为背景，观察材料的高密度区的密度异常点（主要用来判定引线断裂）透视X光被样品局部吸收后成像的异常反射式扫描声学显微术（CSAM）以高密度区为背景，观察材料内部空隙或低密度区（主要用来判定封装内的空隙和芯片粘接失效）超声波（5100MHz)遇空隙受阻反射2022-3-1551红色区域为芯片与L/F之间有空隙X-rayC-SAM2022-3-1552仪 器 名 称真 空 条 件样 品 要 求理 论 空 间分 辨 率最 大 放大 倍 数景 深光 学 显 微镜无开 封3 6 0 n m1 2 0 0 小扫 描 电 子显 微 镜高 真 空开 封 、 去钝 化 层5 n m5 0 万大2022-3-1553 光学显微镜 SEM2022-3-15542022-3-15552022-3-1556灵敏区温度各向同性各向异性临界温度2022-3-15572022-3-15582022-3-15592022-3-15602022-3-1561分析项目特性分析项目特性（Item)Item)X X射线能谱分析（射线能谱分析（EDAXEDAX）俄歇电子能谱（俄歇电子能谱（AugerAuger）二次离子质谱二次离子质谱（SIMSSIMS）傅立叶红外光谱傅立叶红外光谱（FTIRFTIR）分析深度分析深度1 15um5um表面表面2nm2nm表面表面1 110mm10mm灵敏度灵敏度0.10%0.10%0.10%0.10%PPMPPMPPTPPTPPMPPM分析信息分析信息元素元素元素元素元素元素/ /分子分子分子分子空间分辨率空间分辨率10nm10nm15nm15nm0.30.30.5um0.5um2mm2mm辐射源辐射源电子束电子束电子束电子束离子束离子束红外光红外光2022-3-1562硅胶内异物硅胶内异物 X射线能谱分析（射线能谱分析（EDAX）结果）结果20k电子伏特2022-3-15632022-3-15642022-3-15652022-3-15662022-3-1567Questions?2022-3-15682022-3-1569质量与可靠性的相关性l质量提高，器件的一致性变好(如参数分布等)l器件的一致性更好，可靠性则更均匀(uniform)。l质量缺陷的问题被解决，则该缺陷引起的可靠性失效则不 会发生。l更进一步说，高质量等于高可靠性。 2022-3-1570TierTypical Application Use-TimePower-On HoursExamples of Typical ApplicationsCommercial5 yearsPart timePCs, consumer electronics, portable telecom products, PDAs, etc.Industrial 10 yearsPart time / Full timeInstalled telecom equipment, work stations, servers, warehouse equipment, etc.Automotive10-20 yearsPart time /Full time“under the hood”, drive train control, or safety equipment CustomVariousPart time / Full timeApplications with specific customer requirements2022-3-15712022-3-15722022-3-1573431功能失效 Ref-Anode 电流偏大2022-3-15742022-3-1575