電子產(chǎn)品可靠性的影響因素、失效模式及可靠性設(shè)計
1、電子產(chǎn)品可靠性
電子產(chǎn)品的可靠性受設(shè)計、制造、封裝、運輸以及使用環(huán)境等諸多因素的影響。掌握電子元器件的失效機(jī)理、失效影響因素/參數(shù)，有針對性改進(jìn)電子產(chǎn)品的設(shè)計，是電子產(chǎn)品研制企業(yè)關(guān)注的重點。由于電子產(chǎn)品可靠性相關(guān)的因素較多，要提高電子產(chǎn)品的可靠性，首先需要了解、掌握電子產(chǎn)品有什么失效機(jī)理、電子產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程中哪些參數(shù)是與其可靠性相關(guān)的等。本文基于國內(nèi)外企業(yè)經(jīng)驗，梳理分析電子產(chǎn)品的可靠性影響因素及改進(jìn)設(shè)計方法。
2、電子產(chǎn)品主要制造因素與可靠性 本文梳理了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及Toshiba等企業(yè)的電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計經(jīng)驗基礎(chǔ)上，梳理形成電子產(chǎn)品主要制造因素與可靠性關(guān)系，給出各制造環(huán)節(jié)與可靠性相關(guān)的項目、參數(shù)、故障模式。
| 階段 | 項目 | 相關(guān)參數(shù) | 主要故障模式 |
|---|---|---|---|
| 設(shè)計 | 晶體管（雙極） | 尺寸、形狀（集線極、基極、發(fā)射極） 雜質(zhì)濃度、擴(kuò)散深度 | 電流放大系數(shù)變化、短路、開路 |
| 晶體管（MOS） | 尺寸、形狀（寬度/長度），柵膜厚度 | 電壓變化、擊穿電壓退化、漏電流增大 | |
| 絕緣體 | 寬度，擴(kuò)散深度、雜質(zhì)濃度 | 寄生晶體管，漏電流增加，擊穿電壓降低 | |
| 電阻（擴(kuò)散） | 尺寸和形狀，擴(kuò)散深度、雜質(zhì)濃度 | 擊穿電壓退化、漏電流增加，短路，開路，阻值變化 | |
| 電阻（多晶硅，W） | 尺寸和形狀，雜質(zhì)濃度，薄膜厚度 | 開路，短路，阻值變化 | |
| 內(nèi)部布線（鋁/銅/硅） | 尺寸和形狀，薄膜厚度 | 開路，短路，阻值變化 | |
| 內(nèi)部布線（多晶硅，W） | 尺寸和形狀，薄膜厚度，雜質(zhì)濃度 | 開路，短路，阻值變化 | |
| 內(nèi)部布線觸點 | 尺寸和形狀，接觸組合（鋁/銅/硅、鋁/銅/聚硅鎢嵌入等） | 開路，短路（穿孔），阻值變化 | |
| 阻隔層 | 尺寸和形狀，薄膜厚度 | 開路，短路 | |
| 焊盤 | 尺寸和形狀，拉絲形狀 | 斷開連接，斷開接線 | |
| 焊盤布局 | 焊盤間距、封裝鍵合相對位置 | 鍵合線斷絲缺陷 鍵合線位移（樹脂模） | |
| 凸塊 | 尺寸和形狀 | 凸塊開裂 | |
| 輸入/輸出引腳保護(hù)電路 | 保護(hù)電阻，保護(hù)二極管/晶體管 | 靜電擊穿，浪涌擊穿 | |
| 制造工藝 | 抗蝕涂層 | 漆膜厚度、灰塵、異物粘附、抗蝕劑 | 接線開路/短路、電阻變化、擊穿電壓退化、漏電流增加、電壓互感變化 |
| 掩模對準(zhǔn) | 對準(zhǔn)精度 | 接線開路/短路、電阻變化、擊穿電壓退化、漏電流增加、電壓互感變化 | |
| 暴露時間 | 時間，照明 | 接線開路/短路、電阻變化、擊穿電壓退化、漏電流增加、電壓互感變化 | |
| 成型 | 時間，成型方案 | 接線開路/短路、電阻變化、擊穿電壓退化、漏電流增加、電壓互感變化 | |
| 蝕刻 | 時間，溫度，蝕刻方法 | 接線開路/短路、電阻變化、擊穿電壓退化、漏電流增加、電壓互感變化 | |
| 氧化膜（熱氧化膜法） | 溫度，時間，反應(yīng)氣體，膜厚 | 電壓變化，電流放大系數(shù)變化，漏電流增加，擊穿電壓降低 | |
| 氧化膜（CVD法） | 溫度，時間，反應(yīng)氣體，膜厚 | 電壓變化，電流放大系數(shù)變化，漏電流增加，擊穿電壓降低 | |
