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由应用引起的各类器件失效机理分析

嘉峪检测网        2022-01-24 22:21

电热效应引起的失效

 

电热效应失效机理

 

      在热传递的路径上,任意两点间的温差与热流之比称为热阻。当热阻过大时,产生的热量难以散发出去时,会使结温过高,引起晶体管的过热烧毁。

 

破坏性失效

 

      热应力大到一定程度后会对器件产生破坏作用,如管壳出现纹,引线封接处裂开等。

 

      改进措施:选用相近的材料,加强玷污控制,保证焊接表面清洁,改进工艺,防止焊接面裂纹及空隙的产生。

 

热疲劳

 

      器件工作时,由于材料间的热膨胀系数不同及温度变化,在焊接面间产生周期性的剪切应力,使硅片龟裂或焊料“疲劳”而龟裂。

 

      改进措施:提高焊料抗拉强度,焊料面中间用垫片过渡或硅片背面多次金属化,以降低材料间的热膨胀系数差,密封金属壳中充以高纯氮也可以改变热疲劳状况。

 

二次击穿

 

      二次击穿发生时,有过量电流流过PN结,温度很高,使PN结烧毁。

 

      改进措施:在发射极和集电极上串接镇流电阻,提高二次击穿耐量。针对性地加强工艺控制,确保工艺质量。使用时根据手册使其在安全工作区内,在此区域内不会引起二次击穿或特性的缓慢变化。

 

静电放电引起的失效

 

      集成电路在加工生产、组装、存储及运输过程中,可能与带静电的电容、测试设备及操作人员相接触所带静电经过器件引线放电到地,使器件受到损伤或失效,它对各类器件都有损伤,而MOS器件特别敏感。静电放电失效机理可分为过电压场致失效和过电流热致失效。

 

损伤机理与部位

 

      1.PN结短路。由于ESD引起PN结短路是常见的失效现象,它是放电电流流经PN结时产生的焦耳热使局部铝-硅熔融生成合金钉穿透PN结造成的。

 

      2.连线和多晶硅的损伤。互连线通过电流的能力是截面积的函数,当有过电流应力存在时,也会过热而开路,这在厚度较薄的台阶处更容易发生。

 

      3.栅氧穿透。若静电使氧化层中的场强超过其临界击穿场强,将使氧化层产生穿透,这在氧化层中有针孔缺陷时极易发生。

 

静电损伤模式

 

      1.突发性失效:使器件的一个或多个参数突然劣化,完全失去规定功能,通常表现为开路,短路或电参数严重漂移,漏电流增大甚至穿通。

 

      2.潜在性失效;

 

      3.静电损伤模型;

 

      4.防护措施:增加屏蔽和隔离措施、通过增大接地面积改善电荷泄漏通路等;选择ESD特性好的记忆芯片;增设ESD保护电路,抵御外来静电。

 

电浪涌损伤失效

 

      电涌浪,即电瞬变,是过电应力的一种,虽然平均功率很小,但瞬时功率很大,对半导体器件带来的危害特别大,轻则引起电路出现逻辑错误,重则是器件受到损伤或引起功能失效。

 

电浪涌产生的机理

 

      电涌浪来源:交流220V电压突变;核爆炸瞬间;信号系统浪涌;电感负载的反电动势。

 

防浪涌措施

 

      过流保护:现在可选择多种技术以提供过流保护,这些技术包括传统的熔丝管、薄膜保险丝和基于聚合物的正温度系数器件。

 

      过压保护:采用二极管、瞬态电压抑制器和ESD抑制器以提供过电压电路的保护。

 

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来源:CRAFE