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電子元器件信賴性設 計与評价技術 品保實驗室 日期 2003/05/20 一、信賴性設計技術 1、信賴性設計遵循的基本原理 2、信賴性設計的基本依據 3、信賴性設計的基本程序 4、信賴性設計的主要指標 5、集成電路可靠性設計的基本內容 6、耐電應力設計技術 7、耐熱應力設計技術 8、耐機械應力設計技術 * 1、可靠性設計遵循的基本原理 (1) 、充分了解產品在全壽命周期內存在的主要實效模式和 基本原理. (2) 、必須將產品的可靠性要求轉化成明確的、定量化的可 靠性設計指標. (3) 、必須將可靠性設計貫穿与產品設計的各個方面和全過 程. (4) 、從實際出發采用當今國外成熟的新技術、新結構、新 工藝. (5) 、在滿足可靠性指標的情況下盡量簡化,避免複雜的結構 帶來的可靠性問題. * 2、可靠性設計的基本依據 (1) 合同書、研制任務書或技術協議. (2) 產品考核所遵循的技術標准. (3) 產品在全壽命周期內將遇到的應力條件(環境應 力和工程應力). (4) 產品的實效模式分布,其中主要的和關鍵的失效 模式及机理分析. (5) 定量化的可靠性設計指標. (6) 生產(研制)線的生產條件、工藝能力、質量保証 能力. * 3、可靠性設計的基本程序 (1) 分析、确定可靠性設計指標,並對該指標的必要性 和科學性等進行論証. (2) 制定可靠性設計方案. (3) 可靠性設計方案論証. (4) 設計方案的實施与評估,主要包括線路、版圖、工 藝、封裝結構、評价電路等的可靠性設計,以及對設 計結果的評估. (5) 樣品試制及可靠性評价試驗. (6) 樣品制造階段的可靠性設計評審. (7) 通過試驗与失效分析來改進設計,實現產品的可靠 性增長,直到達到可靠性指標. (8) 最終可靠性設計評審. (9) 設計定型. * 4、可靠性設計的主要指標 (1) 穩定性設計指標. (2) 极限性設計指標 (3) 可靠性定量指標 (4) 應控制的主要失效模式 * 5、集成電路可靠性設計的基本內容 (1) 線路可靠性設計 (2) 版圖可靠性設計 (3) 工藝可靠性設計 (4) 封裝可靠性設計 (5) 可靠性評价電路設計 * 6、耐電應力設計技術 (1) 抗電遷移設計 (2) 抗閂鎖效應設計 (3) 防靜電放電效應設計 靜電放電(ESD)失效可以是熱效應,也可以是電效應,這 取決于半導体集成電路承受外界過電應力的瞬間以及器件 對地的絕緣程度.若器件某一引出端對地短路,則放電瞬間 產生電流的脈沖,形成焦耳熱,這就屬于熱效應.若器件与地 不接触,沒有直接電流通路,將儲存電荷傳到器件,放電瞬間 表現為產生過電壓導致介質擊穿或表面擊穿,這就是屬于靜 電效應. (4) 防熱載流子效應設計. * 7、耐熱應力設計技術 (1) 熱應力引起的失效可以分為下兩种情況: A.由于高溫引起的失效 B.溫度劇烈變化引起的失效 (2) 熱應力設計方法 A.管芯熱設計 B.封裝鍵合熱設計 C.管腳熱設計 D.為了保証半導体集成電路能正常地、長 期地工作,必須規定一個最高允許結溫 * 8、耐機械應力設計技術 耐機械應力可靠性設計的兩种主要方法: A.使半導体集成電路的固有頻率移出振源和設備的振動 頻率 B.對于半導体集成電路的工作環境有可能發生共振時,應 在設計時做出适當的加固減振及隔离措施. * 1、可靠性試驗的目的 2 、可靠性試驗的內容与分類 3 、可靠性篩選 4 、壽命試驗 5 、加速壽命試驗 6 、快速可靠性評价技術 二、可靠性評价技術 * 1、可靠性試驗的目的 可靠性試驗是評价產品可靠性水平的重要手段 (1) 通過試驗來确定電子元件的可靠性特性值 (2) 通過可靠性鑒定試驗,可以全面考核電子元件是否達到預 定的可靠性指標 (3) 通過各种可靠性試驗,了解產品在不同的工作,環境下的失 效規律,模擬失效模式,搞清失效机理,以便采取有效措施, 提高產品可靠性 * 2、可靠性的內容与分類 (1).可靠性試驗的內容 注:TEG(test clement group) * 儲存試驗 正常壽命試驗 篩選 現場試驗 模擬試驗 破坏試驗 非破坏試驗 壽命試驗 工作試驗 极限試驗 儲存試驗 環境試驗 正常使用試驗 遞增老化試驗 強制老化試驗 加速壽命試驗 可靠性試驗 2、可靠性的內容与分類 (2).可靠性試驗的分類 * 3、可靠性篩選 (1) 篩選目的 提高批產品的可靠性 (2) 可靠性篩選的特點 A.通過可靠性篩選剔除具有潛在缺陷的早期失效產品 B.可靠性篩選是100%的試驗,而不是抽樣檢驗 C.可靠性篩選本身不能提高產品的固有可靠性 (3) 失效模式与篩選方法的關系 * 4、壽命試驗 壽命試驗是評价分析產品壽命的特征量的試驗. (1) 長期儲存壽命試驗 儲存壽命試驗是指模擬電子產品在規定環境條件下,處于 非工作狀態時,評价其存放壽命的試驗 (2) 長期工作壽命試驗 工作壽命試驗是指模擬電子產品在規定條件下,加上負荷 使之處于工作狀態時,評价其工作壽命的試驗,試驗周期在 1000小時以上的稱為長期工作壽命試驗 * 5、加速壽命試驗 加速壽命試驗是指用加大應力的方法促使樣品在短期內失效, 以預測在正常工作條件或儲存條件下的可靠性 (1) 加速壽命試驗的理論依據 1. 以溫度應力為加速變量的加速方程 由Arrhenius總結的經驗公式如下: dM/dt=Ae(-Ea/KT) 式中:dM/dt為化學反應速率 A:常數 Ea:引起失效或退化過程的激活能 K:玻爾滋曼常數 T:絕對溫度 2. 以電應力為加速變量的加速方程 t=1/kvc 式中, t:微電路的壽命 K,C:常數 V:施加在微電路上的電應力 (2) 加速壽命試驗的种類 施加于電子元器件的加速應力方式有恆定應力加速,周期應 力加速,序進應力加速和步進應力加速四种.* 6、快速可靠性評价技術