基于相关性分离的逻辑电路敏感门定位算法

随着CMOS器件特征尺寸进入纳米量级,因高能粒子辐射等造成的电路失效问题日益严重,给电路可靠性带来严峻挑战。现阶段,准确评估集成电路可靠性,并以此为依据对电路进行容错加固,以提高电路系统可靠性变得刻不容缓。然而,由于逻辑电路中存在大量扇出重汇聚结构,由此引发的信号相关性导致可靠性评估与敏感单元定位面临困难。该文提出一种基于相关性分离的逻辑电路敏感门定位算法。先将电路划分为多个独立电路结构(ICS);以ICS为基本单元分析故障传播及信号相关性影响;再利用相关性分离后的电路模块和反向搜索算法精准定位逻辑电路敏感门单元;最后综合考虑面向输入向量空间的敏感门定位及针对性容错加固。实验结果表明,所提算法能准确、高效地定位逻辑电路敏感单元,适用于大规模及超大规模电路的可靠性评估与高效容错设计。

浅析射频SiP多物理场耦合分析关键技术

射频系统级封装(SiP)的多物理场耦合分析问题已经成为限制其可靠性提升的关键因素。当前,射频SiP的多物理场耦合分析内容主要包括模型建立和数值算法,然而,模型建立方法以及算法的适用性与选择方法是一大难点。同时随着物理场和射频SiP模型复杂度的不断提高和计算需求的不断攀升,现有部分分析方法存在计算量大、适配不佳等问题亟待优化。本文对多物理场模型的建立方法及射频SiP关键物理场单场和耦合场方程进行了总结归纳,从方法特点和适用条件两个方面对有网格与无网格四种数值算法展开阐述,同时列举了若干种多物理场耦合优化方法,从建模、求解和耦合方式的角度为实现简化建模、加速计算、优化结果等目标提供了方法和建议,可以为射频SiP的多物理场耦合分析和改进工作提供参考。

Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒对SAC3005/Cu焊点形貌和性能的影响

研究了添加Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒对SAC3005焊料焊点金属间化合物的形貌和性能的影响。采用湿化学法制备Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒,将Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒添加到SAC3005焊料中,经回流焊后,制备SAC3005-xCu_(6)Sn_(5)(x=0%,0.12%,0.18%,质量分数)复合焊点。采用金相显微镜对焊点的横断面进行观察,对焊点的横断面金属间化合物(IMCs)进行测量。采用ANSYS有限元软件对界面IMCs模型进行模拟,分析印刷电路板(PCB板)焊点失效机理。结果表明:添加Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒改性SAC3005/Cu焊点后的IMCs层厚度变薄。Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒的加入抑制了回流焊接过程中IMCs的生长,提高了焊点的可靠性。Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒的添加阻碍了Sn原子和Cu原子在界面处的扩散,抑制了Cu_(6)Sn_(5)IMCs的生长。添加质量分数为0.12%的Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒时抑制效果最好。焊点界面Cu_(6)Sn_(5)层和Cu_(3)Sn层是应力应变集中的地方,焊点交界处为焊点服役过程中的薄弱环节。

自动检测设备高温下测试坐标修正方法

硅晶圆半导体芯片在进行晶圆级电性能测量时,往往需要模拟芯片实际工作时的工作环境,如温度、湿度、气压。在自动探针台上进行高温环境模拟测试时,由于高温会导致测针、晶圆片和承片卡盘产生一定程度的形变,从而使得芯片上测试Pad位置坐标发生偏移,这种情况下,测试系统需要对形变后的测试点坐标进行修正。提出了一种基于机器视觉自动图形识别的在线修正测试点坐标偏移方法,用以解决自动探针台在高温环境下进行电性能测试时的测试坐标修正难题。

