半导体器件贮存可靠性快速评价方法

为解决复杂环境下半导体器件的贮存可靠性评估问题,结合半导体器件的贮存失效机理及其寿命-应力模型,提出了基于多贮存应力加速寿命试验的半导体器件贮存可靠性评估方法。在此基础上,以某款中频对数放大电路为研究对象,通过对加速寿命试验结果的分析,获得了电路在规定贮存时间下的可靠度。

异质异构微系统集成可靠性技术综述

随着智能移动、智能汽车、物联网、可穿戴设备等市场的快速增长,兼具信号感知、信号处理、信令执行和赋能等多功能集成的微系统技术成为业界关注的焦点。在深度摩尔和超越摩尔的共同推动下,微系统技术正呈现出工艺节点不断缩小、集成密度不断提高、结构框架软硬一体、失效机制交叉融合、分析技术更新迭代等全新特征,新结构、新工艺的引入带来了新的可靠性问题,使得部分原有可靠性表征方法不再适用。针对基于异质异构集成微系统技术的可靠性问题,综述了国内外研究进展,提出了亟需解决的若干问题和表征方法,如热、力学可靠性问题,多尺度、多场耦合问题,微纳工艺、结构的性能表征和退化问题,微系统可靠性评价问题,电磁、辐照、极低温等特殊环境下的适应性问题。

湿热对PoP封装可靠性影响的研究

堆叠封装(package-on-package,PoP)是一种先进的三维封装。首先基于有限元分析方法对PoP封装进行建模,对PoP封装在潮湿环境中进行了吸湿和解吸附分析。研究了吸湿膨胀引入的湿应力和回流焊过程中引入的热应力对PoP封装可靠性的影响,与热膨相似,聚合物与非聚合物膨胀系数不同会导致封装中出现吸湿不匹配应力。模拟结果表明,最大湿-机械应力出现在封装边缘焊球的边角处,顶层封装的湿-热-机械应力均比底层封装大。顶层封装是PoP封装的关键因素,湿气与热应力一样对PoP封装的可靠性起着重要的作用。

GaAs PHEMT器件高温加速寿命试验及物理分析

GaAs微波器件的退化与金属化稳定性密切相关,实现PHEMT器件功能的金属化主要有栅金属化、欧姆接触金属化和信号传输线金属化。本文针对定制的GaAs PHEMT器件的栅金属接触孔链和欧姆接触金属方块条进行了高温加速应力寿命试验,并对器件金属化失效单机理进行寿命预计,同时对试验后的样品进行物理分析。结果显示栅金属接触孔链在180℃下就发生失效,接触孔链表面的金属化层形变,金属化发生了迁移;而AuGeNi欧姆接触在225℃高温下更易发生电迁移失效,金属向体内扩散并在金属条上形成空洞。

微加速度计冲击可靠性及防护

通过实验研究了梳齿电容微加速度计器件在大过载冲击下的失效模式,发现了失效的主要原因是由于弹性梁的断裂,并对实验现象进行了分析和讨论,指出了微加工工艺的不确定性对器件失效的影响。检验了在结构设计中对可动质量块进行限位的作用,可以明显提高器件的抗冲击能力。提出了金属橡胶这一新材料在微加速度计冲击防护中的应用,并对其作用进行了实验验证,结果表明金属橡胶除了靠金属螺旋卷接触点之间的相互摩擦来耗散能量外,还可以明显增加冲击脉冲的宽度,有效的缓冲和吸收冲击能,提高器件的抗冲击能力和可靠性。

高可靠应用的塑封微电路升级筛选和鉴定的探讨

介绍了塑封微电路(PEM)的可靠性问题,以及应用、筛选和鉴定研究状况,探讨了PEM在高可靠应用中的破坏性物理分析(DPA)、筛选、鉴定等技术方法及其注意事项。

双碳目标下的三族氮化物功率半导体技术

能源生产清洁化和能源消费电气化是我国“双碳”政策的必经之路,功率半导体技术在这2个过程中发挥着重要作用。以氮化镓(GaN)为代表的三族氮化物功率半导体基于其优异的材料物理特性,未来应用前景广阔。历经二十余年产业链上下游技术发展,目前GaN功率半导体的关键共性技术,诸如大尺寸Si衬底上高耐压GaN材料外延、稳定常关型器件的制备以及与CMOS兼容的GaN工艺制备等,已逐步得到解决,产品在消费类电子领域实现了量产应用,但是GaN功率器件仍然面临着“用不起”“用不好”“不敢用”的问题,这限制了其应用领域的拓展。未来GaN功率半导体器件将向着更高功率密度与更高可靠性方向发展,伴随着大功率发展趋势,常开型器件与常关型器件2条技术路线相互竞争,并向着高频化趋势下的功率集成技术、低成本大功率纵向器件技术等方向进一步发展,在车载等更多更高端领域实现规模化应用。文章主要介绍了三族氮化物功率半导体技术发展现状和Si衬底GaN基功率器件的关键共性技术,以及分析目前GaN功率器件的应用瓶颈与未来的发展趋势。

