電子設備可靠性工程報告

1、電子設備可靠性工程報告班級：05091101班 學號：05091010號 姓名：楊永旺摘要：本學期選修了電子設備可靠性工程，對這項科學有了更深的了解，進 一步了解了本學科在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究上的重要性。從學習的專業(yè)上進一步應 用到今后的工作中。電子科學與技術專業(yè)中，我們要有更多的可靠性分析，對于 研究和生產(chǎn)中，需要對研究的成果進行進一步的分析，得出可行性結論，才能在 更好地生產(chǎn)，才能驗證產(chǎn)品真正的性能。集成電路當中存在很多不確定因素，需 要我們進行可行性分析，進行可靠性驗證。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子設備 和系統(tǒng)的可靠性問題越來越重要。我國在可靠性研究方面雖起步較晚，但從發(fā)達 國家的經(jīng)驗中，

2、也從自己的教訓中充分認識到可靠性研究工作的重要性，近年來開 展了大量的基礎工作，已經(jīng)為電子產(chǎn)品的設計人員提供了進行可靠性設計的條 件。作為電子科學與技術專業(yè)的學生我們有必要進一步升入了解電子機械的可靠 性技術。引言：可靠性的定義是系統(tǒng)或元器件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成 規(guī)定功能的能力。從集成電路的誕生開始，可靠性的研究測試就成為IC設計、 制程研究開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)中的一個重要部分。Jack Kilby在1958年發(fā)明了集成電 路，第一塊商用單片集成電路在1961年誕生；1962年9月26日，第一屆集成 電路方面的專業(yè)國際會議在美國芝加哥召開。當時會議名稱為“電子學失效物理 年會”；196

3、7年,會議名稱改為“可靠性物理年會”；1974年又改為“國際可靠性物 會議”(IRPS)并延續(xù)至今。IRPS已經(jīng)發(fā)展成集成電路行業(yè)的一個盛會，而可靠性 也成為橫跨學校研究所及半導體產(chǎn)業(yè)的重要研究領域。在世界各國中，美國的可靠性工程發(fā)展居領先地位，特別是它的軍用標準對 各國的影響極大。同時隨著我國科學技術的發(fā)展，可靠性工程在我國的發(fā)展也逐 步加快，在國際上占有一席之地。我國集成電路也在進一步發(fā)展，但是在這一過 程中可靠性的問題也進一步凸顯，下面我們經(jīng)進一步針對我國的電子電路可靠性 的發(fā)展與應用進一步進行論述，從而從中發(fā)現(xiàn)些問題，為以后的工作提供給一些 幫助！提高產(chǎn)品的可靠性有以下幾方面的重要意義

4、。提高產(chǎn)品的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其是避免災難性的 事故發(fā)生，從而保證人民生命財產(chǎn)安全。1986年1月28日，美國航天飛機“挑 戰(zhàn)者”號由于1個密封圈失效，起飛76s后爆炸，其中7名宇航員喪生，造成12 億美元的經(jīng)濟損失；1992年，我國發(fā)射“澳星”時，由于一個小小零件的故障，使“澳星”發(fā)射失敗，造成了巨大的經(jīng)濟損失和政治影響。提高產(chǎn)品的可靠性，能使產(chǎn)品總的費用降低。要提高產(chǎn)品的可靠性，首 先要增加費用，以選用較好的元部件，研制包括部分冗余功能部件的容錯結構以 及進行可靠性設計、分析、實驗，這些都需要經(jīng)費。提高產(chǎn)品的可靠性，可以減少停機時間，提高產(chǎn)品可用率，一臺設備可 以頂幾臺設

5、備的工作效率。對于企業(yè)來講，提高產(chǎn)品的可靠性，可以改善企業(yè)信譽，增強競爭力， 擴大產(chǎn)品銷路，從而提高經(jīng)濟效益。展，集成電路的可 整的、系統(tǒng)的體 可靠性、產(chǎn)品可靠 可靠性評估采用 電路中制程相關 Mechanism )進行 使用在芯片切割 的測試結構來進經(jīng)過四十多年的發(fā) 靠性評估已經(jīng)形成了完 系，整個體系包含制程 性和封裝可靠性。制程 特殊設計的結構對集成 的退化機理(Wearout 測試評估。例如，我們 道(Scribe Line)上的上行 HCI ( Hot Carrier Injection)和 NBTI (Negative Bias Temperature Instability) 測試

