半(ban)導體(ti)器件(jian)的(de)失(shi)效通(tong)常是因為(wei)產生(sheng)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)超過了它們的(de)最(zui)大額定值(zhi)。 電氣應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、化學(xue)應(ying)(ying)力(li)(li)🥀(li)、輻射應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、機械(xie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)及(ji)其他因素都(dou)會造 成(cheng)器件(jian)失(shi)效。器件(jian)失(shi)效會存(cun)在于(yu)產品的(de)整個生(sheng)命周期(qi)，如果(guo)缺乏對各(ge)個階(jie)段失(shi)效信息(xi)及(ji)失(shi)效器件(jian)的(de)收(shou)集，失(shi)效分(fen)析(xi)(xi)工(gong)(gong)作將失(shi)去必要(yao)的(de)“物質”基(ji)礎。因此，開展失(shi)效分(fen)析(xi)(xi)，必須(xu)首先在開發、生(sheng)產、工(gong)(gong)程(cheng)等階(jie)段建立失(shi)效信息(xi)和失(shi)效器件(jian)的(de)收(🦂shou)集制(zhi)度。下面帶(dai)來半(ban)導體(ti)元器件(jian)失(shi)效主要(yao)五個原因匯總解析(xi)(xi)！

1.元器件(jian)的(de)設計

先(xian)進特征尺寸節點上，芯片老化是個日益嚴重的問(wen)題。隨著新(xin)的可(ke)靠性要(yao)求在汽車等(deng)市(shi)場的提出(chu)，這些需🔯要(yao)對影響老化的因素進行全面分析，這將發生重大變化。

人們通常都知(zhi)道(dao)半導體器(qi)件會隨著(zhu)時間的(de)推移逐(zhu)漸(jian)老化，但對(dui)于老化機制或導致芯片失效的(de)制約因素卻(que)毫不(bu)知(zhi)情。此外，根(gen)據應用的(♔de)不(bu)同，對(dui)器(qi)🅰件的(de)最短壽(shou)命有確定的(de)要求。

對(dui)于消費類(lei)設備(bei)可(ke)能是(shi)2或(huo)3年，對(dui)于電信設備(bei)可(ke)能長達10年。鑒于老(lao)化(hua)過程復(fu)雜(za)且通常(chang)(chang)難(nan)以(yi)完全(quan)預測(ce)，如今許(xu)多(duo)芯片(pian)設計經(jing)常(chang)(chang)采取冗余(yu)設計的(de)方(fang)法，以(yi)確🅷保足夠的(de)余(yu)量來滿足可(ke)靠(kao)壽命(ming)工(gong)作(zuo)的(de)要求。

老(lao)化和(he)(he)可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)是(shi)模擬設(she)計(ji)(ji)師面臨的挑(tiao)戰。今(jin)天的設(she)計(ji)(ji)可(ke)(ke)能(neng)(✃neng)不會在(zai)明天運行(xing)，因為這些(xie)設(she)計(ji)(ji)可(ke)(ke)能(neng)(neng)會發(fa)生降(jiang)級，目前最重要的是(shi)必(bi)須(xu)確(que)保滿足市場所(suo)有(you)老(lao)化和(he)(he)可(ke)(ke)ꦰ靠(kao)性(xing)的要求。

2.元(yuan)器件(jian)的制造

半導體器件的(de)制造涉及(ji)到測量僅(jin)幾(ji)納米(mi)的(de)結構。作為參照，人(ren)類(lei)DNA鏈直(zhi)徑為2.5nm，而人(ren)頭發直(zhi)徑則為80，000至100，000nm。一(yi)粒塵埃可以摧毀(hui)晶圓片上的(de)幾(ji)個裸片꧅。

如果裸片的尺寸變大(da)🥂，隨(sui)機失效的可(ke)能性就會增加。對于成熟(shu)的工藝(yi)節點(dian)，產(chan)(chan)率可(ke)能在(zai)80%到90%之間。然而，對于較新的節點(dian)，產(chan)(chan)率可(ke)能大(da)大(da)低(di)于50%，盡管(guan)實際(ji)數字是嚴格保密(mi)的。

隨著設計(jiꦡ)逐漸(jian)演變成采用先進封(feng)裝的(de)深亞微米技術，現有的(de)仿真工(gong)具和設計(ji)方法無法很好地(di)反(fan)映變化及其(qi)對可(ke)靠性的(de)影響(xiang)。這會導致設計(ji)流(liu)程出現漏洞，從而導致一些失(shi)敗(bai)。設計(ji)流(liu)程越(yue)來越(yue)多地(di)允許(xu)在開發(fa)早(zao)期(qi)就考慮到變化，以最大限度地(di)減少其(qi)影響(xiang)，而冗余等設計(ji)技術可(ke)以減少需要丟棄(qi)的(de)“幾乎可(ke)以工(gong)作(zuo)”的(de)芯(xin)片的(de)數量。