| 擴(kuò)散（散熱） | 溫度、時間、雜質(zhì)濃度、擴(kuò)散深度 | 電壓變化，電流放大系數(shù)變化，漏電流增加，擊穿電壓降低 | |
| 擴(kuò)散（離子注入） | 電壓加速，劑量，離子源注入深度 | 電壓變化，電流放大系數(shù)變化，漏電流增加，擊穿電壓降低 | |
| 電極形成（鋁/銅/硅） | 蒸發(fā)工藝、溫度、膜厚 | 開路，短路 | |
| 電極形成（多晶體硅，W） | 溫度，時間，反應(yīng)氣體，膜厚 | 開路，短路 | |
| 金屬隔層 | 溫度，時間，反應(yīng)氣體，膜厚 | 開路，短路 | |
| 磨片 | 磨削方法、磨削壓力、磨削速度、表面狀況 | 晶圓裂紋、表面燒傷（變色、電阻增加）、晶圓曲線 | |
| 切片 | 切割方法，晶圓厚度 | 芯片裂紋、劃痕、開口、短路 | |
| 貼片 | 貼片方法，拾取方法，溫度，貼片材料（（Au-Si、環(huán)氧樹脂、DAF等） | 貼片突出，貼片裂紋，劃痕，開路，短路 | |
| 引線焊接 | 引線焊接方法（熱壓鍵合、超聲等）、導(dǎo)線材料（金、鋁、銅、銀）、導(dǎo)線直徑 | 開路，短路 | |
| 密封（密封樹脂） | 鑄造方法、溫度、時間材料特性（熱膨脹系數(shù)、雜質(zhì)） | 芯片開裂，氣泡，開路，短路金屬絲腐蝕斷裂，表貼差 | |
| 外部引線 | 引線成型方法，尺寸，形狀 | 封裝損傷，引線形狀，缺陷，引線損傷 | |
| 引線表面處理 | 處理方法（電鍍、浸漬），保護(hù)材料（金，錫，焊料等） | 生銹，接觸不良，焊接不良，電線腐蝕斷裂 | |
| 焊球 | 球材料，溫度，清洗方法 | 球分離，球變色，基體裂紋 | |
| 封裝切割 | 切割方法，切割速度 | 尺寸錯誤，封裝裂紋，附著力退化 | |
| 激光刻字 | 激光方法，激光輸出，樹脂表面情況 | 芯片損壞（激光穿透），可見度降低 | |
| 墨水噴碼 | 溫度，時間，標(biāo)記劑 | 標(biāo)記擦除，錯位 | |
| 密封方法 | 玻璃、金屬焊接、金屬熔化樹脂焊接、密封條件 | 氣密性差，特性差，泄漏電流大，電線腐蝕斷線 | |
| 封裝設(shè)計（氣密密封） | 密封氣體 | 化學(xué)反應(yīng)性，含水量 | 性能差，漏電增加，電線腐蝕斷裂 |
| 封裝材料 | 玻璃、陶瓷、金屬、樹脂熱膨脹率、機(jī)械強(qiáng)度 | 封裝損壞，氣密性差，性能差，熱耗散 | |
| 封裝形狀和尺寸 | 芯片尺寸，密封尺寸裕度 | 氣密性差，性能差 | |
| 引線材料 | 電導(dǎo)率、硬度、熱膨脹率、耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度 | 接觸不良，導(dǎo)線損壞 | |
| 電鍍材料 | 電鍍材料成分、溫度、電流 | 可焊性差，晶須 | |
| 封裝設(shè)計（樹脂密封） | 引線形狀和尺寸 | 引線橫截面形狀、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度 | 引線損傷 |
| 密封方法 | 轉(zhuǎn)移模具，灌封，其他 | 開路，短路（連接線） | |
| 密封樹脂材料 | 基底樹脂、固化劑、耐化學(xué)性、雜質(zhì)、熱膨脹率、導(dǎo)熱系數(shù) | 參數(shù)變差，開路，短路，（連接線），電線腐蝕斷裂 | |
| 封裝形狀和尺寸 | 芯片尺寸相關(guān)性，密封尺寸裕度 | 外部引線缺失、開路、短路、電線腐蝕斷裂 | |
| 鑄造條件 | 溫度、時間、壓力 | 開路、短路（接合線）、接合線移位 | |
| 引線材料 | 電導(dǎo)率、硬度、熱膨脹率、耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度 | 接觸不良，導(dǎo)線損壞 | |
| 電鍍材料 | 電鍍材料成分、溫度、電流 | 可焊性差，晶須 |
注：廣州寶順持續(xù)跟進(jìn)國內(nèi)外可靠性工程技術(shù)發(fā)展動態(tài)，可通過官網(wǎng)、公眾號了解相關(guān)動態(tài)信息。