微電子器件可靠性可靠性試驗07-使用可靠性08課件

1、 第七章 可靠性試驗 微電子器件可靠性1哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 第七章 可靠性試驗 7.1 可靠性試驗的分類及內(nèi)涵 可靠性試驗：提高產(chǎn)品可靠性（老煉和篩選試驗）； 考核產(chǎn)品可靠性（例行試驗）； 評價產(chǎn)品可靠性（壽命試驗）； 分析產(chǎn)品可靠性（失效分析試驗） 通稱為可靠性試驗7.1.1 可靠性試驗的分類 1. 試驗?zāi)康模?工程可靠性試驗提高產(chǎn)品固有可靠性（可靠性增長試驗；失效分析試驗；篩選試驗） 統(tǒng)計可靠性試驗評價產(chǎn)品可靠性水平（可靠性鑒定試驗；可靠性定級試驗；例行試驗；可靠性維持試驗；可靠性驗收試驗）2哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.1 可靠性試驗的分類及內(nèi)涵 可靠性試驗：提高產(chǎn)微電子器件可靠性可

2、靠性試驗07-使用可靠性08課件微電子器件可靠性可靠性試驗07-使用可靠性08課件老煉試驗和篩選試驗 二者均屬于工序范疇。共同特點：產(chǎn)品100%進行 A.老煉試驗?zāi)康氖鞘巩a(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)進入穩(wěn)定狀態(tài)，以便使產(chǎn)品在工作狀態(tài)下具有設(shè)計者賦予的穩(wěn)定功能。一般加長時間的溫度應(yīng)力或電應(yīng)力，或者兩者兼之。 B. 篩選試驗?zāi)康氖翘蕹缓细窈驮缙谑Мa(chǎn)品，使其處于浴盆曲線的早期失效期與偶然失效期的交界。5哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)老煉試驗和篩選試驗5哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)模擬試驗和現(xiàn)場試驗 A. 將產(chǎn)品置于實用的現(xiàn)場，考核其可靠性，稱為現(xiàn)場試驗。數(shù)據(jù)真實性好，費用高，時間長。 B. 將產(chǎn)品在實際使用中受的應(yīng)力分解

3、為諸如熱、電、機械振動、加速度等單應(yīng)力。模擬這些應(yīng)力，施加于被測樣品進行的試驗稱為模擬試驗。 為了使模擬試驗更接近現(xiàn)場使用的應(yīng)力，有時將幾種單應(yīng)力同時施加于被測樣品復(fù)合應(yīng)力試驗。設(shè)備昂貴。 機械、溫度、濕度、低氣壓四應(yīng)力試驗設(shè)備 機械、溫度、濕度、電四應(yīng)力試驗設(shè)備6哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)模擬試驗和現(xiàn)場試驗 6哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)例行試驗、質(zhì)量一致性檢驗和可靠性驗收試驗。 a. 例行試驗是生產(chǎn)廠為了監(jiān)視所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性而進行的一種常規(guī)試驗。 b. 質(zhì)量一致性檢驗是產(chǎn)品提交用戶前必須進行的可靠性試驗。是否符合采購標(biāo)準(zhǔn)或訂貨合同的驗證試驗。 微電路的質(zhì)量一致性檢驗共分為A、B、C、D、E

4、五個試驗組。 A組試驗內(nèi)容為各種狀態(tài)下（如靜態(tài)、動態(tài)、開關(guān)態(tài)）不同溫度條件下的電參數(shù)測試 7哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)例行試驗、質(zhì)量一致性檢驗和可靠性驗收試驗。 7哈工大電子 B組試驗內(nèi)容是與裝配封裝和芯片有關(guān)的試驗。如抗溶性試驗、可焊性試驗、鍵合強度試驗等。 C組是與芯片有關(guān)的試驗。 D組是與封裝有關(guān)的試驗。 E組用于抗輻射強度。 c. 可靠性驗收試驗是用戶接收產(chǎn)品前所做的驗證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性是否符合合同要求的驗證試驗。（用戶行為）8哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可靠性鑒定試驗、可靠性定級試驗和可靠性維持試驗 A. 可靠性鑒定試驗： 產(chǎn)品可靠性鑒定試驗（考核產(chǎn)品是否達標(biāo)了

