半导体器件可靠性与失效分析培训教材PPT(52张)

3. 孙青等,<电子元器件可靠性工程>,电子工 业出版社.
理论教学内容
1.元器件概述(1) 2.元器件制造工艺与缺陷(1) 3.微电子封装技术与失效(1) 4.可靠性试验与评价技术(3) 5.使用可靠性设计(2) 6.元器件的降额设计与热设计(4) 7.静电放电损伤及防护(2) 8.可靠性筛选(2) 9.破坏性物理分析与失效分析(6) 10.失效分析案例(4)
真空电子器件按其功能分为：
实现直流电能和电磁振荡能量之间转换的静电控制 电子管；
将直流能量转换成频率为300兆赫～3000吉赫电磁 振荡能量的微波电子管；
利用聚焦电子束实现光、电信号的记录、存储、转 换和显示的电子束管；
利用光电子发射现象实现光电转换的光电管；
产生X射线的X射线管； 管内充有气体并产生气体放电的充气管；
以真空和气体中粒子受激辐射为工作机理，将电磁 波加以放大的真空量子电子器件等。
自20世纪60年代以后，很多真空电子器 件已逐步为固态电子器件所取代，但在高频 率、大功率领域，真空电子器件仍然具有相 当生命力，而电子束管和光电管仍将广泛应 用并有所发展。[1] 真空电子器件里面就包含 真空断路器，真空断路器具有很多优点，所 以在变电站上应用很多。真空断路器已被快 易优收录，由于采用了特殊的真空元件，随 着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故 障明显降低。真空灭弧室无需检修处理，当 其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行 中发生的故障以操作机构部分所占比重较大， 其次为一次导电部分，触头导电杆等。
个部分构成而且一般不能被分解或不会破坏的某个 装置。
GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析 方法》中的定义：
在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、 机电或光电功能的基本单元，该基本单元可由一个 或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。
▪分类：两大类
▪元件：在工厂生产加工时不改变分子成分的 成品，本身不产生电子，对电压、电流无控 制和变换作用。
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3. 混合集成电路(Hybrid Integrated Circuit) 特点： 充分利用半导体集成电路和膜集成电 路各自的优点，达到优势互补的目的． 工艺： 用膜工艺制作无源元件，用半导体IC 或晶体管制作有源器件．
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关于混合集成电路：
▪ 按制作工艺，可将集成电路分为:
1.半导体集成电路(基片：半导体) 即:单片集成电路(固体电路) 工艺:半导体工艺(扩散、氧化、外延等)
2. 膜集成电路(基片：玻璃、陶瓷等绝缘体) 工艺：薄膜集成电路 真空蒸镀 溅射 化学气相沉积技术 厚膜集成电路 浆料喷涂在基片上 经烧结而成(丝网印刷技术)
实验教学内容
名称：集成压电类器件的破坏性物理分析
学时：4学时 实验性质：综合性实验
元器件：选择包括有电阻电容等元件、集成电路等 器件及其连接的较复杂、综合性强的集成类压电器 件，例如(有源)压电蜂鸣器进行分析。
第一章 元器件概述
1.1 元器件的定义与分类 ▪定义：
欧洲空间局ESA标准中的定义： 完成某一电子、电气和机电功能，并由一个或几
▪器件：在工厂生产加工时改变了分子结构的 成品，本身能产生电子，对电压电流的控制、 变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制 等)，也称电子器件。
▪分类(来源： ▪2007年版的 ▪《军用电子 ▪元器件合格 ▪产品目录》)
▪电阻
▪最可靠的元件之一 ▪失效模式：开路、机械损伤、接点损坏、短 路、绝缘击穿、焊接点老化造成的电阻值漂 移量超过容差
2.蠕变----机械应力作用下原子缓慢运动的现 象；变形、空洞；
3.微粒污染----阻碍器件的机械运动； 4. 磨损----尺寸超差，碎片卡入； 5. 疲劳断裂----疲劳裂纹扩展失效。
真空电子器件(vacuum electronic device)
指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生 相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一 种形式电磁能量的器件。具有真空密封管壳 和若干电极，管内抽成真空，残余气体压力 为10-4～10-8帕。有些在抽出管内气体后，再 充入所需成分和压强的气体。广泛用于广播、 通信、电视、雷达、导航、自动控制、电子 对抗、计算机终端显示、医学诊断治疗等领 域。
第二章 元器件制造工艺与缺陷
2.1 芯片加工中的缺陷与成品率预测 芯片制造缺陷的分类：
全局缺陷：光刻对准误差、工艺参数随机起伏、 线宽变化等；在成熟、可控性良好的工艺线上，可 减少到极少，甚至几乎可以消除。
局域缺陷：氧化物针孔等点缺陷，不可完全消除， 损失的成品率更高。
点缺陷：冗余物、丢失物、氧化物针孔、结泄漏
▪电位器 ▪失效模式：接触不良、滑动噪声大、开路等
▪二极管
▪集成路
▪失效模式：漏电或短路，击穿特性劣变，正 向压降劣变，开路可高阻 ▪失效机理：电迁移，热载流子效应，与时间 相关的介质击穿(TDDB)，表面氧化层缺陷， 绝缘层缺陷，外延层缺陷
▪声表面波器件
▪MEMS压力传感器
▪MEMS器件的主要失效机理 1.粘附----两个光滑表面相接触时，在力作用 下粘附在一起的现象；
半导体器件可靠性与失效分析
2011-2012-1
教材：
付桂翠,陈颖等,<电子元器件可靠性技术教程>
北京航空航天大学出版社,2010年7月第一版.
(普通高校“十一五”规划教材)
参考书:
1. 孔学东,恩云飞,<电子元器件失效分析与 典型案例>,国防工业出版社, 2006年9月 第一版.
2. 王蕴辉,于宗光等,<电子元器件可靠性设 计>,科学出版社.
来源：灰尘微粒、硅片与设备的接触、化学试剂 中的杂质颗粒。
2.2 混合集成电路的失效 混合集成电路工艺：
IC工艺：氧化、扩散、镀膜、光刻等 厚膜工艺：基板加工、制版、丝网印刷、烧结、 激光调阻、分离元器件组装等 薄膜工艺：基板加工、制版、薄膜制备、光刻、 电镀等 失效原因： 元器件失效：31% 互连失效：23%，引线键合失效、芯片粘结不良 等； 沾污失效：21%