工藝與器件的可靠性分析

電子器件與工藝的可靠性分析目錄1.電子器件可靠性研究的意義；2.電子器件可靠性的內(nèi)容；

1).設(shè)計(jì)可靠性；

2).工藝可靠性；

3).封裝可靠性；

4).使用可靠性；

5).系統(tǒng)可靠性。3.設(shè)計(jì)可靠性

1).使用對器件性能的要求；

2).環(huán)境對器件的要求；

3).設(shè)計(jì)的寬限度目錄4.工藝可靠性

1).氧化

2).擴(kuò)散

3).離子注入

4).光刻

5).隔離

6).接觸

7).互聯(lián)

8).封裝5.封裝可靠性

1).管殼選擇

2).鍵合連接方式

3).封裝方式

4).接地

5).特殊要求

6.使用可靠性

1).工作電壓及穩(wěn)定性；

2).負(fù)載電流及穩(wěn)定性；

3).工作溫度；

4).靜電保護(hù)；

可靠性試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)可靠性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代可靠性評價(jià)技術(shù)的發(fā)展一.電子器件可靠性研究的意義對正常使用提供預(yù)期保證從可靠性測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析中可以得到器件正常使用的大致時(shí)間，提前安檢、維修、或更新，從而保證安全使用。2.對器件設(shè)計(jì)提供實(shí)際指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)在可靠性測試中出現(xiàn)故障的器件解剖分析，尋找故障原因，更該設(shè)計(jì)參數(shù)或指標(biāo)，提高器件性能。3.對器件工藝的規(guī)范或修改提供依據(jù)可靠性高的器件制造工藝可以固定并規(guī)范，可靠性差的工藝必須修改并完善。二.設(shè)計(jì)可靠性分析1.使用對器件性能設(shè)計(jì)的要求

在設(shè)計(jì)

電子器件時(shí)，首先要充分了解和滿足使用對器件性能的要求，并且必須保證相當(dāng)?shù)膶捜荻龋@些要求主要是：

a.工作電壓；

b.驅(qū)動(dòng)電流；

c.靜態(tài)電流；

d.速度或延時(shí)；

e.靈敏度或探測率等對電子器件，特別是集成電路的工作電壓，設(shè)計(jì)時(shí)主要從隔離方法、寄生效應(yīng)、場開啟電壓、溝道長度、P-N結(jié)深度和結(jié)的緩變或突變形式等考慮。對于集成電路的驅(qū)動(dòng)電流，設(shè)計(jì)時(shí)主要從寬長比、MOS管的導(dǎo)通電阻、互聯(lián)線種類、寬度等考慮對于靜態(tài)電流，主要從溝道長度、重離子沾污、隔離方法、開啟電壓等方面考慮對于速度與延時(shí)的指標(biāo)主要考慮的是溝道長度、溝道類型、串聯(lián)電阻（寬長比、P溝還是N溝、金屬連接還是多晶硅、p型摻雜互聯(lián)或n摻雜互聯(lián)）等對于哪些傳感器、探測器，必須考慮靈敏度、探測率這需要通盤設(shè)計(jì)器件探測、放大、阻抗匹配、結(jié)構(gòu)等因素三、工藝可靠性分析擴(kuò)散

擴(kuò)散是重要的摻雜手段，是p-n結(jié)形成或隔離、抗漏電等的主要電子器件工藝。擴(kuò)散出現(xiàn)的影響器件可靠性的問題主要有：

a.濃度非均勻原因：恒溫區(qū)偏離、氣流分布

b.結(jié)深偏差原因：參數(shù)設(shè)計(jì)偏差

c.擴(kuò)散雜質(zhì)穿透原因：阻擋層厚度偏差

d.雜質(zhì)污染原因：爐管污染

e.后高溫過程中雜質(zhì)的擴(kuò)散

2.氧化

氧化對器件可靠性影響的主要問題在于：氧化缺陷的生成氧化應(yīng)力的產(chǎn)生薄氧化層成長與理論值的差別介面態(tài)問題針孔密度與擊穿可動(dòng)離子與重金屬污染氧化的均勻性問題氧化誘生堆多層錯(cuò)高溫和低溫氧化都不利于形成堆垛層錯(cuò)

