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電熱效應(yīng)引起的失效

電熱效應(yīng)失效機(jī)理

      在熱傳遞的路徑上，任意兩點(diǎn)間的溫差與熱流之比稱為熱阻。當(dāng)熱阻過(guò)大時(shí)，產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)出去時(shí)，會(huì)使結(jié)溫過(guò)高，引起晶體管的過(guò)熱燒毀。

破壞性失效

      熱應(yīng)力大到一定程度后會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生破壞作用，如管殼出現(xiàn)紋，引線封接處裂開(kāi)等。

      改進(jìn)措施：選用相近的材料，加強(qiáng)玷污控制，保證焊接表面清潔，改進(jìn)工藝，防止焊接面裂紋及空隙的產(chǎn)生。

熱疲勞

      器件工作時(shí)，由于材料間的熱膨脹系數(shù)不同及溫度變化，在焊接面間產(chǎn)生周期性的剪切應(yīng)力，使硅片龜裂或焊料“疲勞”而龜裂。

      改進(jìn)措施：提高焊料抗拉強(qiáng)度，焊料面中間用墊片過(guò)渡或硅片背面多次金屬化，以降低材料間的熱膨脹系數(shù)差，密封金屬殼中充以高純氮也可以改變熱疲勞狀況。

二次擊穿

      二次擊穿發(fā)生時(shí)，有過(guò)量電流流過(guò)PN結(jié)，溫度很高，使PN結(jié)燒毀。

      改進(jìn)措施：在發(fā)射極和集電極上串接鎮(zhèn)流電阻，提高二次擊穿耐量。針對(duì)性地加強(qiáng)工藝控制，確保工藝質(zhì)量。使用時(shí)根據(jù)手冊(cè)使其在安全工作區(qū)內(nèi)，在此區(qū)域內(nèi)不會(huì)引起二次擊穿或特性的緩慢變化。

靜電放電引起的失效

      集成電路在加工生產(chǎn)、組裝、存儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中，可能與帶靜電的電容、測(cè)試設(shè)備及操作人員相接觸所帶靜電經(jīng)過(guò)器件引線放電到地，使器件受到損傷或失效，它對(duì)各類器件都有損傷，而MOS器件特別敏感。靜電放電失效機(jī)理可分為過(guò)電壓場(chǎng)致失效和過(guò)電流熱致失效。

損傷機(jī)理與部位

      1.PN結(jié)短路。由于ESD引起PN結(jié)短路是常見(jiàn)的失效現(xiàn)象，它是放電電流流經(jīng)PN結(jié)時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱使局部鋁-硅熔融生成合金釘穿透PN結(jié)造成的。

      2.連線和多晶硅的損傷。互連線通過(guò)電流的能力是截面積的函數(shù)，當(dāng)有過(guò)電流應(yīng)力存在時(shí)，也會(huì)過(guò)熱而開(kāi)路，這在厚度較薄的臺(tái)階處更容易發(fā)生。

      3.柵氧穿透。若靜電使氧化層中的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)其臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，將使氧化層產(chǎn)生穿透，這在氧化層中有針孔缺陷時(shí)極易發(fā)生。

靜電損傷模式

      1.突發(fā)性失效：使器件的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)突然劣化，完全失去規(guī)定功能，通常表現(xiàn)為開(kāi)路，短路或電參數(shù)嚴(yán)重漂移，漏電流增大甚至穿通。

      2.潛在性失效；

      3.靜電損傷模型；

      4.防護(hù)措施：增加屏蔽和隔離措施、通過(guò)增大接地面積改善電荷泄漏通路等；選擇ESD特性好的記憶芯片；增設(shè)ESD保護(hù)電路，抵御外來(lái)靜電。

電浪涌損傷失效

      電涌浪，即電瞬變，是過(guò)電應(yīng)力的一種，雖然平均功率很小，但瞬時(shí)功率很大，對(duì)半導(dǎo)體器件帶來(lái)的危害特別大，輕則引起電路出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，重則是器件受到損傷或引起功能失效。

電浪涌產(chǎn)生的機(jī)理

      電涌浪來(lái)源：交流220V電壓突變；核爆炸瞬間；信號(hào)系統(tǒng)浪涌；電感負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)。

防浪涌措施

      過(guò)流保護(hù)：現(xiàn)在可選擇多種技術(shù)以提供過(guò)流保護(hù)，這些技術(shù)包括傳統(tǒng)的熔絲管、薄膜保險(xiǎn)絲和基于聚合物的正溫度系數(shù)器件。

      過(guò)壓保護(hù)：采用二極管、瞬態(tài)電壓抑制器和ESD抑制器以提供過(guò)電壓電路的保護(hù)。