一种支持SoC数字电路老化及寿命的评估方法

使用Spice可靠性仿真技术和高温稳态寿命(HTOL)实验相结合的方法,研究不同的MOSFET器件组成的环振电路在持续翻转状态下,不同应力时间和应力电压对其寿命退化的影响。依据仿真结果和Power-Law模型建立数字电路的寿命预测理论模型。通过HTOL实验验证模型的准确性。结果表明,随着时间的增加,器件的寿命退化率逐渐增加,且随着时间的推移,寿命的变化率越来越小。随着应力电压的增加,器件的寿命退化率更快趋向于稳定。器件退化符合R-D模型,仿真结果与试验结果高度,进一步证实了本模型对SoC数字电路寿命预测的准确性。通过这种组合仿真和实验的方法,可以更加准确地评估数字电路的寿命,为芯片制造过程中的可靠性设计提供参考。

高速比较器与时钟驱动器电源模块电磁敏感性研究

高空电磁脉冲(HEMP)能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器,采用脉冲电流注入(PCI)的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明:双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因,且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响;高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同;高速比较器与时钟驱动器在不同工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。

TSV阵列在温度循环下的晶格变化对电学性能影响的研究

针对TSV(Through Silicon Via,硅通孔)热机械可靠性较差且其结构特性变化对电学性能影响情况不明的问题,基于一种TSV阵列叉指电极对样品开展了-55~125℃的温度循环试验,测试了温循后阵列电极的电学性能与边界绝缘性能变化,跟踪测试了TSV铜柱的几何尺寸变化,对比分析了试验前后TSV结构的形貌和晶格特性等衍化规律。结果表明,温度循环载荷导致了TSV-Cu晶粒向上生长、铜柱体积变大、微观结构缺陷产生以及电学性能退化;此外,还定量地构建了晶格特性变化对TSV阵列电极电学性能影响的关系架构,具有一定的工程意义。

面向AOSFET增益单元的存储系统功耗分析研究

近年来,数据密集型应用对存储器的存储密度和功耗等性能提出了更高的要求。传统的嵌入式缓存采用6T-SRAM和1T1C-eDRAM技术难以提升存储密度,且存在较高的背景功率。其中,6T-SRAM的背景功率主要来自晶体管的高泄漏电流,1T1C-eDRAM则主要来自刷新功耗。非晶氧化物半导体(AOSFET)因其极低的泄漏电流和三维集成潜力备受关注。(AOSFET)2T0C-eDRAM是下一代嵌入式缓存技术的有力竞争者。针对当前缺乏功耗分析方法的现状,本文建立了2T0C-eDRAM的读写功耗、刷新功率和泄漏功率模型,并将其集成到定制化NVSim模块中,实现了对AOSFET 2T0C-eDRAM存储系统的功耗分析。仿真结果表明,在大容量存储阵列中,AOSFET 2T0C-eDRAM的读写功耗会略低于6T-SRAM、1T1C-eDRAM和硅基 2T0C-eDRAM,其背景功率(刷新功率和泄漏功率)仅为6T-SRAM的1/6,1T1C-eDRAM的1/10,硅基 2T0C-eDRAM的1/10。

自动光学检测技术在引线键合中的应用

微电子产品内部结构复杂,引线数量多且分布无规律,给人工检验带来了巨大挑战。自动光学检测具有效率高且漏检率低的特点,可实现产品引线键合正确性的自动化检验。对引线键合的自动光学检测原理进行深入分析,结合实际生产,着重介绍键合点编号技术。实现了引线键合的自动化检验,确保引线键合的正确性,并且极大降低了误报率。

基于机器学习的芯片老化状态估计算法研究

随着芯片的集成度越来越高,其晶体管数量也越来越多,老化速度加快。由于工业应用、装备系统等领域对芯片可靠性的要求较高,因此研究估计芯片老化的方法至关重要。总结现有的芯片老化估计和预警的技术方法,将机器学习算法应用于芯片老化状态估计,实验结果表明,极端梯度提升树算法的效果较好。对现有的极端梯度提升树算法进行贝叶斯优化,寻找模型的最优参数,使用优化后的算法估计的状态值与真实值的均方误差比优化前降低了0.13~0.25,优化后的模型预测结果较为精准。