5、） 工藝（材料）可靠性鑒定試驗（預(yù)定的可靠性要求） B. 可靠性定級試驗：有些產(chǎn)品有可靠性指標(biāo)，即失效率等級或平均無故障時間要求，為確定失效率等級所做的試驗。 C. 為了證實產(chǎn)品已確定的失效率等級的時間有效性，按規(guī)定的周期要做可靠性維持試驗。9哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)可靠性鑒定試驗、可靠性定級試驗和可靠性維持試驗9哈工大電子科7.2 環(huán)境試驗、機械試驗、電磁試驗 7.2.1 環(huán)境試驗 與氣候條件、輻照條件和生物條件有關(guān)的應(yīng)力試驗。穩(wěn)定性烘培，即高溫存儲試驗 目的是考核在不施加電應(yīng)力的情況下，高溫存儲對產(chǎn)品的影響。有缺陷的產(chǎn)品在高溫下會加速其表征。隨溫度成指數(shù)增加。試驗條件：75400，24h以

6、上。由于非平衡向平衡過渡，試驗前后樣品置于標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境中，2510；氣壓86106kPa10哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.2 環(huán)境試驗、機械試驗、電磁試驗 7.2.1 環(huán)境試驗溫度循環(huán)試驗 目的是考核產(chǎn)品承受一定溫度變化速率的能力及對極端高溫和極端低溫環(huán)境的承受能力。試驗條件：轉(zhuǎn)換時間大于1min，高溫或低溫保持時間不小于10min，低溫-55 -65，高溫85300熱沖擊試驗 目的是考核產(chǎn)品承受溫度劇烈變化，即承受大溫度變化速率的能力。條件：轉(zhuǎn)換時被測樣品在5min內(nèi)達到溫度；在高溫或低溫狀態(tài)下的停留時間要不小于2min;高低溫條件為三檔：A檔為0100 ；B檔為-55125 ；C檔為-651

7、5011哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)溫度循環(huán)試驗11哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)低氣壓試驗 目的是考核產(chǎn)品對低氣壓工作環(huán)境（高空工作環(huán)境），氣壓減?。嚎諝饣蚪^緣材料絕緣材料強度減弱；散熱條件變差。 2510，密封室從常壓降到規(guī)定氣壓再恢復(fù)到常壓，所施加電壓的頻率為直流30MHz。 A檔氣壓值是58kPa，對應(yīng)海拔4572m；E檔氣壓值是1.1kPa，對應(yīng)海拔30480m。12哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)低氣壓試驗12哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)耐濕試驗 潮濕或炎熱條件下抗衰變能力 腐蝕、水氣 潮熱試驗：交變潮熱試驗和恒定潮熱試驗 交變潮熱試驗：樣品置于相對濕度90%100%范圍內(nèi)，用一定時間（一般2.5h）使

8、溫度從25上升到65 ，保持3h，然后再在相對濕度80%100%范圍內(nèi)用一定時間（一般2.5h）使溫度從65下降到25 。 再進行一次這樣的循環(huán)后在任意濕度下溫度降到-10，保持3h，恢復(fù)到25溫度，相對濕度 80%狀態(tài)。這就完成一次交變潮熱的大循環(huán)，需要24h。13哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)耐濕試驗 13哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)鹽霧試驗 目的是以加速的方法評定元器件外露部分在鹽霧、潮濕和炎熱條件下抗腐蝕能力 試驗溫度353 ，在24h內(nèi)鹽淀積速率2*104mg/m2 5*104mg/m2，時間分四擋： 24h、48h、96h、240h14哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)鹽霧試驗 目的是以加速的方法評定

9、元器件外露部分在鹽霧、潮濕輻照試驗 目的是考核微電路在高能粒子輻照環(huán)境下的工作能力。電子輻照、 射線輻照15哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)輻照試驗15哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)壽命試驗 目的是考核產(chǎn)品在規(guī)定條件下，在全過程工作時間內(nèi)的質(zhì)量和可靠性。 穩(wěn)態(tài)壽命試驗：樣品施加適當(dāng)?shù)碾娫?，處于正常的工作狀態(tài)。125 、1000h（可以提高溫度而縮短時間） 間歇壽命試驗：以一定的頻率對被試微電路切斷或突然施加偏壓和信號 模擬壽命試驗：是一種模擬微電路應(yīng)用環(huán)境的組合試驗。組合應(yīng)力有機械、溫度、濕度、低氣壓（或電）16哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)16哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 7.2.2 機械試驗恒定加速度試驗 目的：