6、，對器件的可靠性進行評估。產(chǎn)品可靠性和封裝可靠性是利用真實產(chǎn)品或特殊設計的具有產(chǎn)品功能的 TQV (Technology Qualification Vehicle)對產(chǎn)品設計、制程開發(fā)、生產(chǎn)、封裝中的 可靠性進行評估?？煽啃远x中“規(guī)定的時間”即常說的“壽命”。根據(jù)國際通用標準，常用電子 產(chǎn)品的壽命必須大于10年。顯然，我們不可能將一個產(chǎn)品放在正常條件下運集 成電路可靠性介紹行10年再來判斷這個產(chǎn)品是否有可靠性問題。可靠性評估采 用“加速壽命測試”(Accelerated Life Test, ALT) 把樣品放在高電壓、大電流、高 濕度、高溫、較大氣壓等條件下進行測試，然后根據(jù)樣品的失效機

7、理和模型來推 算產(chǎn)品在正常條件下的壽命。通常的測試時間在幾秒到幾百小時之內(nèi)。所以準確 評估集成產(chǎn)品的可靠性，是可靠性工作者一個最重要的任務。當測試結果表明某 一產(chǎn)品不能滿足設定的可靠性目標，我們就要和產(chǎn)品設計、制程開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn) 部門一起來改善產(chǎn)品的可靠性，這也是可靠性工作者的另一重要職責。當產(chǎn)品生 產(chǎn)中發(fā)生問題時，對產(chǎn)品的可靠性風險評估是可靠性工作者的第三個重要使命。 為了達成這三項使命，我們必須完成以下6個具體工作：研究理解產(chǎn)品失效機理和壽命推算模型；設計和優(yōu)化測試結構；開發(fā)和選擇合適的測試設備、測試方法和程序；掌握可靠相關的統(tǒng)計知識，合理選擇樣品數(shù)量和數(shù)據(jù)分析方法；深入了解制程參數(shù)和可靠

8、性之間的關系；掌握失效分析的基本知識，有效利用各種失效分析工具。這6個方面的工作相互影響依賴。對失效機理和生產(chǎn)制程的理解是最基本的， 只有理解，才能設計出比較合適的測試結構，選擇適當?shù)臏y試與數(shù)據(jù)分析方法， 并采用合適的壽命推算模型，以做出準確的壽命評估。只有深入理解制程參數(shù)和 失效機理之間的互相關系，才能有效地掌握方向、訂下重點、分配資源，來改善 產(chǎn)品的可靠性。集成電路可靠性面臨的挑戰(zhàn)九十年代以來，集成電路技術得到了快速發(fā)展，特征尺寸不斷縮小，集成度和 性能不斷提高。為了減小成本，提高性能，集成電路技術中引入大量新材料、新 工藝和新的器件結構。這些發(fā)展給集成電路可靠性的保證和提高帶來了巨大挑

9、戰(zhàn)。1)隨著特征尺寸的縮小，工藝中的一些關鍵材料已接近物理極限，其失效模 型發(fā)生了改變，這對測試方法以及壽命評估都帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。同時，一部分 失效機理的可靠性問題變得非常嚴重。例如NBTI報道于1966年，對較大尺寸 的半導體器件，其對性能影響并不大；然而隨著器件尺寸的減小，加在柵極氧化 層上的電場越來越高，工作溫度也相應提高，器件對工作閥值電壓越來越敏感， NBTI已成為影響集成電路可靠性的關鍵問題。2 )新材料和新工藝的引入導致了新的可靠性問題。例如為了減小金屬互連對 器件速度的延遲，低k和超低k介質(zhì)被引入到金屬互連制程中。由于其機械、電 學和熱學性能遠遠低于傳統(tǒng)的二氧化硅材料，Vbd

10、(Breakdown Voltage)和TDDB (Time Dependant Dielectric Breakdown)壽命，以及由低k材料和高密度倒裝芯片 封裝引起的新失效機理CPI (Chip Package Interaction)已成集成電路可靠性的制 約因素。3 )尺寸的縮小和集成度的提高對可靠性的測試帶來了挑戰(zhàn)。尺寸縮小導致 對ESD(Electrostatic Discharge)變得更加敏感。封裝測試中的E S D問題會嚴 重影響可靠性評估的成功率和準確性。集成度的提高也使一些常規(guī)可靠性評估因 時間變長而顯得非常困難。如4G Flash記憶體的傳統(tǒng)100K耐久性測試會超過2 千小時，嚴重影響新制程可靠性評估的及時