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(1) 選擇對某些失效模式和失效机理反映敏感的結構和參數. (2) 改進對成品的檢驗,提高到在研制,生產過程中對微電路芯片開展實時檢測和改進的加速壽命試驗等. (3) 利用計算机仿真技術,針對特定的失效模式与机理,建立模擬軟件的可靠性信息采集系統.*