3.離子注入離子注入是高精度的摻雜手段，它的工藝可靠性直接影響著器件的性能，離子注入容易出問題的地方主要是：

a.分析器：對離子的分選、荷質(zhì)比相同峰的區(qū)分

b.電荷積分儀:二次電子遏制、中性離子

c.掃描頻率選擇：fy:fx~不能為整數(shù)

d.靜電堆積與放電

e.樣品的冷卻

f.束斑大小與注入時(shí)間

g.束通道的濺射沾污

h.注入離子的屏蔽i.退火與激活

光刻中出現(xiàn)的非可靠性問題很多，包括：

a.曝光參數(shù)的選擇:光強(qiáng)、膠厚、膠的種類、曝光、顯影時(shí)間

b.光強(qiáng)的均勻性:包括間隙、襯底吸收、表面反射

c.對位偏差：充分利用對位標(biāo)記對位，不用不同的光刻機(jī)做同一個(gè)器件的不同版次光刻

d.顯影與殘膠：顯影液不能過多地去除未顯影部分的光刻膠，也不能腐蝕襯底材料，特別是金屬襯底。

e.脫膠、沾蝕與表面處理

f.在不同襯底上正負(fù)光刻膠的去膠：

g.不同波長對光刻膠的要求4.光刻

5.隔離

隔離的目的是為了減小器件的漏電。隔離的方法有：p-n結(jié)隔離、介質(zhì)隔離、溝槽隔離三種。其實(shí)隔離還包括器件與周圍環(huán)境的隔離如：鈍化、真空封裝。隔離的不可靠性問題主要有：

a.避免閂鎖效應(yīng)（Luchup）即可控硅效應(yīng)，避免寄生管

b.介質(zhì)隔離的主要問題是是否能有效將場開啟電壓提高到電源電壓之上

c.溝槽隔離的效果好，但工藝復(fù)雜，需要專用設(shè)備

d.目前的許多集成電路都采用多層布線，層間有效隔離和減少分布電容應(yīng)同時(shí)兼顧

e.用SOI材料是好的選擇，但薄膜器件要做島隔離

輻照產(chǎn)生電子-空穴對、在CMOS工作時(shí)，電子向N溝道集中，降低NMOS的開啟電壓，空穴向P溝道集中，升高PMOS的開啟電壓。造成CMOS電路的漏電和失效。

SOI器件層薄，產(chǎn)生的電子-空穴對少，由于埋層的隔離，襯底硅中的電子-空穴對無法到達(dá)器件溝道，有效提高了SOI器件的抗輻照能力MOS電路的阱隔離TTL電路的環(huán)隔離P-n結(jié)隔離介質(zhì)隔離深槽隔離接觸良好的歐姆接觸是任何器件所必須的，接觸指的是電路邏輯上必須連接的地方，如有源器件與互聯(lián)線的接觸，互聯(lián)線與無源器件的接觸多層布線的層間連接等，不可靠的連接輕則降低器件性能、發(fā)熱、重則器件損壞。主要問題是：

a.不產(chǎn)生肖特基接觸，接觸點(diǎn)的摻雜濃度高于1018/cm3b.避免釘扎效應(yīng)，用Al-Si,替代Alc.層間互聯(lián)濺射沉積前一定要先用反濺

d.互聯(lián)金屬沉積前，對即使光刻腐蝕良好的片子也要在

50:1的H2O：HF溶液中漂洗30s,去除自然氧化層

e.硅化物沒有充分形成，造成接觸電阻太大釘扎效應(yīng)肖特基結(jié)歐姆接觸減少Al吃Si現(xiàn)象的辦法：采用Al-Si合金（0.5%-1.5%）6互聯(lián)集成電路的功能要正確體現(xiàn)必須有可靠的互聯(lián)，互聯(lián)中容易出現(xiàn)的可靠性問題主要有：斷條：電路芯片表面平整化不好，臺階太高、互聯(lián)金屬薄膜太薄、沉積時(shí)灰塵顆粒遮蔽、過腐蝕b.連條：分辨率不夠、曝光不足、膠太厚、光刻時(shí)灰塵遮蔽c.電遷移效應(yīng)：電子動(dòng)量使互聯(lián)金屬原子移位、堆積、斷條，此外還有應(yīng)力堆積發(fā)生電遷移等在Al中加1%-4%的Cu，減少了Al的邊界擴(kuò)散，提高了電遷移的激活能，從而可以有效遏制電遷移現(xiàn)象。d.Al-Si靶濺射快完時(shí)，Si的含量大大增加，會增大互聯(lián)電阻

e.多層互聯(lián)：避免空洞效應(yīng)?？斩葱?yīng)，在多層布線時(shí)，有時(shí)會在線條上形成小縫或小塊，這是由于金屬與周圍介質(zhì)的熱膨脹差異造成。避免的方法同樣可以采用Al-Cu合金材料表1.三種金屬薄膜的電遷移比較金屬膜種類濺射時(shí)間實(shí)際厚度實(shí)際線條寬度實(shí)測電遷移電流Al

