Güvenilirlik (yarı iletken) - Reliability (semiconductor)

Yarı iletken cihazların güvenilirliği şu şekilde özetlenebilir:

  1. Yarı iletken cihazlar, kirliliklere ve parçacıklara karşı çok hassastır. Bu nedenle, bu cihazları üretmek için birçok işlemin safsızlık ve partikül seviyesini doğru bir şekilde kontrol ederken yönetilmesi gerekir. Bitmiş ürün kalitesi, metalizasyon , talaş malzemesi ( yarı iletken malzeme listesi ) ve paket dahil olmak üzere yarı iletkendeki etkileşimli her maddenin birçok katmanlı ilişkisine bağlıdır .
  2. Mikro işlemlerin ve ince filmlerin sorunları, metalizasyon ve tel bağlama için geçerli oldukları için tam olarak anlaşılmalıdır . Yüzey olaylarını ince filmler açısından da analiz etmek gerekir.
  3. Teknolojideki hızlı ilerlemeler nedeniyle, yeni malzemeler ve süreçler kullanılarak birçok yeni cihaz geliştirilmektedir ve yinelenmeyen mühendislik kısıtlamaları ve ayrıca pazara sunma süresi endişeleri nedeniyle tasarım takvimi süresi sınırlıdır . Sonuç olarak, yeni tasarımları mevcut cihazların güvenilirliğine dayandırmak mümkün değildir.
  4. Ölçek ekonomisi elde etmek için yarı iletken ürünler yüksek hacimlerde üretilmektedir. Ayrıca, bitmiş yarı iletken ürünlerin onarımı pratik değildir. Bu nedenle tasarım aşamasında güvenilirliğin dahil edilmesi ve üretim aşamasında varyasyonun azaltılması elzem hale gelmiştir.
  5. Yarı iletken cihazların güvenilirliği montaj, kullanım, çevre ve soğutma koşullarına bağlı olabilir. Cihaz güvenilirliğini etkileyen stres faktörleri arasında gaz , toz , kirlilik, voltaj , akım yoğunluğu, sıcaklık , nem , mekanik stres , titreşim , şok , radyasyon , basınç ve manyetik ve elektrik alanlarının yoğunluğu yer alır .

Yarı iletken güvenilirliğini etkileyen tasarım faktörleri şunları içerir: voltaj , güç ve akım düşüşü ; metastabilite ; mantık zamanlama marjları ( mantık simülasyonu ); zamanlama analizi ; sıcaklık düşüşü; ve süreç kontrolü .

İyileştirme yöntemleri

Yarı iletkenlerin güvenilirliği çeşitli yöntemlerle yüksek tutulur. Temiz odalar safsızlıkları kontrol eder , proses kontrol işlemeyi ve yanma (aşırı uçlarda kısa süreli çalışma) kontrol eder ve prob ve test kaçakları azaltır. Prob ( wafer prober ), test ekipmanına bağlı mikro problar aracılığıyla paketlemeden önce yarı iletken kalıbı test eder. Son test , çalışmayı garanti eden bir dizi parametre için genellikle yanma öncesi ve sonrası olmak üzere paketlenmiş cihazı test eder. Yarı iletkenlerin pazara sunulmadan önce kalifikasyon aşamasında bir dizi stres testi uygulanarak süreç ve tasarım zayıflıkları belirlenir e. g. göre AEC Q100 ve Q101 stres nitelikleri. Parça Ortalama Testi, daha yüksek güvenilirlik hatası olasılığına sahip yarı iletken kalıbı tanımak ve karantinaya almak için istatistiksel bir yöntemdir. Bu teknik, yüksek güvenilirlik uygulamaları için uygun olmayan risk altındaki aykırı değerler olarak bu popülasyon için spesifikasyon dahilinde olan ancak normal bir dağılımın dışında olan özellikleri tanımlar. Test Cihazına Dayalı Parça Ortalama Testi çeşitleri arasında Parametrik Parça Ortalama Testi (P-PAT) ve Coğrafi Parça Ortalama Testi (G-PAT) bulunur. Sıralı Parça Ortalama Testi (I-PAT), aykırı değer tanıma işlevini gerçekleştirmek için üretim süreci kontrol incelemesinden ve metrolojiden gelen verileri kullanır.

Bağ gücü ölçümü iki temel tipte yapılır: çekme testi ve kesme testi. Her ikisi de daha yaygın olan yıkıcı bir şekilde veya yıkıcı olmayan bir şekilde yapılabilir. Tahribatsız testler normalde askeri veya havacılık uygulamaları gibi aşırı güvenilirlik gerektiğinde kullanılır.

Arıza mekanizmaları

Elektronik yarı iletken cihazların arıza mekanizmaları aşağıdaki kategorilere ayrılır

  1. Malzeme etkileşimi kaynaklı mekanizmalar.
  2. Stres kaynaklı mekanizmalar.
  3. Mekanik olarak indüklenen arıza mekanizmaları.
  4. Çevresel kaynaklı arıza mekanizmaları.

