第三卷 单块微电路失效分析 1
3.1引言 1
目录 1
3.2单块微电路开装前的估计 3
3.2.1总结分析得到的失效数据 3
3.2.2验证失效数据 3
3.2.2.1引言 3
3.2.2.2参数测试与所需要的设备 4
3.2.2.2.1数字器件 4
图示目录 5
3-3RCTL器件“截止”电压测试电路 5
3-2RCTL器件“导通”电压测试电路 5
3-1RCTL器件输入电流测试电路 5
第三卷 单块微电路失效分析 5
3-4RCTL器件动态测试电路 6
3-5单块微电路失效分析测试排列 8
3-6DTL器件“0”状态Vco电流测试电路 9
3-7DTL器件“1”状态Vco电流测试电路 9
3-8DTL器件“0”状态输入电流测试电路 10
3-9DTL器件“1”状态输入电流测试电路 10
3-10DTL器件短路输出电流测试电路 11
3-11DTL器件“1”状态输出电流测试电路 11
3-12DTL器件输入电压测试电路 12
3-13DTL器件“0”状态输出电压测试电路 13
3-14DTL器件“1”状态输出电压测试电路 13
3-15DTL器件动态测试电路 14
3-16TTL器件“0”状态输入电流测试电路 15
3-17TTL器件“1”状态输入电流测试电路 16
3-18TTL器件“0”状态输出电压测试电路 17
3-19TTL器件“1”状态电压测试电路 17
3-21TTL器件动态测试电路 18
3-20TTL器件“1”状态短路输出电压测试电路 18
3.2.2.2.2线性器件 19
3-22差分放大器DIVO与CMOVO的测试电路 20
3-23差分放大器VA计算DICO的测试电路 21
3-24差分放大器电压增益（GV），交流讯号和截止频率（Fh）的测试电路 22
3.2.2.3数据的关系 23
3.2.2.4忽好忽坏现象的处理 23
3.2.2.4.1应用分析 24
3.2.2.4.2温度循环 24
3.2.2.4.3振动 24
3.2.2.4.4目查 24
3.2.2.4.5结论 24
3-25曲线扫描仪电路 25
3.2.3.1隔离与导通测试及其设备 25
3.2.3起始电测试 25
3.2.3.2.1数字器件 26
3.2.3.2管脚对管脚测试与寄生效应 26
3-26曲线扫描仪测试电路举例 27
3-27图3-26电路引线1上接“正”电极时曲线扫描仪显示 27
3-28图3-26电路引线2上接“正”电极时曲线扫描仪显示 28
3-29RCTL的门电路 28
3-30RCTL电路引线1上接“正”电极时所预期的曲线扫描仪显示 29
3-31RCTL电路引线1上接“正”电极时实际曲线扫描仪显示 29
3-32抽出电容结构的RCTL的门电路 30
3-34图3-32电路引线7上接“正”电极时所预期的曲线扫描仪显示 30
3-33图3-29电路引线7上接“正”电极时所预期的曲线扫描仪显示 30
3-35RCTL门电路引线7上接“正”电极时的实际曲线扫描仪显示 31
3-36曲线扫描仪比较测试的测试盒 32
3-38DTL门电路的扩散断切面 33
3-37DTL门电路 33
3-39关于寄生元件DTL门电路的组成部件 34
3-41TTL门电路 35
3-40关于用寄生元件DTL门电路 35
3-43关于寄生TTL门电路部件 36
3-42TTL门电路扩散断切面 36
3-44关于寄生元件TTL门电路 37
3.2.3.2.2线性器件 38
3-45有寄生元件（用虚线表示）的线路图 38
3-46扩散断面 39
3.2.4封装的机械估计 40
3.2.4.3密封性估计 40
3.2.4.2X光照相分析 40
3.2.4.1开装前的目查 40
3-47“大漏”检查法测试发现的扁平封装漏气 42
3-48聚乙烯二醇“大漏”检查法测试设备 43
3.3.1.1引言 45
3.3.1扁平封装 45
3.3.1.2微型铣床 45
3.3打开管壳说明 45
3-49To-84型单块微电路扁平封装 46
3-50打开金属扁平封装的微型铣床 47
3.3.1.3刀或锋利工具 47
3-51打开扁平封装的微型铣床 48
3-52打开金属扁平封装的微型铣床的一部分 49
3-53打开扁平封装微型铣床的铣轮机械夹具 50
3.3.1.4打砂 51
3.3.2直插式封装 51
3-54塑料直插式封装 52
3-55单块微电路改进的To-5型封装 53
3-56To-5型封装开装器 54
3.3.3To-5型封装 55
3.4单块微电路开装后的分析 56
3.4.1引言 56