10、考核微電路承受恒定加速度的能力。可以暴露由微電路結(jié)構(gòu)強度低和機械缺陷引起的失效。如，芯片脫落、內(nèi)引線開路、管殼變形、漏氣等。試驗條件：不同方向施加大于1min的恒定加速度（49000m/s2 1225000m/s2 ）。機械沖擊試驗 目的：考核微電路承受機械沖擊能力。即承受突然受力的能力。裝卸、運輸。試驗條件：微電路殼應(yīng)剛性固定在試驗臺基上，各方向施加五次正弦波的機械沖擊脈沖。沖擊脈沖的峰值范圍：4900m/s2 294000m/s2，持續(xù)時間0.1ms 1.0ms。17哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 7.2.2 機械試驗17哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)機械振動試驗 目的：考核微電路在不同振動條件下的結(jié)

11、構(gòu)牢固性和電特性的穩(wěn)定性。 掃頻振動試驗：等輻振動，加速度峰值一般分為196m/s2、490m/s2、686m/s2，振動頻率20 2000Hz范圍內(nèi)隨時間按對數(shù)變化，20Hz2000Hz20Hz的時間不小于4min，空間垂直的三個方向（其中一個與芯片垂直）各進行5次。 18哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)機械振動試驗 18哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 振動疲勞試驗：等幅振動，頻率固定幾十到幾百Hz，加速度峰值196m/s2、490m/s2、686m/s2，空間垂直的三個方向各進行一次，每次32h。 隨機振動試驗：振動幅度為高斯分布。頻率幾十2000Hz。 振動噪聲試驗：等幅振動，加速度一般不小于196m

12、/s2，頻率20 2000Hz范圍內(nèi)隨時間按對數(shù)變化，20Hz2000Hz20Hz的時間不小于4min，空間垂直的三個方向各進行1次。微電路施加規(guī)定的電壓和電流。19哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)19哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)鍵合強度試驗 目的：檢驗微電路（封裝內(nèi)部的）內(nèi)引線和芯片與封裝體內(nèi)外引線端鍵合強度。 非破壞性：垂直芯片方向，拉鍵合線，從0到80%鍵合力規(guī)定值。 破壞性：垂直芯片方向，力加到鍵合力斷裂芯片附著強度試驗 目的：考核芯片與管殼或基片結(jié)合的機械強度。 芯片與基片/底座附著強度試驗：垂直方向 芯片與基片/底座剪切力試驗：結(jié)合力方向 20哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)鍵合強度試驗20哈工大電子

13、科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與外引線有關(guān)的試驗 目的：考核微電路外引線質(zhì)量粒子磁撞噪聲檢測試驗 目的：檢驗微電路空腔體內(nèi)是否存在可動多余物 21哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)21哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 7.2.3 電磁試驗靜電放電試驗（Electrostatic Discharge） 目的：考核微電路承受靜電放電的能力。方法：模擬人體、設(shè)備或器件放電的電流波形，按規(guī)定的組合及順序?qū)ξ㈦娐返母饕龆朔烹姡瑢ふ椅㈦娐樊a(chǎn)生損傷的閾值靜電放電電壓。電磁脈沖試驗 檢驗微電路抗磁的干擾能力。功率老化試驗 微電路施加最大使用電壓。觀察器件在工作狀態(tài)下最大功耗。一般不低于108h。22哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 7.2.3 電磁

14、試驗22哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.3 可靠性篩選7.3.1 可靠性篩選的目的 目的：剔除具有潛在缺陷的早期失效產(chǎn)品，從批產(chǎn)品中挑選出高可靠性產(chǎn)品。 各工序的質(zhì)量檢驗、成品半成品的電參數(shù)測試都為可靠性篩選。7.3.2 篩選方法簡介檢查篩選 目視或顯微鏡檢查。紅外線掃描非破壞性篩選，x射線非破壞篩選。密封性篩選 檢漏篩選、溫度試驗。23哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.3 可靠性篩選7.3.1 可靠性篩選的目的23哈工大電壽命篩選 高溫貯存、高溫工作、功率老化篩選。環(huán)境應(yīng)力篩選 振動加速度、離心加速度、機械沖擊試驗、溫度循環(huán)試驗7.3.3 篩選順序確定原則費用低在先 不易出問題的放在后面24哈工大電子