3.ESD保護

通常，芯(xin)片(pian)會包含ESD保護，如(ru)果給芯(xin)片(pian)外部施加0.5V電壓(ya)(ya)，那么(me)在(zai)1nm的(de)(de)介質上產(chan)生(sheng)0.5mV/m的(de)(de)電場。這(zhe)足以導致(zhi)高(gao)壓(ya)(ya)電弧。對(dui)于封裝內的(de)🃏(de)單(dan)個裸片(pian)，他們的(de)(de)目標(biao)是2kJ這(zhe)樣的(de)(de)標(biao)準。

即使(shi)在(zai)運行期(qi)間(jian)，ESD事件(jian)也可(ke)(ke)能(neng)(neng)導致問題(ti)。在(zai)便攜(xie)式電子產品中，ESD可(ke)(ke)以導致許多類(lei)型的(de)軟錯誤。在(zai)ESD事件(jian)期(qi)間(jian)，電源供(gong)電網絡(PDN)上可(ke)(ke)♏能(neng)(neng)會引起噪聲，原因在(zai)于(yu)某些IC(振(zhen)蕩(dang)器IC、CPU和其他(ta)IC)的(de)靈敏(min)度(du)，或是(shi)PDN的(de)場耦合。

4.磁場(chang)對半導體影響

隨著(ꦚzhu)智能(neng)(neng)手(shou)機、平板(ban)電(dian)(dian)(dian)腦終端的多功能(neng)(neng)化，其所需要(yao)的電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)壓也涉(she)及多種規(gui)格，因(yin)此電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)路(lu)用電(dian)(dian)(dian)感器的使用數量(liang)呈現(xian)增加(jia)趨(qu)勢(shi)。電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)路(lu)用一體成型電(dian)(dian)(dian)感的要(yao)求(qiu)小尺寸且支(zhi)持大電(dian)(dian)(dian)流，并且在智能(neng)(neng)手(shou)機等一些使用電(dian)(dian)(dian)池的設備(bei)中要(yao)求(qiu)損耗低。

因此，EMS是人們不得不擔心的(de)新問(wen)題(ti)。能(neng)量注(zhu)入測試是從150kHz開(kai)始注(zhu)入1W能(neng)量，一(yi)直到1GHz🐼。在(zai)每個頻率，你會向系統(tong)注(zhu)入1W的(de)能(neng)量。如(ru)果(guo)你沒有足(zu)夠的(de)保護，就(jiu)會沿著路徑進入芯片內部電(dian)路造成破壞，或者引腳(jiao)上的(de)電(dian)壓(ya)可能(neng)過(𝓀guo)高，如(ru)果(guo)電(dian)壓(ya)太(tai)高，就(jiu)會產生過(guo)電(dian)應變。

5.開關電源

現(xian)在電源(yuan)行業(ye)(ye)已從(cong)前三四(si)年的市場低迷中走了(le)出(chu)來，但開關(gu♑an)電源(yuan)市場競爭日趨激烈(lie)，我國電源(yuan)企業(ye)(ye)僅僅依靠低成本制造在世界市場上已無優勢可言(yan)，與此同時，國外功率(lv)半導體供應商在電源(yuan)行業(ye)(ye)的地位進(jin)一步(bu)加強。

雖然(ran)市場發展形勢被看好，但是在(zai)過(guo)去十多年，中(zhong)國開(kai)關電(dian)源(yuan)企業依靠低成(cheng)(cheng)本優勢，生產(chan)那些符合(he)全球(qiu)知(zhi)名OEM企業質量和性能參數(shu)要求的產(chan)品(pin)，為取得(de)成(cheng)(cheng)功(gong)，中(zhong💖)國電(dian)源(yuan)企業在(zai)眾(zhong)多環節(jie)上做投資(zi)，越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)多的半(ban)導體生產(chan)商都采用嵌入式電(dian)源(yuan)來(lai)降低產(chan)品(pin)成(cheng)(cheng)本，也使得(de)功(gong)率越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)高。

芯(xin)片在(zai)惡(e)劣環境(jing)中運(yun)行(xing)，在(zai)產品的(de)(de)生命(ming)周(zhou)期中還面臨很大的(de)(de)挑戰，但是(shi)隨(sui)著制造尺寸(cun)變(bian)小(xiao)以及(ji)采(cai)用新的(de)(de)封(feng)裝技術時，又會(hui)有新♒的(de)(de)影(ying)響(xiang)產生，也(ye)就(jiu)直接導致了器(qi)件性能研發的(de)(de)失敗。