3.4.2目查 56
3.4.2.1设备 56
3-58因金属膜缺陷开路 57
3-57因掩摸缺陷发射极——基极短路 57
3-59因金属膜过多开路 58
3-60金——硅低共熔晶体 58
3-61因金属膜过多开路 59
3.4.2.2典型问题举例 59
3.4.2.2.1引言 59
3.4.2.2.2光刻问题 60
3.4.2.2.3蒸发引线 60
3-62金——硅低共熔晶体 61
3-63因污染引线开路 61
3-64脱焊 62
3-65因化学成分开路 63
3-66引线从窗口脱落 64
3-67引线从氧化物脱落 65
3-68芯片裂缝 66
3.4.2.2.4芯片问题 66
3-69芯片折断 67
3-70切成小片的芯片（短路） 68
3.4.2.2.5连接引线 69
3-71切成小片的芯片（间断的开路） 69
3-72因引线折断开路 70
3-73因引线排列不当短路 71
3.4.2.2.6外引线 72
3-74因机械——封装引线短路 72
3-75外引线与硅芯片短路 73
3-78因电过应力闪光垮接 74
3.4.2.2.7电过应力 74
3-76外引线与外壳短路 74
3-77电过应力 74
3.4.2.3观察到的问题和原始记录问题之间的相互关系 75
3.4.3.2.1功能探测设备 76
3.4.3.2具体需要的设备 76
3.4.3.1引言 76
3.4.3电分析 76
3-79探针装置 77
3-80钨探针磨尖技术 78
3.4.3.2.2选择去除和全部去除引线的设备 78
3-81引线——开路线路 79
3.4.3.2.4温度循环设备 80
3.4.3.2.3修补开路引线 80
3.4.3.3.1引言 81
3.4.3.3.2目视观察到的缺陷检验 81
3.4.3.3数字电路 81
3.4.3.2.5去除金属膜 81
3-82好的TTL门电压值 82
3.4.3.3.3关于不能目视观察的缺陷 82
3.4.3.3.4估计典型问题的举例 82
3-84有缺陷的TTL门晶体管测得的电压 83
3-83有缺陷的TTL门实际电压值 83
3-86有缺陷的RCTL门实际电压值 84
3-85好的RCTL门电压值 84
3-88好的DTL门应有的电压值 86
3-87隔离Q－输出晶体管时需将引线断开 86
3-90包含DTL门缺陷的引线部分 87
3-89有缺陷的DTL门实际电压值 87
3.4.3.4线性电路 88
3.4.3.4.1引言 88
3.4.3.4.2直流与交流电路分析 88
3-91差分放大器电路（SN350，得克塞斯仪器公司） 88
3-92晶体管的工作区域 90
3-93晶体管低频等效电路 91
3-94测试γ6的曲线扫描仪显示器 92
3-95测试γe的曲线扫描仪显示 94
3-96测试β与γe的曲线扫描仪显示 95
3-97基本晶体管连接法 96
3-98SN350推挽放大器等效电路 100
3.4.3.4.3目查验证缺陷 102
3.4.3.4.4确定观察不到的缺陷 104
3-99有缺陷的SN350差分放大器实际电压值 106
3-100串联各级增益相乘（Av1·Av2） 108
3-101SN350差分放大器电路简化图 108
3.4.3.5电问题举例 110
3.4.3.5.1引言 110
3.4.3.5.2光刻窗中的氧化物 110
3-103上图光刻窗中的氧化物位置 111
3-102光刻窗中的氧化物 111
3.4.3.5.3开路的针形，劈刀形和超声键合 112
3.4.3.5.4开路球焊接 113
3-104开路键合 113
3-105开路球键合（金——铝系统） 114
3-106开路球键合（金——金系统） 114
3.4.3.5.5扩散不当 114
3-107因扩散不当引起电阻——衬底短路 115
3-108因扩散不当引起电阻——电阻短路 115
3-109因扩散不当引起集电极——衬底短路 116
3-110因扩散不当引起基极——衬底短路 116
3-111去除金属膜后的氧化层针孔 117
3.4.3.5.6氧化物缺陷（针孔） 117
3.4.3.5.7反型层 117
3-112NPN基极反型层的C～E测试与PNP集电极反型层的B～C测试 118
3-113PNP集电极反型层的C～E测试 118
3.5半导体器件的冶金截面 119
3.5.1引言 119
3.5.2密封材料与技术 119
3.5.2.1密封材料 119
3.5.2.2密封技术 120
3.5.2.2.2样品夹 120
3.5.2.2.1表面清洁 120