15、科學(xué)與技術(shù)專業(yè)壽命篩選 24哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.4 抽樣理論7.4.1 概述評價產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性 兩種方法： 逐個檢測：可靠度高、費時費力，有些情況無法采用。如產(chǎn)品平 均壽命，檢測完，產(chǎn)品全廢了。 抽樣：省時、省經(jīng)費、可信度差。抽樣 A. 目的：決定成批產(chǎn)品是否合格；在產(chǎn)品制造過程中監(jiān)視生產(chǎn)是否穩(wěn)定。 B. 分類：計數(shù)抽樣：從批量中抽出一定數(shù)量的樣品進行試驗/檢驗，依據(jù)樣品中的不合格數(shù)來制定整批產(chǎn)品是否合格。計量抽樣：對抽取樣品參數(shù)值進行統(tǒng)計，由統(tǒng)計結(jié)果來判斷整批產(chǎn)品是否合格。25哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.4 抽樣理論7.4.1 概述25哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專7.4.2 計數(shù)抽樣試驗

16、/檢驗方案原理 抽樣試驗/檢驗樣品的抽取方法、數(shù)量、接收判據(jù)構(gòu)成計數(shù)抽樣試驗/檢驗方案（抽取方案）。抽取方案和批產(chǎn)品不合格率決定該批產(chǎn)品被接收的概率。 表征批接收概率與批產(chǎn)品不合格率關(guān)系的曲線稱抽驗特性曲線，又稱接收概率曲線（OC）OC（operating characteristic）曲線與函數(shù) 抽樣特性曲線、工作特性曲線、接收概率曲線 A. 超幾何分布 設(shè)某批產(chǎn)品有N個，不合格率為p，不合格品總數(shù)可表示為K=Np，從該N個產(chǎn)品中抽取n個，則出現(xiàn)k個樣品不合格的概率為 （7.1） 當(dāng)N遠(yuǎn)大于n（N/n10），p較小時（pp1時，則認(rèn)為這批產(chǎn)品質(zhì)量很差，p1為批允許不合格率，又稱極限水平。但當(dāng)

17、p=p1時，使用者仍有接收產(chǎn)品的概率L(p1)= ， 稱為使用方風(fēng)險率。抽樣風(fēng)險 29哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)抽樣風(fēng)險29哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.4.3 計數(shù)抽樣方案的制定一次計數(shù)抽樣方案的確定 根據(jù)一次檢查結(jié)果判定整批產(chǎn)品是否合格。 首先供需雙方共同確定可接收質(zhì)量水平p0，極限水平p1，使用方風(fēng)險和生產(chǎn)方風(fēng)險 ，則 L(p1)= （7.3） L(p0)=1- （7.4） 若抽樣符合超幾何分布，（7.2）中的K分別用P1N、p0N代替，再分別代人（7.3）、（7.4）得方程組30哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.4.3 計數(shù)抽樣方案的制定30哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)二次計數(shù)抽樣 一次抽樣雖然較為

18、簡單，但在要保證誤判的概率較小時，即、較小，則需要很大的被檢驗樣品數(shù)。圖7.331哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)31哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)計數(shù)序貫抽樣方案 不規(guī)定抽樣次數(shù)，在每次抽樣后均不強求作出接受或拒絕的結(jié)論，而且保留繼續(xù)抽樣的機會，更能節(jié)省樣品數(shù)量。 序貫抽樣 每次抽樣后計算得到相應(yīng)的C、n，如果C、n滿足區(qū)，繼續(xù)抽樣；如果滿足區(qū)，合格；如果滿足區(qū)，不合格。32哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)計數(shù)序貫抽樣方案32哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.5 試驗方案的制定方法 7.5.1 項目的選擇基本項目的選擇 作用是為試驗提供參考數(shù)據(jù)和信息。如，位電路在額定溫度范圍內(nèi)室溫、高溫、低溫下電特性測量、密封性試驗等

19、。目的性項目的選擇 是針對特定的失效機理或模式及應(yīng)用條件進行的。如針對芯片脫落選擇芯片結(jié)合強度試驗。航空用芯片的低氣壓試驗。相關(guān)項目的選擇 有些試驗項目之間有相關(guān)性，要同時選擇。 例如，外引線強度試驗后可能對密封性有影響。33哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.5 試驗方案的制定方法 7.5.1 項目的選擇33哈工 7.5.2 試驗條件 破壞性: 非破壞性：不應(yīng)使微電路形成新的缺陷 靜電損傷是積累性的，試驗總是破壞性的7.5.3 試驗順序 兩條原則：非破壞性的試驗在前。如電性能試驗在前，機械性能試驗在后，否則可能因機械性能試驗芯片的內(nèi)引線開路，而無法獲得電性能數(shù)據(jù)。 前提性試驗在前，非前提性試驗在后。