一次性可编程存储器的数据保持特性建模及分析

基于300 mm 0.18μm MS 5 V工艺平台设计并流片了1k×16一次性可编程OTP器件,并对存储单元的结构、工作原理及工艺等可能影响数据保持寿命的因素进行了分析。根据Arrhenius寿命模型对不同样品设置了高温老化实验测试,收集数据并对OTP器件的保持特性进行建模。通过225℃、250℃和275℃条件下的高温老化加速实验,拟合样品最大数据保持时间曲线。在生产过程中可能出现的最差产品条件下,对1/(kT)与数据保持时间曲线进行数学拟合,计算在不同失效条件下的浮栅电荷泄漏的激活能和最大数据保持时间。

SiC芯片封装纳米银烧结层的热机械分析及疲劳寿命预测

纳米银的热膨胀系数与模块中其他组件存在较大差异,导致在严苛环境下工作时发生热疲劳失效。因此,预测纳米银烧结层的热疲劳寿命成为关键问题。以SiC功率模块为对象,利用有限元仿真和修正的Coffin-Manson寿命预测模型,分析了纳米银烧结层在热循环载荷下的最大等效应力和疲劳寿命。进一步通过响应面法分析,以疲劳寿命为优化目标,选取了SiC芯片和纳米银烧结层最佳参数组合,并探究铜基板镀镍对疲劳寿命的影响。研究结果显示:在累积的热循环下,纳米银烧结层边角处的等效应力最大,最容易发生热疲劳失效。通过优化设计,当SiC芯片厚度取0.15 mm,纳米银烧结层厚度取0.1 mm时,最大等效应力降低了1.36%,疲劳寿命增加了1.57倍。此外,铜基板上的镍层与纳米银烧结层具有相适应的材料属性,能够降低纳米银烧结层的等效应力,并增加其疲劳寿命。

NAND闪存可靠性验证实验平台设计与应用

为满足NAND闪存芯片性能和可靠性量化分析与测试的教学实验需求,自研NAND闪存可靠性验证实验设备,基于该设备构建了NAND闪存可靠性验证实验平台。平台支持软硬件构建过程测试和结果分析等相关实验内容,并通过实例测试验证了其实用性。平台可覆盖计算机类工科本科阶段多门专业课程的课内实验、专题实验、开放创新实验、课程设计以及毕业设计等,培养学生理论结合实践、独立思考、动手解决工程问题的能力。

GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型

GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)的热积累问题是制约其进一步高度集成和大功率化应用的主要技术瓶颈,针对该散热问题,提出了GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型。在简单多层叠加的热阻解析模型的基础上,细化至芯片的近结区域,引入了位置矫正因子矩阵和耦合系数矩阵,并通过加栅窗的方式建立了芯片近结区的热阻解析模型。该模型考虑了GaN功率放大器MMIC的特点以及衬底的晶格热效应,可以更准确地表征芯片结温。采用红外热成像仪对6种GaN功率放大器MMIC在不同工作条件下进行了热测试,对比仿真和测试结果发现,解析模型的结温预测误差在10%以内,说明该模型可以准确地表征GaN功率放大器MMIC的热特性,进而用于优化和指导电路拓扑设计。

基于生死单元技术的IGBT芯片焊料层失效演化机理

封装疲劳失效是导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障频发的重要因素,严重影响电力电子变流器可靠运行。焊料层退化演化过程复杂,亟需通过准确的模拟方法以明晰其失效机理。为此,提出了一种考虑累积损伤的IGBT芯片焊料层空洞退化演化方法。该方法基于生死单元技术的思路,通过协同仿真技术模拟芯片焊料层疲劳退化的演化过程,进一步评估焊料层的失效程度并预测模块的寿命。搭建功率循环测试平台验证所提方法的有效性,试验测得模块失效循环次数为50400次,基于所提方法模拟的失效循环次数为50865次,与试验的误差为0.923%。结果表明,该方法能够较好地模拟IGBT芯片焊料层的空洞退化过程并能准确预测模块的寿命。