3-114塑料夹子 121
3.5.2.2.3环氧树脂密封 122
3.5.2.2.4抽空器件表面的空气 122
3-115配制环氧化物与催化剂的玻璃量杯装置 123
3-116排泄环氧树脂混合物的真空装置 124
3.5.3粗磨设备与技术 125
3.5.4精磨设备与技术 125
3-117研磨粉范围 126
3-118样品夹在带形研磨器上的适当部位 127
3.5.5粗抛光设备与技术 128
3-119样品夹在精细磨床上的适当部位 129
3-120割痕平均深度（割痕深度——研磨粉的尺寸） 130
3-121样品在精抛光时去除多余材料的速率 131
3.5.6精抛光设备与技术 132
3-122样品夹在精抛光机上的适当部位 135
3.5.7显示硅结材料与技术 136
3.5.7.1引言 136
3.5.7.2材料 136
3.5.7.3用法 137
3.6热扫描器 139
3.6.1引言 139
3-123热扫描器 140
3.6.3数据的测量 141
3.6.2能力与极限 141
3.7.1.2物理检查 143
3.7.1.1引言 143
3.7.1电子显微术 143
3.7其他分析技术 143
3-124施加应力前铝条的电子显微照相 145
3-125经过大电流与高温后的铝条电子显微照相 146
3-126经过高温梯度与化学腐蚀后的铝条电子显微照相 147
3.7.1.3细小粒子的化学分析 148
3.7.1.3.1引言 148
3.7.1.3.2电子衍射 148
3-127晶体管平面模型与电子衍射效应说明 148
3.7.1.3.3电子衍射应用 149
3-128铝的电子衍射图形 150
3-129器件片上不规则生长的电子显微照相 151
3-130不规则生长与电子衍射图形的电子显微照相 152
3-131不规则生长的电子显微照相 153
3.7.2电子微探针 154
3.7.2.1引言 154
3.7.2.3电子微探针化学元素分析举例 155
3.7.2.2样品准备 155
3-132有引线分解的单块微电路 156
3-133有引线分解区域中的微探针抽样电流显示 157
3-134有引线分解区域中氯表面分布的微探针显示 158
3-135有外来材料粒子的单块微电路 159
3-136有外来材料粒子区域中的微探针显示 160
目录 174
第四卷 单块微电路可靠性估计 174
4.1导言 174
4.2可靠性基本概念 175
4.2.1质量概念 175
4.2.1.1引言 175
4.2.1.2质量概念的定义 175
4.2.1.2.1引言 175
4.2.1.2.2抽样方案所提供的保证 176
4-1工作特性曲线 178
图示目录 178
4-2平均出去质量曲线 179
表列目录 182
4-1（批数2～3200,AQL0.40～6.5）正常检验的单抽样方案 182
4-2批数大于200的抽样方案 183
4-3批数为200或小于此数的超几何抽样方案（接受数＝0） 184
4-5批数为200或小于此数的超几何抽样方案（接受数＝2） 185
4-4批数为200或小于此数的超几何抽样方案（接受数＝1） 185
4.2.2可靠性概念 186
4.2.2.2统计分布 186
4.2.2.1引言 186
4.2.2.3.1引言 186
4.2.2.3指数分布 186
4.2.2.3.2失效率计算示范 188
4-3零次失效置信度上限 189
4.2.2.3.3表示失效率的其他方法 190
4-4一次失效置信度上限 190
4-5二次失效置信度上限 191
4-6三次失效置信度上限 192
4.2.2.4维伯分布 192
4.2.2.4.1引言 192
4-7四次失效置信度上限 193
4-8五次失效置信度上限 194
4-9维伯分布 195
4.2.2.4.2维伯分布的应用 196
4-10测实α和β的维伯几率图表 197
4-6抽样项目的维伯分布 198
4-11危险率（瞬时失效） 199
4-12DTL门随机抽样中器件的频率分布，这些门在逻辑“0”输出电压参数测量方面试验为“好” 201
4.2.2.5正则（高斯）分布 202
4.2.3.3数据之间的矛盾 203
4.2.3选择有意义的数据 203
4.2.3.1引言 203
4.2.3.2恰当的失效标准 203
4-13正则（高斯）分布 203
4.2.3.4试验过程中的差错 204
4.2.4正确反映试验结果 204
4.3靠性与器件类型 205
4.3.1引言 206
4.3.2外加应力 206