20、例如，密封性檢查要在水汽含量檢查之前進行，漏進去的，封進去的?34哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 7.5.2 試驗條件34哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.5.4 試驗判據(jù) 給出明確的判據(jù)。7.5.5 抽樣 試驗方案的抽樣要確定兩個問題： a. 母體數(shù)（N），抽樣數(shù)（n），不合格判據(jù)數(shù)（c） 以及抽樣方法。 b.母體的組成 同一批，不同一批 完整試驗方案中還包括對試驗儀器設(shè)備及測試數(shù)據(jù)誤差的具體要求。35哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.5.4 試驗判據(jù)35哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA） 7.6.1一般要求： DPA是通過微觀物理手段確定產(chǎn)品質(zhì)量的一種分析檢驗方法 。 目的：驗證電子元

21、器件的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、材料和工藝質(zhì)量是否滿足預(yù)定用途或有關(guān)規(guī)范的要求。由于某些項目必須解剖樣品進行，因此分析檢驗的性質(zhì)是破壞性的。1. 應(yīng)進行DPA的元器件 進行DPA的目的，是驗證電子元器件能否滿足預(yù)定使用要求。根據(jù)DPA的結(jié)果促使元器件的生產(chǎn)廠改進工藝和加強質(zhì)量控制，使使用者最終能得到滿足使用要求的元器件。因此，對所使用的元器件都可酌情進行DPA試驗。 電阻器、電容器、濾波器、開關(guān)、電連接器、繼電器、線圈變壓器、石英晶體壓電元件、集成電路、光電器件、聲表面波器件36哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA） 7.6.1一般要求：367.6 破壞性物理分析（DPA）2. DPA試驗

22、依據(jù) 根據(jù)不同的元器件類型選擇不同的試驗項目和標(biāo)準(zhǔn)。 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)： GB4589.1-89半導(dǎo)體分立器件和集成電路總規(guī)范. GJB548A-96微電子器件試驗方法和程序 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了微電子器件統(tǒng)一的試驗方法、控制和程序，包括為確定對自然因素和條件的抗損壞能力而進行的基本環(huán)境試驗；物理和電試驗；設(shè)計、封裝和材料的限制；標(biāo)志的一般要求；工作質(zhì)量和人員培訓(xùn)程序；以及為保證這些器件滿足預(yù)定用途的質(zhì)量與可靠性水平而必須采取的其他控制和限制37哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）2. DPA試驗依據(jù)37哈7.6 破壞性物理分析（DPA）3. DPA不合格批處理 批次性缺陷是由于設(shè)計、制

23、造過程的差錯所造成的，或者由于驗收試驗、進貨檢驗和儲存等過程的差錯所造成的，并在同一批多個器件上重復(fù)出現(xiàn)的缺陷。有批次性缺陷評價為不合格批。而檢驗出缺陷或者不能確定是否為缺陷，該批評價為可疑批。每一種缺陷應(yīng)加以拍照、測量并在DPA報告中說明。1.對可疑批地處理 1）如果第一次樣品分析無明確結(jié)論，懷疑設(shè)備或者操作有問題時，應(yīng)在該DPA批次中補充或重新抽樣做DPA再分析 2）如對試驗結(jié)果不能確定是否為合格時，應(yīng)組織有關(guān)專家進行會診。38哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）3. DPA不合格批處理37.6 破壞性物理分析（DPA）2.對不合格批地處理 1）如果缺陷屬于可篩選缺陷，

24、應(yīng)對該DPA批次進行百分之百重新篩選。篩選合格后允許重新抽樣做DPA。 2）如果缺陷屬于批次性缺陷，該DPA批次應(yīng)報廢或退貨。 3）如果缺陷屬于非批次性缺陷，而且有缺陷的樣品數(shù)量為一只時，可在原抽樣數(shù)量上加倍抽樣分析。如果再次出現(xiàn)缺陷應(yīng)報廢或退貨。7.6.2工作程序1.DPA抽樣 DPA樣品應(yīng)在生產(chǎn)批或采購批中隨機抽取，并按DPA的不同用途規(guī)定相應(yīng)的抽樣方案。DPA用于批質(zhì)量一致檢驗時，抽取方案應(yīng)以產(chǎn)品規(guī)范為準(zhǔn)。39哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）2.對不合格批地處理39哈7.6 破壞性物理分析（DPA）2.試驗項目 外部目檢；X射線檢查；顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）（

