半導(dǎo)體元器件失效的主要五個原因匯總解析
日期：2021-04-27 16:04:37 瀏覽量：2625 標簽: 元器件失效
半導(dǎo)體器件的失效通常是因為產(chǎn)生的應(yīng)力超過了它們的最大額定值。 電氣應(yīng)力、熱應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力、輻射應(yīng)力、機械應(yīng)力及其他因素都會造 成器件失效。器件失效會存在于產(chǎn)品的整個生命周期，如果缺乏對各個階段失效信息及失效器件的收集，失效分析工作將失去必要的“物質(zhì)”基礎(chǔ)。因此，開展失效分析，必須首先在開發(fā)、生產(chǎn)、工程等階段建立失效信息和失效器件的收集制度。下面帶來半導(dǎo)體元器件失效主要五個原因匯總解析！
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1.元器件的設(shè)計
先進特征尺寸節(jié)點上，芯片老化是個日益嚴重的問題，但到目前為止，大多數(shù)設(shè)計團隊都沒有必要處理它。隨著新的可靠性要求在汽車等市場的提出，這些需要對影響老化的因素進行全面分析，這將發(fā)生重大變化。
人們通常都知道半導(dǎo)體器件會隨著時間的推移逐漸老化，但對于老化機制或?qū)е滦酒У闹萍s因素卻毫不知情。此外，根據(jù)應(yīng)用的不同，對器件的最短壽命有確定的要求。
對于消費類設(shè)備可能是2或3年，對于電信設(shè)備可能長達10年。鑒于老化過程復(fù)雜且通常難以完全預(yù)測，如今許多芯片設(shè)計經(jīng)常采取冗余設(shè)計的方法，以確保足夠的余量來滿足可靠壽命工作的要求。
老化和可靠性是模擬設(shè)計師面臨的挑戰(zhàn)。今天的設(shè)計可能不會在明天運行，因為這些設(shè)計可能會發(fā)生降級，目前最重要的是必須確保滿足市場所有老化和可靠性的要求。
2.元器件的制造
半導(dǎo)體器件的制造涉及到測量僅幾納米的結(jié)構(gòu)。作為參照，人類DNA鏈直徑為2.5nm，而人頭發(fā)直徑則為80，000至100，000nm。一粒塵埃可以摧毀晶圓片上的幾個裸片。
如果裸片的尺寸變大，隨機失效的可能性就會增加。對于成熟的工藝節(jié)點，產(chǎn)率可能在80%到90%之間。然而，對于較新的節(jié)點，產(chǎn)率可能大大低于50%，盡管實際數(shù)字是嚴格保密的。
隨著設(shè)計逐漸演變成采用先進封裝的深亞微米技術(shù)，現(xiàn)有的仿真工具和設(shè)計方法無法很好地反映變化及其對可靠性的影響。這會導(dǎo)致設(shè)計流程出現(xiàn)漏洞，從而導(dǎo)致一些失敗。設(shè)計流程越來越多地允許在開發(fā)早期就考慮到變化，以最大限度地減少其影響，而冗余等設(shè)計技術(shù)可以減少需要丟棄的“幾乎可以工作”的芯片的數(shù)量。
3.ESD保護
通常，芯片會包含ESD保護，如果給芯片外部施加0.5V電壓，那么在1nm的介質(zhì)上產(chǎn)生0.5mV/m的電場。這足以導(dǎo)致高壓電弧。對于封裝內(nèi)的單個裸片，他們的目標是2kJ這樣的標準。
即使在運行期間，ESD事件也可能導(dǎo)致問題。在便攜式電子產(chǎn)品中，ESD可以導(dǎo)致許多類型的軟錯誤。在ESD事件期間，電源供電網(wǎng)絡(luò)(PDN)上可能會引起噪聲，原因在于某些IC(振蕩器IC、CPU和其他IC)的靈敏度，或是PDN的場耦合。
4.磁場對半導(dǎo)體影響
隨著智能手機、平板電腦終端的多功能化，其所需要的電源電壓也涉及多種規(guī)格，因此電源電路用電感器的使用數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢。電源電路用一體成型電感的要求小尺寸且支持大電流，并且在智能手機等一些使用電池的設(shè)備中要求損耗低。
因此，EMS是人們不得不擔心的新問題。能量注入測試是從150kHz開始注入1W能量，一直到1GHz。在每個頻率，你會向系統(tǒng)注入1W的能量。如果你沒有足夠的保護，就會沿著路徑進入芯片內(nèi)部電路造成破壞，或者引腳上的電壓可能過高，如果電壓太高，就會產(chǎn)生過電應(yīng)變。
5.開關(guān)電源
現(xiàn)在電源行業(yè)已從前三四年的市場低迷中走了出來，但開關(guān)電源市場競爭日趨激烈，我國電源企業(yè)僅僅依靠低成本制造在世界市場上已無優(yōu)勢可言，與此同時，國外功率半導(dǎo)體供應(yīng)商在電源行業(yè)的地位進一步加強。
雖然市場發(fā)展形勢被看好，但是在過去十多年，中國開關(guān)電源企業(yè)依靠低成本優(yōu)勢，生產(chǎn)那些符合全球知名OEM企業(yè)質(zhì)量和性能參數(shù)要求的產(chǎn)品，為取得成功，中國電源企業(yè)在眾多環(huán)節(jié)上做投資，越來越多的半導(dǎo)體生產(chǎn)商都采用嵌入式電源來降低產(chǎn)品成本，也使得功率越來越高。
芯片在惡劣環(huán)境中運行，在產(chǎn)品的生命周期中還面臨很大的挑戰(zhàn)，但是隨著制造尺寸變小以及采用新的封裝技術(shù)時，又會有新的影響產(chǎn)生，也就直接導(dǎo)致了器件性能研發(fā)的失敗。