4-14可靠性带宽 207
4.3.2.1机械应力 207
4.3.2.2电应力 207
4.3.3制造工艺对失效率的影响 208
4.3.4封装技术及其对失效率的影响 208
4-151965年以前从芯片将引线丝键合到封装引线上的玻璃——金属扁平封装法 209
4.3.5靠性估计方法中的变数 209
4.3.6待建系统的规模 210
4.3.7系统可靠性的估计点 211
4.3.8失效率估计技术——数学方法 212
4.3.9器件应用的方法——系统设计 214
4-16两种失效率之间的差别：元件制造厂家估计的失效率和不同时间阶段中观察到的失效率 214
4.3.10系统的环境 215
4-17对单块微电路所估计失效率的验证 217
4.3.12购买器件的生产期 219
4.3.11决定失效率的系统——条件法 219
4.3.13人因素的控制 219
4.3.14抽样统计变化 220
4.3.15可靠性数据的应用方法 220
4-7权衡可靠性带可变因素示例 220
4.3.16小结 221
4.4平均寿命特性 222
4.4.1.2基本假定 222
4.4.1.1引言 222
4.4.1讨论 222
4-8用于取得等效失效率的温度减额加速因子 223
4-9可靠性敏感参数 224
4-18正向偏压试验电路 226
4-19反向偏压试验电路 226
4.4.2.2稳态工作寿命试验 226
4.4.2.1引言 226
4.4.2工作寿命 226
4-11 DTL类基本逻辑系列工作寿命试验数据一览表 226
4-20环形计数器试验电路 227
4.4.2.3串联开关寿命试验 227
4.4.2.4加负载的环形计数器试验电路 228
4.4.2.5并联开关寿命试验 228
4.4.2.6小结 228
4-10 RCTL类基本逻辑系列工作寿命试验数据一览表 229
4-13 线性器件工作寿命试验数据一览表（运算放大器和差分放大器） 230
4-12 TTL类基本逻辑系列工作寿命试验数据一览表 230
4-21工作寿命试验电路（RCTL，三输入，双门） 231
4-22工作寿命试验电路（DTL，双输入，四门） 232
4-23工作寿命试验电路（TTL，双输入，四门） 233
4.4.3贮存寿命 234
4-24工作寿命试验电路（运算放大器） 234
4-15 DTL类基本逻辑系列贮存寿命试验数据一览表 235
4-17线性电路贮存寿命试验数据一览表（运算和差分放大器） 236
4-16 TTL类逻辑系列贮存寿命试验数据一览表 236
4-18单块微电路主要的基本逻辑系列工作和贮存寿命能力综合表 237
4.4.4参考文献 238
4.5环境承受力 239
4.5.1引言 239
4.5.2机械应力 239
4.5.2.1引言 239
4.5.2.2试验方法 240
4.5.2试验结果 240
4-19基本逻辑器件系列机械应力试验一览表 241
4-20基本逻辑器件系列热－化学应力试验一览表 243
4.5.3.3试验结果 244
4.6.1引言 245
4.6重过应力承受状况 245
4-14 RCTL类逻辑系列贮存寿命试验数据一览表 245
4.6.2功率阶应力试验 245
4-25TTL系列温度阶应力试验的失效分布 246
4-21功率阶应力试验一览表 246
4.6.3温度阶应力试验 246
4-22 RCTL、DTL、TTL和线性系列单块微电路的温度阶应力试验一览表 247
4-26线性系列温度阶应力试验的失效分布 248
4.7参数稳定性 249
4.7.1引言 249
4.7.2数字电路参数稳定性 249
4.7.2.1参数漂移的基本因素 249
4.7.2.3参数稳定性分析结果 250
4.7.2.2分析参数稳定性的步骤 250
4-27延长工作寿命试验，平均值和标准偏差值（RCTL，六输入非与／非或门） 251
4-28温度阶应力试验，平均值和标准偏差值（RCTL，六输入非与／非或门） 252
4-29工作阶应力试验，平均值和标准偏差值（RCTL，六输入非与／非或门） 253
4-30防潮能力，平均值和标准偏差值（RCTL，双三输入非与／非或门） 254
4-31在温度升高时与工作寿命有关的线性运算放大器的电压增益（·10）的稳定性 255
4-32在温度升高时与工作寿命有关的线性运算放大器的电压增益（·10）的稳定性 256
4.7.3线性电路的稳定性 257
4.5.3热化学应力 422
4.5.3.1引言 422
4.5.3.2试验方法 422