2小時(shí)493.0nm505m2.706105A/cm2

Al-Cu(10%)

1小時(shí)236.3nm318m1.331106A/cm2

Cu

1小時(shí)559.4nm438m>1.22107A/cm2

圖通電前（左）和通電30分（中）和通電1小時(shí)后（右）的Al條形貌

圖通電前（左）和通電后斷裂后（右）的Al-Cu條形貌圖通電前（左）和通電3A，2.5小時(shí)后（右）的Cu條形貌第一層Al第二層Al7封裝可靠性封裝是關(guān)系到器件芯片能否實(shí)際應(yīng)用的問題，也關(guān)系到器件能否長久可靠使用的問題，封裝中容易出現(xiàn)的非可靠性問題主要有：a.鋸片時(shí)的對準(zhǔn)，防止因積累誤差損傷芯片b.可靠的黏貼，要求接地、大電流、大功率、散熱好的必須減薄、背面蒸金、用銀漿黏貼、成合金連接。c.選擇合適的焊接方式，CMOS用超聲Si-Al絲焊接，

TTL或大電流器件用金絲球焊。d.壓焊時(shí)的超聲功率、壓力、引線長度合適，不能太短或太長e.焊線與線框引線腳的焊接牢度需要檢測在封裝傳感器等器件時(shí)，黏貼料與器件基片間不能產(chǎn)生明顯

的應(yīng)力。芯片與封裝基片盡可能不采用靜電鍵合。g.對特殊器件的封裝采用特殊工藝，如紅外器件采用真空封

裝，大部分軍品IC采用氣密性陶瓷封裝。

h.對光學(xué)器件的封裝表面不要用吸收強(qiáng)的材料如太陽能電池的

封裝玻璃的吸收盡量小，紅外器件表面用Ge透鏡等硅片臺鋸刃鋸片對位芯片黏貼材料引線框架黏貼壓模混合物引線框架壓點(diǎn)芯片鍵合的引線管腳尖引線鍵合引線楔壓劈刀(1)劈刀向上移動(dòng)導(dǎo)給劈刀更長的引線(3)超聲能壓力引線框架(4)劈刀向上移動(dòng)在壓點(diǎn)旁將引線折斷(5)(2)Al壓點(diǎn)

超聲能壓力芯片超聲焊接(2)H2火焰球(1)金絲毛細(xì)管劈刀(5)壓力和加熱形成壓點(diǎn)引線框架(6)劈刀向上移動(dòng)在壓點(diǎn)旁將引線折斷在壓點(diǎn)上的焊球壓力和超聲能芯片(3)劈刀向上移動(dòng)并導(dǎo)入更長的引線Die(4)金絲球焊柱器件測試中的芯片鉤樣品卡拉力試驗(yàn)太長太短器件壓點(diǎn)柱柱器件壓點(diǎn)柱器件壓點(diǎn)合適焊線長度使用可靠性這是器件對使用條件的要求，只有在合適的使用條件下，器件才能發(fā)揮正常的性能，才能長期使用。要器件可靠使用必須注意以下幾點(diǎn)：工作電壓：器件一般能承受電源電壓的波動(dòng)為規(guī)定值的15%2.負(fù)載:負(fù)載電流不能超過規(guī)定值的5%，負(fù)載電阻則相反3.環(huán)境溫度：盡量滿足合適的工作溫度4.濕度要求：對封裝良好的器件濕度要求多時(shí)間沒有太高要求5.靜電保護(hù)：MOS器件對防靜電的要求較高6.振動(dòng)：避免在振動(dòng)厲害的環(huán)境下工作

1).兼容與匹配對使用器件，希望與系統(tǒng)內(nèi)其它器件能較好匹配，要有一定兼容度，方便維修與更換

2).寬限度系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對器件的性能參數(shù)不要要求使用到上限，保留一定寬容，器件的各種可能損壞因素都要在組成系統(tǒng)時(shí)盡量避免，或采用相應(yīng)保護(hù)措施，使系統(tǒng)可靠。

