半导体器件可靠性

半导体器件的可靠性可归纳如下：

• 半导体设备对杂质和颗粒非常敏感。 因此，要制造这些设备，必须管理许多过程，同时准确控制杂质和颗粒的水平。 成品质量取决于半导体中每种相互作用物质的多层关系，包括金属化、芯片材料（半导体材料列表）和封装。
• 必须充分理解微工艺和薄膜的问题，因为它们适用于金属化和引线键合。 还需要从薄膜的角度分析表面现象。
• 由于技术的快速进步，许多新设备是使用新材料和新工艺开发的，并且由于非经常性工程限制以及上市时间问题，设计日历时间有限。 因此，不可能以现有设备的可靠性为基础进行新设计。
• 为了实现规模经济，半导体产品需要大量生产。 此外，完成的半导体产品的修理是不切实际的。 因此，在设计阶段纳入可靠性并在生产阶段减少变化变得至关重要。
• 半导体设备的可靠性可能取决于组装、使用、环境和冷却条件。 影响设备可靠性的应力因素包括气体、灰尘、污染、电压、电流密度、温度、湿度、机械应力、振动、冲击、辐射、压力以及磁场和电场强度。

影响半导体可靠性的设计因素包括：电压、功率和电流降额； 亚稳定性； 逻辑时序余量（逻辑模拟）； 时序分析； 温度降额； 和过程控制。

通过多种方法保持半导体的高可靠性。 洁净室控制杂质，过程控制控制处理，老化（极端情况下的短期操作）以及探测和测试减少逃逸。 探针（晶圆探针）在封装之前通过连接到测试设备的微型探针测试半导体芯片。 最终测试测试封装的设备，通常是预烧和后预烧的一组参数，以确保运行。 在半导体引入市场之前，通过在半导体的鉴定阶段应用一组压力测试来识别工艺和设计弱点。 G。 根据 AEC Q100 和 Q101 压力资格。 零件平均测试是一种统计方法，用于识别和隔离可靠性故障概率较高的半导体芯片。 该技术将在规格范围内但超出该总体正态分布的特征识别为不适合高可靠性应用程序的风险异常值。 基于测试仪的零件平均测试品种包括参数零件平均测试（P-PAT）和地理零件平均测试（G-PAT）等。 在线零件平均测试 (I-PAT) 使用来自生产过程控制检查和计量的数据来执行异常值识别功能。

结合强度测量以两种基本类型进行：拉力测试和剪切测试。 两者都可以破坏性地完成，这是更常见的，或非破坏性的。 当需要极高的可靠性时，例如在军事或航空航天应用中，通常会使用非破坏性测试。

电子半导体器件的失效机制分为以下几类

• 材料相互作用引发的机制。
• 压力诱发机制。
• 机械诱发的故障机制。
• 环境诱发的故障机制。

• 场效应晶体管栅极金属下沉
• 欧姆接触退化
• 频道降级
• 表面态效应
• 封装成型污染——封装化合物中的杂质会导致电气故障

• 电迁移——芯片中材料的电感应运动
• 倦怠——局部压力过大
• 热电子俘获——由于功率 RF 电路中的过载
• 电应力 – 静电放电、高电磁场 (HIRF)、闩锁过电压、过电流

• 模具断裂 – 由于热膨胀系数不匹配
• 芯片连接空洞 - 制造缺陷 - 可使用扫描声学显微镜进行筛查。
• 蠕变引起的焊点失效