25、適用于密封空腔結(jié)構(gòu)）；密封檢測（適用于密封空腔結(jié)構(gòu)）；內(nèi)部水汽含量分析（適用于密封空腔結(jié)構(gòu)）；開封；內(nèi)部目檢；結(jié)果檢驗；建合強度檢驗；掃描電子顯微鏡檢查（必要時）；芯片剪切試驗；剝層和/或剖面檢查（適用時）3.DPA數(shù)據(jù)記錄4. DPA信息采集5. DPA報告40哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）2.試驗項目 外部目檢；7.6 破壞性物理分析（DPA）7.6.2DPA主要項目基本要求1）外部目檢 其目的是檢驗已封裝元器件的外部質(zhì)量是否符合要求，檢查其標(biāo)志、外觀、封口封裝、鍍層等外部質(zhì)量是否符合要求。如該項不合格，可通過對整批器件進行針對性檢驗篩選剔除有缺陷的器件。該項檢驗

26、是非破壞性的。2）X射線檢查，內(nèi)部多余物、內(nèi)引線開路或短路、芯片焊接（粘接）空洞等內(nèi)部缺陷。但難以檢查鋁絲的狀況，該項檢驗是非破壞性3）顆粒碰撞噪聲檢測（PIND試驗），檢查器件封裝腔體內(nèi)有無可動的多余物。是非破壞性的。如不合格也可通過對整批器件進行針對性篩選剔除有缺陷的器件。4）密封性試驗，檢查氣密性封裝器件的封裝質(zhì)量是否符合要求。如該項不合格，也可通過對整批器件進行針對性篩選剔除有缺陷的器件。屬非破壞性。41哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）7.6.2DPA主要項目基7.6 破壞性物理分析（DPA）5）內(nèi)部氣氛分析，定量檢測密封器件封裝內(nèi)部的水汽含量。內(nèi)部水汽含量超標(biāo)

27、一般是批次性的。屬破壞性分析。6）內(nèi)部目檢，檢查器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料和生產(chǎn)工藝是否符合相關(guān)的要求。該項對器件的開封技術(shù)與檢查技術(shù)均要求較高。檢出缺陷是否批次性，需對缺陷的種類認(rèn)真分析后才能確定整批器件可否使用。7）掃描電子顯微（SEM）檢查，主要用于判斷器件芯片表面互聯(lián)金屬化層的質(zhì)量，還可確定器件某些需確認(rèn)部分的材料成分和對多余物作成分分析。SEM設(shè)備昂貴。42哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）5）內(nèi)部氣氛分析，定量檢測7.6 破壞性物理分析（DPA）8）鍵合強度試驗，檢驗器件內(nèi)引線的鍵合強度是否符合規(guī)定要求。鍵合強度退化往往是批次性的，出現(xiàn)“零克力”的批次一般不可使用。是

28、破壞性試驗。9）剪切強度試驗，檢驗半導(dǎo)體芯片或表面安裝的無源元件附著在管座或其他基片上所使用的材料和工藝的完整性。剪切強度不合格常有批次性傾斜。是破壞性的。 DPA檢驗應(yīng)在規(guī)定的溫度、濕度和防靜電的潔凈區(qū)進行。43哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)7.6 破壞性物理分析（DPA）43哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專作業(yè)：什么是可靠性增長試驗和老煉試驗？ 抽取方案和批產(chǎn)品不合格率決定該批產(chǎn)品被接收概率。表征批接收概率和批產(chǎn)品不合格率關(guān)系曲線稱為抽撿特性曲線（OC曲線），又稱接收概率曲線。44哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)作業(yè)：44哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 第八章 使用可靠性 微電子器件可靠性45哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

29、第八章 使用可靠性 8.1 器件的合理選用 雖然器件質(zhì)量和可靠性一直提高，但由于器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和功能的增加，應(yīng)用條件的多變，以及使用不當(dāng)，使用失效器件占總失效器件的50%。使用不當(dāng):器件選用不當(dāng)，電浪涌，靜電損傷，缺少保護電路，熱效應(yīng)。在元器件可靠性的領(lǐng)域中，把避免使用不當(dāng)造成失效的技術(shù)稱為使用可靠性技術(shù)，又稱使用可靠性。 正確選用是避免元器件在使用中失效的先決條件。46哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.1 器件的合理選用 雖然器件 8.1.1 器件的質(zhì)量等級 要依據(jù)工程的需求和成本核算選擇器件的質(zhì)量等級。分立器件：GCT級(超特軍級);GT級（特軍級);TP級(普軍級)單片微電路：S級(宇航級);

