05微电子器件可靠性-可靠性设计.ppt

哈工大电子科学与技术专业  微电子器件可靠性 主讲人：张兴宝 哈工大电子科学与技术专业 §5.1 可靠性设计的基本概念 5.1.2 微电路可靠性设计的基本含义 微电路可靠性设计是指在进行功能、特性设计的同时，针对电路产品在以后的工作条件和应用环境下，以及在规定的工作时间内可能出现的失效模式，采用相应的设计技术，使这些失效模式能得到控制或清除,从而使设计方案能同时满足其功能、特性和可靠性要求。 基础工作：首先要确立失效机理的可靠性模型，然后在电路设计时进行可靠性考虑。 查找微电路设计方案中的可靠性薄弱环节。 改进电路、版图设计。 提高IC承受各种应力的能力。 §5.1 可靠性设计的基本概念 5.1.3 微电路可靠性设计技术的分类 常规可靠性设计技术。冗余设计、降额设计、灵敏度设计、中心值优化设计 针对主要失效模式的器件设计技术。通过合理设计器件结构、几何尺寸来避免热载流子效应、闩锁效应等 针对主要失效模式的工艺技术措施。采用新的工艺技术，调整工艺参数，合适的外壳封装材料，改进密封技术等 微电路可靠性计算机模拟技术。电路结构、版图布局及布线、可靠性特征参数→输入计算机→结果预测可靠性水平 §5.1 可靠性设计的基本概念 针对2、3失效模式采取的主要方法： 通过对埋层杂质分布的优化，减小软误差率 采用LDD结构，减弱强电场。改善氧化工艺，提高栅氧化层质量，降低缺陷。（降低热电子效应） 闩锁效应。N沟道器件下方加P+埋层， P沟道器件下方加N+埋层 静电放电损伤 金属化层电迁移 钝化层完整性 §5.1 可靠性设计的基本概念 5.1.4 微电路可靠性设计的特点 整机与系统的可靠性设计 图5.1 微电路可靠性设计的特点 a.以失效模式为对象，围绕如何控制或消除这些失效模式进行设计工作的。 b.尚未形成比较全面、系统的理论体系。 c.尚未达到定量设计的程度。 d.需进行定量分析计算的工作有两类：一是直接引用整机系统中的设计技术（降额设计、灵敏度分析等）；二是微电路的可靠性模拟，其作用对应于电路模拟在电路设计中的作用，主要进行可靠性的模拟验证。 §5.2 常规可靠性设计技术 5.2.1 降额设计 定义：降额设计就是使元器件或设备工作时承受的工作应力适当低于元器件的额定值，从而达到降低故障率，提高可靠性的原因。 降额等级 a.Ⅰ级降额：最大的降额，适用于设备故障会危及安全，导致任务失败和造成严重经济损失情况的统计，它是保证设备可靠性的最大降额。 b.Ⅱ级降额：是中等降额，适用于设备故障将会使工作任务降级和发生不合理的维修费用情况的设计。 c.Ⅲ级降额：是最小降额，适用于设备故障只对任务完成有小的影响和可修复设备花费较少的情况。 §5.2 常规可靠性设计技术 3.降额准则 a.军用标准GJB/Z35《元器件降额准则》 放大器降额： Ⅰ Ⅱ Ⅲ 电源电压 0.7 0.8 0.8 输入电压 0.6 0.7 0.7 输出电压 0.7 0.8 0.8 功率 0.7 0.75 0.8 b.考虑降额引起的问题 如版图面积增大，影响电路的某些特性参数 4. 降额与失效率的关系 图5.2 晶体管失效与功率降额的关系 §5.2 常规可靠性设计技术 5.2.2 冗余设计 定义：在构成电路或设备系统时，具有一套以上能完成给定功能的单元，并使系统在工作过程中即使有一单元出现失效，整个系统仍然能正常工作的设计。 冗余系统分类 （贮备系统） 工作贮备：后备单元与通常工作单元以某种方式相连，同时处于工作状态。按连接方式：a.并联贮备b.表决贮备c.串并组合贮备。 非工作贮备：后备单元处于待命状态，一旦系统中的检测装置探测到工作单元出现失效，立