3).自保與備用對電子器件特別是集成電路，使用條件比較苛刻，突發(fā)性損壞很難避免，涉及航空、航天、生命等重要的應(yīng)用，除了配備可靠的自保裝置，還要有備用系統(tǒng)，以備萬無一失。7.系統(tǒng)可靠性四、可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)室里用模擬現(xiàn)場工作好人環(huán)境條件進(jìn)行試驗(yàn)，以確定產(chǎn)品可靠性的方法。可靠性試驗(yàn)包括模擬現(xiàn)場使用條件的一般失效率試驗(yàn)和大應(yīng)力強(qiáng)度的加速壽命試驗(yàn)。可靠性試驗(yàn)的目的：

1.在研制階段是產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定的可靠性指標(biāo)；

2.在生產(chǎn)過程中，不斷監(jiān)控以提高產(chǎn)品質(zhì)量；

3.制定合理的產(chǎn)品工藝篩選條件；

4.對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性鑒定和驗(yàn)收；

5.研究器件的失效機(jī)理。通常產(chǎn)品的壽命可以分為三個(gè)連續(xù)的階段：早期失效期，也稱老練期。該階段的失效率較高，特點(diǎn)是失效率隨時(shí)間增長很快降低；2.使用壽命期，也稱偶然失效期。特點(diǎn)是正常工作時(shí)間長，產(chǎn)品失效率最低，且失效率近似為一常數(shù)；3.損耗期，該階段，由于經(jīng)過壽命期后器件老化，產(chǎn)生老化失效，所以該區(qū)域也稱損耗失效區(qū)。特點(diǎn)是，產(chǎn)品失效率隨時(shí)間增長而增加?？煽啃栽囼?yàn)一般在使用壽命期中進(jìn)行。失效率老練期使用壽命期損耗期時(shí)間產(chǎn)品失效曲線失效率老練期使用壽命期損耗期時(shí)間半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品失效曲線新產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)新研制的產(chǎn)品通常其可靠性都不能達(dá)到預(yù)期的水平，需要作可靠性增長試驗(yàn)，即通過反復(fù)的“試驗(yàn)-分析-解決”的途徑暴露產(chǎn)品缺陷，采取糾正措施，及早發(fā)現(xiàn)并解決大部分可靠性問題?？煽啃栽鲩L試驗(yàn)及可靠性研制試驗(yàn)，不是以評估每個(gè)試驗(yàn)方案是否通過為目的，而是通過試驗(yàn)-分析-改進(jìn)-再試驗(yàn)的反法，使產(chǎn)品可靠性增長的試驗(yàn)?？煽啃栽鲩L的三個(gè)要素是：1.產(chǎn)品失效的檢測與分析；2.有問題產(chǎn)品的反饋與分析；3.執(zhí)行糾正措施并重新試驗(yàn)。產(chǎn)品可靠性的增長速度取決于上述三個(gè)要素的完成速度?？煽啃栽鲩L是在研制期或在以后制造時(shí)使產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期可靠性的綜合糾正措施?？煽啃栽鲩L試驗(yàn)在研制初期通常有三種方法：試驗(yàn)-問題記錄-再試驗(yàn)；這種方法就是把對初期研制產(chǎn)品在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題集中進(jìn)行分析改進(jìn)，再試驗(yàn)。通過這種試驗(yàn)可以使產(chǎn)品的固有可靠性有較大的提高。試驗(yàn)-改進(jìn)-試驗(yàn)；這種方法通過試驗(yàn)暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)、作失效機(jī)理和失效模式分析，立即改進(jìn)再試驗(yàn)，證實(shí)分析的結(jié)果，使產(chǎn)品固有可靠靠性得到增長。含延緩改進(jìn)試驗(yàn)-改進(jìn)-再試驗(yàn)；這是上述兩種方法的結(jié)合，試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)問題后有些立即改進(jìn)，再試驗(yàn)；有些則延緩改進(jìn)，等再試驗(yàn)結(jié)束后全面分析、改進(jìn)后再試驗(yàn)驗(yàn)證?？煽啃栽囼?yàn)是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)、不斷改進(jìn)、不斷完善的過程。產(chǎn)品鑒定和驗(yàn)收的可靠性試驗(yàn)產(chǎn)品在初期研制可靠性評審?fù)ㄟ^后，就要進(jìn)行試制性大批量生產(chǎn)，以考核設(shè)計(jì)文件、工藝設(shè)備和質(zhì)量保證的可行性。以及原材料、試劑等的一致性、穩(wěn)定性，暴露設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中的問題，落實(shí)改進(jìn)措施，為產(chǎn)品定型和正式生產(chǎn)創(chuàng)造條件。產(chǎn)品從樣品研制出來后，就進(jìn)入了產(chǎn)品定型階段。為了驗(yàn)證產(chǎn)品能否在規(guī)定的環(huán)境條件下達(dá)到規(guī)定的性能和滿足可靠性要求，就必須做鑒定試驗(yàn)。而可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)是指為了確定定型和批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，能否在規(guī)定的條件下達(dá)到規(guī)定的性能和可靠性要求的試驗(yàn)。一般，驗(yàn)收試驗(yàn)不是每批產(chǎn)品都做，而是不定期的經(jīng)常進(jìn)行，檢控產(chǎn)品質(zhì)量的變化。