金属封装微系统内部高压击穿和爬电问题的点云分析方法

面对金属封装高压隔离微系统内部潜在的击穿和爬电风险,结合高精度建模和图论思想建立一种新的可靠性分析方法,为产品的设计和测试提供有力保障。首先,将微系统三维模型转化为点云模型,经滤波和曲面重构形成可计算的数值模型;之后,根据几何特征和物理关系,将表面爬电问题和击穿问题分别等效为测地路径和欧氏路径的计算;并根据微系统布局方式优化Dijkstra算法,计算封装后的击穿和爬电路径;最终,参考实验标准判断产品风险等级。对照实验结果与计算匹配,精度理想,表明该方法对微系统相关问题的有效性。

空腔结构硅基载板封装的机械应力分析

基于硅基载板与芯片之间良好的热膨胀系数匹配性和硅通孔的高密度互联特性,硅基载板广泛应用于高集成度、高可靠微系统封装中。封装产品在工作过程中需要经受外界不同的加速度、随机振动、机械冲击以及环境温度变化、器件工作发热等引起的热应力,这些应力均可能引起封装发生分层、断裂等失效。因此,很有必要预测外界环境对封装可靠性的影响。本文以典型硅基载板封装为例,采用数值仿真方法研究封装在使用过程中外界机械应力和热应力对其可靠性的影响。结果表明,热应力对封装的变形和应力影响最大;随机振动频率50~2000 Hz范围和功率谱密度为4(m·s^(-2))^(2)/Hz内,封装不会产生共振失效;机械冲击载荷对封装影响最小。实际封装产品经过机械冲击和随机振动等试验验证,满足设定的使用要求。

基于离散贝叶斯网络的电缆集电线线路故障定位方法

常规的电缆集电线线路故障定位方法以故障信号识别为主,故障区段的非平稳信号定位存在一定的失误,为解决该问题,设计了基于离散贝叶斯网络的电缆集电线线路故障定位方法。提取电缆集电线线路等效注入电流特征,对电缆支路上的电流变化特征进行分析,避免故障失误的问题。基于离散贝叶斯网络构建集电线路故障定位模型,根据发电机组的稳态电动势,定位电流故障分量的支路区段,满足故障定位需求。修正电缆集电线路故障定位误差,补偿单端阻抗测距的零序电流,得到故障相的电压与电流,从而确定故障的边界条件,保证故障定位的准确性。采用对比实验,验证了该方法的定位准确性更高,能够应用于实际生活中。

磁性存储器陶瓷封装磁屏蔽设计与抗磁场干扰测试

磁性随机存取存储器(MRAM)以磁性隧道结(MTJ)作为存储单元来存储信息,并通过外加电流产生磁矩改写MTJ的信息,这种工作原理使得MRAM容易受到外部磁场的干扰,限制了MRAM在强磁场等恶劣环境下的应用。使用COMSOL软件进行仿真,设计并制作了磁屏蔽陶瓷外壳,搭建了基于Xilinx VIRTEX4系列FPGA的MRAM抗磁场干扰能力测试平台,进行了MRAM抗磁干扰能力实验。测试结果表明,采用带磁屏蔽结构的陶瓷外壳进行封装极大地降低了MRAM受外界磁场的干扰程度,所测试芯片的抗磁场干扰能力由35 Oe提高到420 Oe。

一种蝶形封装多路光收发模块可靠性评价与应用研究

介绍了1种蝶形气密封装4路并行光收发一体模块的工作原理,针对高可靠应用开展了可靠性评价方法研究。通过评价光模块的平均发射光功率、消光比、接收灵敏度的温度特性,以及接收灵敏度与传输速率的关系等特性,结合寿命考核及应用适应性评价得出了该模块应用的边界条件,并研究了满足高可靠应用的高速数据传输的典型应用方法,提供了典型应用的电路设计、控制程序设计以及模块装联方式,为高可靠应用系统的大容量高速数据传输提供了1种新的方法。