微波数字控制移相器热特性的模拟研究

热设计是大功率移相器设计中必须考虑的环节,使用有限元仿真技术对对某型号移相器产品的热特性进行了模拟研究,建立了移相器热仿真模型。模拟所得最高结温与实验结果能较好吻合,验证了所用模型及方法的正确性。研究分析了不同芯片和基板粘结焊料空洞率、基板厚度以及不同基板材料和相对温升的关系,这些参数和温升定量关系,可以为移相器产品的热设计、优化参数、提高其可靠性提供理论依据。

硅基梳齿式MEMS器件及封装的失效调查

对典型硅基梳齿式MEMS器件进行失效调查和分析,验证其主要失效模式,分析其失效机理。利用电子扫描显微镜(SEM)、X射线透视系统、扫描声学显微镜(SAM)、X射线能谱成份分析(EDX)、金相切片分析、封装气体分析及电性能测试等分析技术,发现在工艺制造中的机械失效是造成此类器件失效的主要原因。另外,此类器件的封装失效主要表现为气密性失效和装配工艺失效。

基于硅-玻璃键合工艺的微惯性器件的材料热失配应力表征

基于硅-玻璃键合工艺实现敏感结构和衬底相接是微惯性器件的主流工艺方案之一。硅和玻璃热膨胀系数不同,在惯性器件环境工作温度发生变化时,硅玻璃接触表面会产生热应力,该应力严重影响器件的性能。为了测量异质材料间的热失配应力以及键合锚点尺寸对应力的影响,本文提出了一种以悬臂梁作为测试结构的锚点形变测量和数据处理方法,用于表征器件的工艺热失配应力。根据仿真结果将锚点设计成切块形式以减小最大应力和结构形变。测试结果表明,对于边长为600,400和200μm的锚点,悬臂梁相对锚点的平均离面位移分别为0.43,0.30和0.20 nm/℃;结果具有良好的重复性。该结果说明锚点热形变与锚点的大小直接相关,这对MEMS惯性结构以及工艺设计改进具有重要的意义。

大气中子及α粒子对芯片软错误的贡献趋势

在先进工艺集成电路中,高能中子、热中子和α粒子造成的软错误愈发受到关注。研究了150nm至16nmFinFET工艺节点器件在大气环境中的单粒子效应。随着工艺节点的缩小,高能中子引起的单粒子翻转截面和软错误率整体上均呈下降趋势。高能中子引起的软错误率在各个节点中均占据主导地位。热中子在45nm工艺节点下对软错误率有明显贡献,由其与W塞中所包含的10B核反应引起。α粒子在先进器件中的贡献整体出现下降趋势,在40nm工艺节点下出现极小值。此外,16nm工艺节点下FinFET结构的引入使集成电路的软错误率下降了一个数量级。

铜带缠绕型CCGA的加固工艺参数优化

基于有限元分析理论,针对铜带缠绕型CCGA的加固工艺进行仿真,明确不同工艺参数对器件焊接残余应力的影响规律。以残余应力最小为准则,获取了加固工艺的优选参数组合。使用FP4526型填充胶,在靠近基板端底部灌封填充高度为0.622 mm的固化胶,在起始温度为25℃、升温速率为5℃/min、升温时长为25 min、固化温度为150℃、固化时间为120 min、降温速率为5℃/min的条件下加热,此时产生的最大残余应力是9.497 MPa。

硬件木马综述

集成电路在设计或制造过程中会受到硬件木马的攻击,使芯片与硬件的安全性受到威胁。硬件木马技术逐渐受到重视,已成为当今一个新的研究热点。文章介绍了硬件木马的概念,对三种主要的硬件木马分类方法进行了分析;着重探讨了硬件木马的检测方法。对检测方法存在的问题与面临的挑战进行了分析,指出基于旁路信号分析的硬件木马检测方法是当前最主要的一种检测方法。