試生產(chǎn)中，通過工序檢驗(yàn)、工藝篩選和逐批檢驗(yàn)的產(chǎn)品，認(rèn)為質(zhì)量穩(wěn)定時(shí)，可以按照GB5080-86，SJ2166-82，SJ2064-82的標(biāo)準(zhǔn)，制定可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)的方案?？煽啃栽囼?yàn)的方案要避免走太寬松與太苛刻兩個(gè)極端。對要求特別嚴(yán)格的航天產(chǎn)品、軍品等，也要參考部標(biāo)、國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如果有特殊的要求，必須特別設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品的例行可靠性試驗(yàn)由各單位的質(zhì)量管理與檢驗(yàn)部門完成。而外單位委托研制的產(chǎn)品驗(yàn)收，其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)往往主要由委托單位提出，并經(jīng)生產(chǎn)單位和使用單位協(xié)商，而產(chǎn)品的驗(yàn)收可靠性試驗(yàn)要包含事先委托試驗(yàn)和現(xiàn)場測試等內(nèi)容?？煽啃栽囼?yàn)的單位也可不在生產(chǎn)單位，而委托權(quán)威單位進(jìn)行。沒經(jīng)篩選的半導(dǎo)體器件的失效曲線如上圖所示。表現(xiàn)為在早期失效期出現(xiàn)一個(gè)高失效的峰值，然后進(jìn)入使用壽命期，失效率按正態(tài)分布的對數(shù)曲線緩慢下降，幾乎沒有損耗期，從正常使用直接損壞。根據(jù)生產(chǎn)工藝或設(shè)備的不同，對同一設(shè)計(jì)對不同批次的產(chǎn)品可能出現(xiàn)優(yōu)品或劣品，即長壽命、低分散和短壽命、高離散。所以即使正常生產(chǎn)，通常也必須做可靠性篩選?？煽啃秃Y選通常要對產(chǎn)品施加各種應(yīng)力或采用特殊手段，盡可能地剔除早期失效產(chǎn)品，是挑選出的產(chǎn)品有高的使用壽命。在做篩選試驗(yàn)前，樣品都經(jīng)過全參數(shù)測試且全是合格品，理想的篩選是剔除所有劣品，保留所有優(yōu)品。但實(shí)際上作不到，因?yàn)榭煽啃栽囼?yàn)可能部分損壞優(yōu)品。因此，可靠性試驗(yàn)的條件設(shè)定十分重要。有效的篩選可以使器件的失效率，降低一到二個(gè)數(shù)量級不同的試驗(yàn)項(xiàng)目可以曝露不同的失效原因，必須根據(jù)不同的產(chǎn)品工藝、機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，選擇不同的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目。

檢查試驗(yàn)顯微鏡檢查、超聲探傷試驗(yàn)、中子探傷試驗(yàn)、聲透激光掃描顯微鏡試驗(yàn)、紅外線非破壞性檢查試驗(yàn)、

X射線檢查試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目密封性試驗(yàn)液浸檢漏試驗(yàn)、氦質(zhì)譜檢漏試驗(yàn)、放射性示蹤檢漏試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)

環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)震動(dòng)加速度試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)、機(jī)械沖擊試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)

高溫存儲試驗(yàn)

功率（電壓）老化試驗(yàn)壽命試驗(yàn)：

低應(yīng)力試驗(yàn)