30、B級(軍用級);B1級(軍用級、中國)混合微電路：K級(宇航級);H級(軍用級);H1級(軍用級、中國)按溫度：軍用溫度范圍(-55125);工業(yè)用溫度范圍 (-4085);商業(yè)用溫度范圍(070)47哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 47哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.1.2 器件的選擇 根據(jù)使用環(huán)境、工作條件8.1.3 合格產(chǎn)品清單和優(yōu)選元器件清單進入合格產(chǎn)品清單（QPL）的產(chǎn)品有兩個條件，首先生產(chǎn)該產(chǎn)品的生產(chǎn)線是經(jīng)有關(guān)技術(shù)權(quán)威部門按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)審查合格的生產(chǎn)線，其次是該產(chǎn)品通過了經(jīng)有資格的試驗室按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行的鑒定試驗。生產(chǎn)線的技術(shù)狀態(tài)和產(chǎn)品的質(zhì)量要接收認(rèn)證部門定期和隨機的監(jiān)督。QPL明確地給出了產(chǎn)品執(zhí)

31、行的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量等級。進入優(yōu)選元器件清單（PPL）的產(chǎn)品一般是用戶經(jīng)考察和應(yīng)用實踐證實其質(zhì)量和可靠性的產(chǎn)品。特別是一些大的工業(yè)部門和工程發(fā)布的PPL給出的產(chǎn)品質(zhì)量信息可信度是很高的。 選擇QPL 和PPL上的產(chǎn)品對保證整機質(zhì)量，減少元器件失效有重要作用。48哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.1.2 器件的選擇48哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.2 微電路的額定值和降額使用 8.2.1 微電路的額定值 額定值 最大額定值：器件的極限參數(shù)，由微電路自身結(jié)構(gòu)、材料和工藝決定的。最大電流、電壓、功率額定值，工作溫度額定值。 49哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.2 微電路的額定值和降額使用 8.2.1 微電路的額定 8

32、.2.2 降額使用 降額使用就是使器件在低于額定值的狀態(tài)下工作。這是提高器件使用壽命，保證電子設(shè)備可靠性的通用做法，也是可靠性設(shè)計的重要內(nèi)容。器件的壽命在其結(jié)構(gòu)確定后，主要決定于它所承受的應(yīng)力。降額使用是用減小應(yīng)力的方法提高壽命的有效措施。在器件使用過程中不可避免地會有外界條件的起伏波動，如果器件在滿額定值狀態(tài)下工作，即使發(fā)生小的起伏波動，也會使器件時而進入超額定值的工作狀態(tài)，影響其可靠性。 50哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 50哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 降額幅度，不同器件可能不同。相同的器件在不同的工作條件和環(huán)境下也有區(qū)別。結(jié)溫和電壓是微電路降額的關(guān)鍵，電流降額、功率降額都要與結(jié)溫和電壓降額相協(xié)

33、調(diào)。降額幅度存在一個最佳降額區(qū)。過低的降額會引起器件性能的裂化和可靠性的降低。降額手冊 GJB/Z35。51哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)51哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.3 浪涌引起的使用失效 電源、電網(wǎng)的波動，電路狀態(tài)的變化，外來信號的饋入以及旁鄰器件的失效，都會在電路中產(chǎn)生峰值很高的電流或電壓脈沖，稱為電浪涌，又稱浪涌。 浪涌的平均功率很小，但瞬時功率很大，足以引起器件失效。而功率較低的浪涌也會引起微電路的自激或CMOS微電路的閂鎖效應(yīng)而導(dǎo)致失效。 浪涌失效占使用失效的50%。52哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.3 浪涌引起的使用失效 電源 8.3.1 浪涌的產(chǎn)生 數(shù)字電路的翻轉(zhuǎn)可產(chǎn)生浪涌電流，存在