Malzeme etkileşimine bağlı mekanizmalar

  1. Alan etkili transistör kapısı metal batması
  2. Ohmik kontak bozulması
  3. Kanal bozulması
  4. Yüzey durumu etkileri
  5. Ambalaj kalıplama kirliliği—ambalaj bileşenlerindeki kirlilikler elektrik arızasına neden olur

Stres kaynaklı arıza mekanizmaları

  1. Elektromigrasyon – çipteki malzemelerin elektriksel olarak indüklenen hareketi
  2. Tükenmişlik – lokalize aşırı stres
  3. Sıcak Elektron Yakalama – güç RF devrelerindeki aşırı hız nedeniyle
  4. Elektriksel Stres – Elektrostatik deşarj , Yüksek Elektro-Manyetik Alanlar ( HIRF ), Mandallama aşırı gerilimi , aşırı akım

Mekanik olarak indüklenen arıza mekanizmaları

  1. Kalıp kırılması – termal genleşme katsayılarının yanlış eşleşmesi nedeniyle
  2. Kalıp bağlantı boşlukları – üretim hatası – Taramalı Akustik Mikroskobu ile taranabilir.
  3. Sürünme yorulması veya intermetalik çatlaklar nedeniyle lehim bağlantısı hatası.
  4. Termal döngü nedeniyle kalıp tamponu/kalıplama bileşiği katmanlarının ayrılması

Çevresel kaynaklı arıza mekanizmaları

  1. Nem etkileri – paket ve devre tarafından nem emilimi
  2. Hidrojen etkileri – Devrenin bölümlerinin hidrojen kaynaklı bozulması (Metal)
  3. Diğer Sıcaklık Etkileri—Hızlandırılmış Yaşlanma, Sıcaklıkla Artan Elektro-göç, Artan Tükenme

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

  • Giulio Di Giacomo (1 Aralık 1996), Elektronik Paketlerin ve Yarı İletken Cihazların Güvenilirliği , McGraw-Hill
  • A. Christou & BA Unger (31 Aralık 1989), Semiconductor Device Reliability , NATO Science Series E
  • MIL-HDBK-217F Elektronik Ekipmanların Güvenilirlik Tahmini
  • MIL-HDBK-251 Güvenilirlik/Tasarım Termal Uygulamalar
  • MIL-HDBK-H 108 Ömür ve Güvenilirlik Testi için Örnekleme Prosedürleri ve Tabloları (Üssel Dağılıma Dayalı)
  • MIL-HDBK-338 Elektronik Güvenilirlik Tasarım El Kitabı
  • MIL-HDBK-344 Elektronik Ekipmanların Çevresel Stres Taraması
  • MIL-STD-690C Arıza Oranı Örnekleme Planları ve Prosedürleri
  • MIL-STD-721C Güvenilirlik ve Sürdürebilirlik Terimlerinin Tanımı
  • MIL-STD-756B Güvenilirlik Modelleme ve Tahmin
  • MIL-HDBK-781 Mühendislik Geliştirme, Kalifikasyon ve Üretim için Güvenilirlik Test Yöntemleri, Planları ve Ortamları
  • MIL-STD-1543B Uzay ve Füze Sistemleri için Güvenilirlik Programı Gereksinimleri
  • MIL-STD-1629A Arıza Modu, Etkileri ve Kritiklik Analizi Gerçekleştirme Prosedürleri
  • MIL-STD-1686B Elektrikli ve Elektronik Parçaların, Montajların ve Ekipmanların Korunması için Elektrostatik Deşarj Kontrol Programı (Elektrikle Başlatılan Patlayıcı Cihazlar Hariç)
  • MIL-STD-2074 Güvenilirlik Testi için Hata Sınıflandırması
  • MIL-STD-2164 Elektronik Ekipmanlar için Çevre Stres Tarama Prosesi
  • Yarı İletken Güvenilirlik El Kitabı (PDF) . Renesas Technology Corp dan 31 Ağustos 2006 Arşivlenen orijinal (PDF) 1 Aralık 2006 tarihinde.
  • Kayalı, S. "Temel Arıza Modları ve Mekanizmaları" (PDF) . Alıntı günlüğü gerektirir |journal=( yardım )
  • "Güvenilirlik Standartları ve El Kitapları" . Arşivlenmiş orijinal 8 Kasım 2005 tarihinde.
  • Akbari, Mohsen; Tavakoli Bina, Muhammed; Bahman, Amir Sajjad; Eskandari, Bahman; Pouresmaeil, Edris; Blaabjerg, Frede (2021). "Termal Yaşlanmayı Düşünen Çok Çipli IGBT Modülleri için Genişletilmiş Çok Katmanlı Termal Model" . IEEE Erişimi . 9 : 84217–84230. doi : 10.1109/ACCESS.2021.3083063 . S2CID  235455172 .
  • Ekberi, M.; Bahman, AS; Reigosa, PD; Iannuzzo, F.; Bina, MT (Eylül 2018). "Tekdüze olmayan sıcaklık ve elektrik akımı etkileşimlerini dikkate alarak tel bağlı güç modüllerinin termal modellemesi" . Mikroelektronik Güvenilirlik . 88–90: 1135–1140. doi : 10.1016/j.microrel.2018.07.150 .