非線性（三次諧波）試驗(yàn)精密老化試驗(yàn)

掃頻震動(dòng)試驗(yàn)

1.震動(dòng)試驗(yàn)：隨機(jī)震動(dòng)試驗(yàn)震動(dòng)噪聲試驗(yàn)震動(dòng)疲勞試驗(yàn)2.離心加速試驗(yàn)3.沖擊試驗(yàn)低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、高低溫循環(huán)試驗(yàn)4.溫度試驗(yàn)熱沖擊試驗(yàn)熱性能試驗(yàn)機(jī)械、環(huán)境試驗(yàn)分類示蹤氣體氦細(xì)檢漏試驗(yàn)放射性同位素細(xì)檢漏試驗(yàn)晶體管濕熱細(xì)檢漏試驗(yàn)6.密封試驗(yàn)：碳氟化合物粗檢漏試驗(yàn)染料浸透檢漏粗檢漏試驗(yàn)增重粗檢漏試驗(yàn)7.濕熱試驗(yàn)恒溫濕熱試驗(yàn)、交變溫濕熱試驗(yàn)

粒子碰撞噪聲監(jiān)測多余試驗(yàn)老練試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)超期復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)內(nèi)部水汽含量試驗(yàn)8.特殊試驗(yàn)：輻射試驗(yàn)鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)芯片附著強(qiáng)度試驗(yàn)低氣壓試驗(yàn)無重力試驗(yàn)混響試驗(yàn)集成電路環(huán)境試驗(yàn)集成電路的環(huán)境試驗(yàn)是指模擬產(chǎn)品可能遇到的自然條件，在這種環(huán)境下的可靠性試驗(yàn)。以檢驗(yàn)產(chǎn)品適應(yīng)環(huán)境的能力。環(huán)境試驗(yàn)的目的是用盡可能短的時(shí)間再現(xiàn)與實(shí)際環(huán)境對產(chǎn)品產(chǎn)生的相同影響，用施加能加速產(chǎn)品性能退化過程的應(yīng)力來模擬集成電路或電子器件的壽命。這些試驗(yàn)對電子器件性能的變化要盡可能的接近器件壽命試驗(yàn)時(shí)觀察到的影響，以使試驗(yàn)結(jié)果可靠。氣候條件：溫度、濕度、氣壓、風(fēng)、雨、煙霧、鹽霧、油霧、腐蝕氣體；2.機(jī)械條件：震動(dòng)、沖擊、跌落、離心、搖擺、碰撞、失重、爆炸、沖擊波3.生物條件：霉菌、昆蟲4.輻射條件：太陽輻射、核輻射、紫外輻射、宇宙線輻射、高能單粒子輻射5.電磁條件：電場、磁場、閃電、雷擊、電暈、放電6.人為因素：使用、維修、包裝等1.溫度試驗(yàn)（1）.低溫試驗(yàn)試驗(yàn)在低溫箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)康模捍_定低溫條件下的工作與存儲適應(yīng)性。試驗(yàn)原理：低溫使電子元器件的電參數(shù)發(fā)生變化，材料變脆，及零件材料冷縮產(chǎn)生應(yīng)力等。低溫試驗(yàn)的等級與時(shí)間：溫度（oC):-10,-25,-40,-55,-65時(shí)間（h)：0.5，1，2，4，88，16，24，48，72，96溫度偏差：3oC（2）.溫度循環(huán)試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模涸诙虝r(shí)間內(nèi)承受溫度反復(fù)變化的能力及不同結(jié)構(gòu)材料間的熱匹配性能。試驗(yàn)原理：器件短時(shí)間內(nèi)承受溫度的反復(fù)變化，承受熱脹冷縮引起的交變應(yīng)力，此應(yīng)力會使材料開裂、接觸不良、性能變化?？梢詸z測不同結(jié)構(gòu)材料間的熱匹配性能，能有效檢測貼片、鍵合、內(nèi)涂料和封裝等存在的潛在缺陷，能加速硅片潛在裂紋的暴露。試驗(yàn)在高低溫箱內(nèi)進(jìn)行。高溫與低溫的存放時(shí)間分別為30分，室溫過渡時(shí)間小于1分，循環(huán)次數(shù)3-5次。（3）.恒定濕熱試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模捍_定產(chǎn)品在相對高濕度環(huán)境下工作與存儲的適應(yīng)性，用于觀察在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恒溫高濕對器件性能的影響。試驗(yàn)在潮濕箱中進(jìn)行。條件：溫度402oC，濕度：93%3%時(shí)間：2,4，6，10，21，56（天）選一測試：恒定濕熱試驗(yàn)結(jié)束后，在大氣中恢復(fù)1-2小時(shí)，立即測試，并先測對濕度敏感的性能參數(shù)，在24小時(shí)內(nèi)測完。濕熱試驗(yàn)也可以作為一項(xiàng)檢漏試驗(yàn)列入工藝篩選項(xiàng)目（4）.高溫試驗(yàn)