34、晶體管的同時導(dǎo)通狀態(tài)。 參與翻轉(zhuǎn)的管子越多，電流越大。 TTL電路產(chǎn)生的浪涌電流脈寬為10ns左右； 單門轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的浪涌電流峰值可達30mA； 幾十幾百個門同時翻轉(zhuǎn)，浪涌電流峰值將為安培級。圖8.1 TTL電路翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生浪涌電流53哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 53哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 電容性負(fù)載接通時產(chǎn)生浪涌電流，開關(guān)電路驅(qū)動電容負(fù)載時，當(dāng)開關(guān)電路由高電平瞬間轉(zhuǎn)入地電平，由于電容上的電壓不能突變，會產(chǎn)生一個為電容充電的瞬間的電流，即浪涌電流。圖8.2 電容性負(fù)載接通時產(chǎn)生浪涌電流 開始瞬間電容相當(dāng)于短路，所以浪涌電流峰值Ucc/R； C越大，浪涌電流為其充電量越大，串聯(lián)電阻R越小，浪涌電流的

35、峰值越高。 所以電源電壓越大，電容越大，串聯(lián)電阻越小，產(chǎn)生的浪涌電流對器件的威脅越嚴(yán)重。54哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 電容性負(fù)載接通時產(chǎn)生浪涌電流，開關(guān)電 關(guān)斷電感性負(fù)載時，電感上會產(chǎn)生浪涌電壓。當(dāng)電路由開態(tài)向關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換時，由于電感上的電流不能瞬變，在電感中會產(chǎn)生一個與原來電流方向相反的浪涌電流。他會使電感上產(chǎn)生一個脈沖的浪涌電壓Ul. 圖8.3 電感性負(fù)載產(chǎn)生浪涌電壓 電感量越大，產(chǎn)生的浪涌電壓越大。其峰值可能比電源電壓高出數(shù)十倍。 55哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 關(guān)斷電感性負(fù)載時，電感上會產(chǎn)生浪涌電8.3.2 減小或消除電浪涌的措施 串電阻或電感 浪涌電流 并電阻或二極管 浪涌電壓56哈工大電

36、子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.3.2 減小或消除電浪涌的措施56哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專8.4 防止元器件使用中的靜電損傷 運輸、裝配、調(diào)試使用中不可避免地會有不同物體（包括人和其他物體）間的摩擦，導(dǎo)致正負(fù)電荷在不同物體上積累，使物體與大地之間有幾千或上萬伏的電位差，這就是靜電。這些帶電體與元器件接觸時，電荷通過元器件流入大地，在元器件中形成瞬間的大電流，損傷元器件，稱靜電損傷。尺寸越小，靜電威脅越大。57哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.4 防止元器件使用中的靜電損傷 8.4.1 防靜電環(huán)境 防靜電措施：防靜電地板 不易產(chǎn)生電荷；不易積累電荷；與大地交換電荷速率不能過快。工作臺防靜電 臺面材料表面方塊阻 10

37、5109；體電阻率105106m；摩擦產(chǎn)生靜電位低于100v 一般串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮韫ぷ鏖g空氣 相對濕度大于40%防靜電器具58哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)58哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.4.2 工作人員的防靜電措施操作者要帶防靜電腕帶服裝、鞋帽應(yīng)有防靜電功能避免工作時穿脫衣服、鞋帽、撓頭、搓手 8.4.3 包裝、運送和存放過程中的防靜電措施包裝時器件的所有管腿都應(yīng)處于短路狀態(tài) 用不產(chǎn)生靜電的半絕緣材料作為包裝材料；包裝的器件之間在運送過程不發(fā)生互相摩擦；包裝要對外電場有屏蔽作用；在防靜電環(huán)境下拆包裝。開封器件在防靜電環(huán)境運送、儲存，防止摩擦59哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.4.2 工作人員的防靜電

38、措施59哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.5 防護元器件 除了用電阻、電感及二極管組成保護電路的方法，抑制使用中可能出現(xiàn)的浪涌、靜電等危及器件安全的狀態(tài)外。近年來出現(xiàn)了一些專門用來保護元器件安全的防護元器件。其響應(yīng)時間快、短時間內(nèi)可以吸收較大的能量，在正常情況下消耗的能量少，對電路影響小。有效提高了微電路的使用可靠性。60哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)8.5 防護元器件 除了用電阻 瞬變電壓抑制二極管TVS 兩個背靠背的齊納二極管組成。1ms內(nèi)可以吸收高達1000w以上的脈沖功率。與被保護器件并聯(lián)。壓敏電阻 圖8.1 a 抑制浪涌電壓范圍大 30v1000v 可達5000v；雙向瞬變電壓抑制二極管 6v200v（TVS） b 承受浪涌電流容量大 1000A/cm2，比TVS高12個數(shù)量級 c 響應(yīng)時間長 25ns2s TVS一般低于5ns 所以上升陡峭的浪涌，壓敏電阻往往不起作用61哈工大電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)