Time： 2020-10-16 韋克威科技

電子元器件的可靠性與失效分析（三）

微電子封裝技術(shù)與失效

1、微電子封裝的分級(jí)：

? 零級(jí)封裝：通過(guò)互連技術(shù)將芯片焊區(qū)與各級(jí)封裝的焊區(qū)連接起來(lái)；

? 一級(jí)封裝(器件級(jí)封裝)：將一個(gè)或多個(gè)IC芯片用適宜的材料封裝起來(lái)，并使芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳用引線鍵合(WB)、載帶自動(dòng)焊(TAB)和倒裝焊(FC)連接起來(lái)，使之成為有功能的器件或組件，包括單芯片組件SCM和多芯片組件MCM兩大類

? 二級(jí)封裝(板極封裝)：將一級(jí)微電子封裝產(chǎn)品和無(wú)源元件一同安裝到印制板或其他基板上，成為部件或整機(jī)。

? 三級(jí)封裝(系統(tǒng)級(jí)封裝)：將二極封裝產(chǎn)品通過(guò)選層、互連插座或柔性電路板與母板連接起來(lái)，形成三維立體封裝，構(gòu)成完整的整機(jī)系統(tǒng)(立體組裝技術(shù))

2、微電子的失效機(jī)理

（1）熱/機(jī)械失效

脆性斷裂

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一值時(shí)，陶瓷、玻璃和硅等脆性材料易發(fā)生脆性斷裂。斷裂一般發(fā)生在有初始裂紋和刻痕的地方，當(dāng)原有裂紋擴(kuò)展到器件的有源區(qū)時(shí)，器件將失效。

應(yīng)力遷移(Stress Migration)

引子：銅互連替代鋁互連，雖然銅的電阻率較低，抗電遷移和應(yīng)力遷移能力強(qiáng)，但應(yīng)力遷移誘生空洞，導(dǎo)致電阻增大甚至完全斷裂

出現(xiàn)條件：應(yīng)力梯度—絕緣介質(zhì)與銅之間的熱失配所致

位置：通孔和金屬連線邊緣等應(yīng)力集中區(qū)域

影響因素：應(yīng)力、應(yīng)力梯度、互連結(jié)構(gòu)、工作溫度、金屬介質(zhì)界面粘附性、互連材料的微觀結(jié)構(gòu)

銅導(dǎo)線上的應(yīng)力遷移空洞

（2）電致失效

電遷移(Electronic Migration)

強(qiáng)電流經(jīng)過(guò)金屬線時(shí)，金屬離子等會(huì)在電流及其他因素相互作用下移動(dòng)并在線內(nèi)形成孔隙或裂紋的現(xiàn)象

原因：電場(chǎng)作用下金屬離子擴(kuò)散所致，不同材料機(jī)制不同：

焊點(diǎn)：晶格擴(kuò)散

鋁互連線：晶界擴(kuò)散

銅互連線：表面擴(kuò)散

驅(qū)動(dòng)力：電子與離子動(dòng)量交換和外電場(chǎng)產(chǎn)生的綜合力、非平衡態(tài)離子濃度產(chǎn)生的擴(kuò)散力、機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力

影響因素：

幾何因素：長(zhǎng)度、線寬、轉(zhuǎn)角、臺(tái)階、接觸孔等

材料性質(zhì)：銅最好、鋁較差、鋁銅合金介于其中

（3）金屬遷移

? 失效模式：金屬互連線電阻值增大或開(kāi)路

? 失效機(jī)理：電子風(fēng)效應(yīng)

? 產(chǎn)生條件：電流密度大于10E5A/cm2

高溫

? 糾正措施：高溫淀積，增加鋁顆粒直徑，摻銅，降低工作溫度，減少階梯，銅互連、平面化工藝

互連線和焊點(diǎn)的電遷移

（4）閂鎖效應(yīng)(Latch-up)----寄生PNPN效應(yīng)

由于MOS管存在寄生晶體管效應(yīng)(CMOS管下面會(huì)構(gòu)成多個(gè)晶體管，它們自身可能構(gòu)成一個(gè)電路)，若電路偶然出現(xiàn)使該寄生晶體管開(kāi)通的條件，則寄生電路會(huì)極大影響正常電路的動(dòng)作，使原MOS電路承受大于正常狀態(tài)很大的電流，可使電路迅速燒毀。

閂鎖狀態(tài)下器件在電源與地之間形成短路，造成大電流、過(guò)電應(yīng)力和器件損壞

通信接口集成電路的閂鎖失效

（5）熱載流子效應(yīng)(Hot Carrier Injection

柵極電壓Vg小于漏極電壓Vd時(shí)，柵極絕緣膜下的溝道被夾斷，漏極附近電場(chǎng)增高；

源極流經(jīng)此區(qū)的電子成為熱電子，碰撞增多---漏極雪崩熱載流子；

注入柵極二氧化硅膜中，使其產(chǎn)生陷阱和界面能級(jí)，閾值電壓增加，氧化層電荷增加或波動(dòng)不穩(wěn)，器件性能退化

（6）與時(shí)間相關(guān)的介質(zhì)擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdron)

擊穿模型：I/E(空穴擊穿)，E(熱化學(xué)擊穿)

I/E模型：電子穿越氧化膜?產(chǎn)生電子陷阱和空穴陷阱+電子空穴對(duì)?空穴隧穿回氧化層，形成電流?空穴易被陷阱俘獲?在氧化層中產(chǎn)生電場(chǎng)?缺陷處局部電流不斷增加，形成正反饋?陷阱互相重疊并連成一個(gè)導(dǎo)電通道時(shí)，氧化層被擊穿。

E模型：熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程，處于熱應(yīng)力和外加電場(chǎng)下的偶極子相互作用破壞了Si-O鍵而產(chǎn)生擊穿。

3、電化學(xué)失效

? 金屬遷移----從鍵合焊盤(pán)處開(kāi)始的金屬枝晶生長(zhǎng)，是一金屬離子從陽(yáng)極區(qū)向陰極區(qū)遷移的電解過(guò)程。

現(xiàn)象：橋連區(qū)的泄漏電流增加，甚至短路

遷移離子：Ag,Pb,Sn,Au,Cu

預(yù)防銀遷移的方法：

使用銀合金；

在布線布局設(shè)計(jì)時(shí)，避免細(xì)間距相鄰導(dǎo)體間的電流電位差過(guò)高；

設(shè)置表面保護(hù)層；

清洗助焊劑殘留物

? 腐蝕

出現(xiàn)條件：封裝內(nèi)存在潮氣和離子沾污物

本質(zhì)：電化學(xué)反應(yīng)

混合集成電路的電化學(xué)腐蝕

? 金屬間化合物

? 優(yōu)點(diǎn)：提高結(jié)合力

? 缺點(diǎn)：過(guò)量的金屬間化合物會(huì)使局部脆化

標(biāo)簽: 軍用電子元器件微電子封裝

顯微儀器有限公司

Microinstruments Co. LTD

一家集研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售于一體的綜合型企業(yè)；

擁有光學(xué)設(shè)計(jì)和圖像視覺(jué)方面技術(shù)團(tuán)隊(duì)；

為用戶提供個(gè)性化的優(yōu)質(zhì)光學(xué)儀器。

咨詢熱線：0731-0000-0000（王經(jīng)理）

人妻夜夜爽天天爽爽一区丨18禁黄网站禁片无遮挡观看丨亚洲欧美日韩国产成人一区丨国产亚洲3p无码一区二区丨亚洲www啪成人一区二区

電子元器件的可靠性與失效分析（三）