温度对微电子和系统可靠性的影响PDF电子书下载

第1章 温度——可靠性的影响因素 1

1．1背景 1

1．2基于激活能的模型 2

1．3可靠性预计方法 6

1．4从事设计、热控制以及可靠性的工程师们应如何合作 9

1．5小结 9

第2章 微电子器件失效机理与温度的关系 10

2．1芯片金属化层失效机理与温度的关系 11

2．1．1金属化层和键合点的腐蚀 11

2．1．2电迁移 17

2．1．3小丘的形成 29

2．1．4金属化迁移 30

2．1．5引线孔穿刺 31

2．1．6导线金属化层的约束空洞现象 32

2．2氢、氦气氛环境对金属化层与温度关系的影响 43

2．3 器件氧化层失效机理与温度的关系 45

2．3．1慢俘获（氧化层中的电荷俘获和释放） 46

2．3．2栅氧化层击穿 48

2．3．3电过应力 58

2．4器件失效机理与温度的关系 61

2．4．1离子玷污 61

2．4．2二次击穿 65

2．4．3表面电荷扩展 68

2．5器件氧化层界面失效机理与温度的关系 68

2．5． 1热电子 68

2．5．2幸运电子模型 70

第3章 微电子封装失效机理与温度的关系 72

3．1芯片和芯片—基板粘接失效机理与温度的关系 72

3．1．1芯片破裂 72

3．1．2芯片热击穿 78

3．1．3芯片和基板的粘接疲劳 79

3．2一级互连失效机理与温度的关系 81

3．2．1引线键合互连 81

3．2．2载带自动焊 91

3．2．3倒装焊芯片焊点 93

3．3封装外壳失效机理与温度的关系 94

3．3．1塑料封装的裂缝 94

3．3．2聚合物的返原或解聚 98

3．3．3晶须和枝状晶体生长 99

3．3．4标准尺寸外壳疲劳失效 99

3．4气密封装失效机理与温度的关系 100

3．5封装体引线和引脚密封失效机理与温度的关系 103

3．5．1误操作和缺陷引起的引脚密封失效 103

3．5．2再成型缺陷导致的引脚局部腐蚀 104

3．5．3引脚密封界面处引脚的应力腐蚀 105

3．5．4引脚焊点疲劳 105

第4章 双极型器件电参数与温度的关系 111

4．1双极型晶体管参数与温度的关系 111

4．1．1本征载流子浓度 111

4．1．2热电压和迁移率 113

4．2电流增益 115

4．3双极型晶体管反相器的电压转换特性 117

4．4集电极—发射极饱和压降 118

第5章MOS场效应晶体管电参数与温度的关系 120

5． 1 MOS场效应晶体管电参数与温度的关系 120

5．1．1阈值电压 120

5．1．2迁移率 121

5．1．3漏极电流 123

5．1．4延迟时间 123

5．1．5泄漏电流 125

5．1．6芯片的可用性 126

5．1．7直流转换特性 127

第6章 集成电路老化失效物理方法 129

6．1老化的基本原理 129

6．2现有老化方法存在的问题 129

6．3老化的失效物理方法 133

6．3．1对稳态温度影响的认识 133

6．3．2建立老化剖面 133

第7章 微电子器件温度冗余设计和应用准则 135

7．1现有器件降额方法存在的问题 135

7．1．1其它热参数的影响 136

7．1．2热应力和非热应力的相互作用 137

7．1．3低温器件降额 137

7．1．4器件类型的变化 137

7．2抗热／耐热设计的另一种方法 137

7．3芯片金属化失效机理的应力限制 141

7．3．1芯片金属化腐蚀 141

7．3．2电迁移 142

7．3．3小丘的形成 147

7．3．4金属化迁移 147

7．3．5金属化层的约束气蚀 148

7．4器件氧化层失效机理的应力极限 151

7．4．1慢俘获 151

7．4．2栅氧化层的击穿 152

7．5芯片金属化失效机理的应力极限 156

7．5．1离子玷污 156

7．5．2表面电荷扩展 157

7．6器件氧化层界面失效机理的应力极限 157

第8章 电子器件封装的温度冗余设计和使用指南 158

8．1芯片和芯片／衬底粘接失效机理的应力极限 158

8．1．1芯片破裂 158

8．1．2芯片热击穿 160

8．1．3芯片与衬底的粘接疲劳 160

8．2一级互连层失效机理的应力极限 161

8．2．1引线键合互连层 161

8．2．2载带自动焊 166

8．2．3芯片倒装焊 167

8．3封装外壳失效机理的应力极限 168

8．3．1塑料封装外壳破裂 168

8．3．2聚合物焊料的逆变化或解聚 168

8．3．3晶须和枝晶的生长 168

8．3．4模压外壳的疲劳失效 168

8．4盖式密封失效机理的应力极限 169

第9章 结论 171

9．1稳态温度的影响 171

9．2温度循环次数的影响 171

9．3温度梯度的影响 171

9．4时间相关的温度变化的影响 172

附录 174

参考文献 180