电迁移引起的倒装芯片互连失效

采用倒装芯片组装菊花链器件研究了高电流密度条件下Al互连的失效问题,分析了不同电迁移条件下,由于金属原子的迁移造成的Al互连微结构的变化。在9.7×105A/cm2电流密度强度条件下,钝化窗口位置的Al原子发生电迁移,在电子风力的作用下,Al原子沿电子流方向扩散进入Al互连层下方的焊料中。同时,随着电流加载时间的延长,化学位梯度和内部应力的作用致使焊料成分向Al互连金属扩散,Al互连金属层形成空洞的同时其成分发生变化。

通孔微结构对Cu/低-k应力诱生空洞的影响

基于Cu的随动强化模型,采用有限元分析方法,对不同Cu/低-k通孔微结构中的应力情景进行模拟分析,探讨了因互连通孔和通孔阻挡层形成工艺的波动性,造成通孔高度、通孔沟槽深度和通孔底部阻挡层厚度的变化,以及这一变化对互连通孔和通孔底部互连应力诱生空洞的影响.结果表明:Cu/低-k互连中的通孔微结构效应,是影响互连应力和形成应力诱生空洞的重要因素.大高宽比的通孔结构更易因通孔高度变化而发生应力诱生空洞;通孔沟槽可以有效提高互连应力迁移的可靠性,但需要控制其深度;通孔底部阻挡层厚度对互连应力诱生空洞性能具有矛盾性,需要折中考虑.

SiGe HBT的热载流子效应评价

电压加速退化试验方法(OCSAM;EB结反偏)常用于评价硅锗异质结晶体管(SiGe HBT)的热载流子效应,但晶体管在高电压、低电压分别作用下所产生的的失效机理并不相同,且耗时长.文中采用电流加速应力试验方法(FCSAM;EB结反偏、CB结正偏),评价SiGe HBT在热载流子效应作用下的可靠性,研究施加应力前后SiGe HBT器件电特性的变化,分析了电特性退化的原因.结果表明:随应力施加时间的增加,SiGe HBT的电流放大系数逐步退化;与传统的电压加速退化试验方法相比,FCSAM显著缩短了试验时间,能对SiGe HBT的长期可靠性进行有效预测.

高温正向栅电流下Ti／Pt／Au栅SiC MESFET的栅退化机理

SiC MESFET器件的性能强烈依赖于栅肖特基结的特性,而栅肖特基接触的稳定性直接影响其可靠性。针对SiC MESFET器件在微波频率的应用中射频过驱动导致高栅电流密度的现象,设计了两种栅极大电流的条件,观察栅肖特基接触和器件特性的变化,并通过对试验数据的分析,确定了栅的寄生并联电阻的缓慢退化是导致栅肖特基结和器件特性退化,甚至器件烧毁失效的主要原因。

大功率LED照明灯有限元热设计与高效系统开发

随着LED亮度要求的不断提高,LED的温度分布和采用的散热手段对LED的可靠性有很大影响。利用ANSYS软件对LED照明的散热问题进行了详细的模拟计算。基于100 WLED实验和模拟结果的一致性,分析比较了不同结构和加载方式对200 WLED温度分布的影响。采用增加散热片个数及其长度、Al锭厚度、灯头的直径等因素,对LED的散热进行了优化设计,结合基于VC++的二次开发系统,较好实现了LED热模拟分析。研究发现LED照明灯的传热方向主要是轴向,轴向散热设计可提高LED开发效率;点阵排列LED灯的温度分布呈现一定的温度梯度;在基于实验验证的模拟可以较好实现不同功率的LED灯散热设计。模拟分析为LED的散热方案优化设计提供了有效的参考依据和手段。

梳齿式MEMS加速度计在冲击下的失效分析

对Si基梳齿式MEMS加速度计在冲击下进行了失效分析,验证了其主要失效模式,分析了其失效机理。通过机械冲击实验并采用扫描电镜(SEM)、X射线透视系统、扫描声学显微镜(SAM)观察及电性能测试等分析技术,研究了梳齿式MEMS加速度计在冲击载荷下的结构与封装失效,运用材料力学理论加以分析论证,发现悬臂梁断裂是较为主要的失效模式,且此类器件的封装失效主要表现为气密性失效和装配工艺失效,为MEMS器件的可靠性设计提供了重要依据。

ESD应力下n阱扩散电阻的潜在损伤

电阻在静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)保护电路中,起隔离和分压的作用。利用传输线脉冲(Transmission Line Pulsing,TLP)测试系统,在宽度为100ns的脉冲作用下,研究了n阱扩散电阻在ESD应力下的工作特性。结果表明,n阱扩散电阻在发生初次瞬态击穿(瞬态击穿电压79.0V,瞬态击穿电流1.97A)后,由于阳极n+-n结构被破坏,内部结构已经出现潜在损伤,不再具备隔离和分压的作用。