半導體元器件失效的主要五個原因匯總解析
日期：2021-04-27 16:04:37 瀏覽量：2588 標簽: 元器件失效
半導體器件的失效通常是因為產生的應力超過了它們的最大額定值。 電氣應力、熱應力、化學應力、輻射應力、機械應力及其他因素都會造 成器件失效。器件失效會存在于產品的整個生命周期，如果缺乏對各個階段失效信息及失效器件的收集，失效分析工作將失去必要的“物質”基礎。因此，開展失效分析，必須首先在開發、生產、工程等階段建立失效信息和失效器件的收集制度。下面帶來半導體元器件失效主要五個原因匯總解析！
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1.元器件的設計
先進特征尺寸節點上，芯片老化是個日益嚴重的問題，但到目前為止，大多數設計團隊都沒有必要處理它。隨著新的可靠性要求在汽車等市場的提出，這些需要對影響老化的因素進行全面分析，這將發生重大變化。
人們通常都知道半導體器件會隨著時間的推移逐漸老化，但對于老化機制或導致芯片失效的制約因素卻毫不知情。此外，根據應用的不同，對器件的最短壽命有確定的要求。
對于消費類設備可能是2或3年，對于電信設備可能長達10年。鑒于老化過程復雜且通常難以完全預測，如今許多芯片設計經常采取冗余設計的方法，以確保足夠的余量來滿足可靠壽命工作的要求。
老化和可靠性是模擬設計師面臨的挑戰。今天的設計可能不會在明天運行，因為這些設計可能會發生降級，目前最重要的是必須確保滿足市場所有老化和可靠性的要求。
2.元器件的制造
半導體器件的制造涉及到測量僅幾納米的結構。作為參照，人類DNA鏈直徑為2.5nm，而人頭發直徑則為80，000至100，000nm。一粒塵?？梢源輾ЬA片上的幾個裸片。
如果裸片的尺寸變大，隨機失效的可能性就會增加。對于成熟的工藝節點，產率可能在80%到90%之間。然而，對于較新的節點，產率可能大大低于50%，盡管實際數字是嚴格保密的。
隨著設計逐漸演變成采用先進封裝的深亞微米技術，現有的仿真工具和設計方法無法很好地反映變化及其對可靠性的影響。這會導致設計流程出現漏洞，從而導致一些失敗。設計流程越來越多地允許在開發早期就考慮到變化，以最大限度地減少其影響，而冗余等設計技術可以減少需要丟棄的“幾乎可以工作”的芯片的數量。
3.ESD保護
通常，芯片會包含ESD保護，如果給芯片外部施加0.5V電壓，那么在1nm的介質上產生0.5mV/m的電場。這足以導致高壓電弧。對于封裝內的單個裸片，他們的目標是2kJ這樣的標準。
即使在運行期間，ESD事件也可能導致問題。在便攜式電子產品中，ESD可以導致許多類型的軟錯誤。在ESD事件期間，電源供電網絡(PDN)上可能會引起噪聲，原因在于某些IC(振蕩器IC、CPU和其他IC)的靈敏度，或是PDN的場耦合。
4.磁場對半導體影響
隨著智能手機、平板電腦終端的多功能化，其所需要的電源電壓也涉及多種規格，因此電源電路用電感器的使用數量呈現增加趨勢。電源電路用一體成型電感的要求小尺寸且支持大電流，并且在智能手機等一些使用電池的設備中要求損耗低。
因此，EMS是人們不得不擔心的新問題。能量注入測試是從150kHz開始注入1W能量，一直到1GHz。在每個頻率，你會向系統注入1W的能量。如果你沒有足夠的保護，就會沿著路徑進入芯片內部電路造成破壞，或者引腳上的電壓可能過高，如果電壓太高，就會產生過電應變。
5.開關電源
現在電源行業已從前三四年的市場低迷中走了出來，但開關電源市場競爭日趨激烈，我國電源企業僅僅依靠低成本制造在世界市場上已無優勢可言，與此同時，國外功率半導體供應商在電源行業的地位進一步加強。
雖然市場發展形勢被看好，但是在過去十多年，中國開關電源企業依靠低成本優勢，生產那些符合全球知名OEM企業質量和性能參數要求的產品，為取得成功，中國電源企業在眾多環節上做投資，越來越多的半導體生產商都采用嵌入式電源來降低產品成本，也使得功率越來越高。
芯片在惡劣環境中運行，在產品的生命周期中還面臨很大的挑戰，但是隨著制造尺寸變小以及采用新的封裝技術時，又會有新的影響產生，也就直接導致了器件性能研發的失敗。