目的：考核電子元器件在高溫下性能變化的大小

原理：在給定的熱條件下測試器件的性能，考核其與常溫下性能的差別，即檢測器件的抗熱能力大小。試驗(yàn)在高溫箱中進(jìn)行。

高溫試驗(yàn)條件溫度（oC）：40，55，70，85，100，

125,155,175,200,250

時(shí)間（h):0.5,1,2,4,6,816,24,48,72,96

每次試驗(yàn)按要求選擇一個(gè)溫度和一個(gè)是間，完成后在大氣中放置1-2個(gè)小時(shí)候全參數(shù)測量。2.震動(dòng)試驗(yàn)電子產(chǎn)品在運(yùn)輸及使用過程中經(jīng)常碰到的震動(dòng)強(qiáng)度與頻率環(huán)境有：飛機(jī)：震動(dòng)加速度強(qiáng)度<20G;震動(dòng)頻率<30Hz;火車：震動(dòng)加速度強(qiáng)度<5.6G；震動(dòng)頻率2Hz~8Hz；坦克：震動(dòng)加速度強(qiáng)度<10G；震動(dòng)頻率10Hz~500Hz；導(dǎo)彈：震動(dòng)加速度強(qiáng)度5~15G，震動(dòng)頻率<3000Hz.

震動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備提供固定頻率和加速度的實(shí)驗(yàn)條件，加速度的范圍從50G~10000G，頻率從2Hz~5000Hz，對不同的產(chǎn)品提供超出使用條件幾倍甚至幾十倍的強(qiáng)度來試驗(yàn)，得到可靠的使用保障。震動(dòng)試驗(yàn)?zāi)康模捍_定產(chǎn)品承受規(guī)定震動(dòng)等級的能力試驗(yàn)在振動(dòng)臺進(jìn)行用來考核產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，可以做三個(gè)方向的震動(dòng)，在做固定頻率、固定加速度的實(shí)驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)牢固的產(chǎn)品很少失效。試驗(yàn)時(shí)，震動(dòng)等級由振動(dòng)頻率、震動(dòng)幅度和震動(dòng)時(shí)間決定。在變頻震動(dòng)實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體器件失效較多，通常表現(xiàn)為外引線折斷、內(nèi)毒鍵合點(diǎn)脫開、瞬時(shí)短路、斷路等。結(jié)構(gòu)不良、粘片或鍵合不牢、芯片有裂紋以及外來微粘的半導(dǎo)體器件一般可以用變頻振動(dòng)試驗(yàn)檢查出來，必要時(shí)也可作為高可靠器件的工藝篩選項(xiàng)目，但效果有時(shí)比不上離心加速和碰撞試驗(yàn)。（1）震動(dòng)疲勞試驗(yàn)也稱固定頻率震動(dòng)試驗(yàn)，一般采用：

50Hz的頻率，10~12G的加速度，在X-Y兩個(gè)方向上，或X-Y-Z上個(gè)方向上各震動(dòng)一個(gè)小時(shí)，到

32小時(shí)，甚至按要求的更長時(shí)間。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嚎己吮辉嚇悠吩谝欢ㄍ廨d荷條件長時(shí)間激勵(lì)下，處于這種震動(dòng)狀態(tài)下的抗疲勞能力（2）.掃頻振動(dòng)試驗(yàn)是按對數(shù)方式變頻的震動(dòng)頻率試驗(yàn)。頻率范圍50~2000Hz；先有低到高增加頻率，再由高到低降低頻率，每周期20分。每個(gè)方向掃描2次以上；檢測樣品有無共振現(xiàn)象或共振過程對樣品的損壞情況。掃頻震動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，對微電路作等幅諧振動(dòng)；加速度分20G、50G和70G三檔（196m/s2、490m/s2和686m/s2）在互相垂直的三個(gè)方向上各進(jìn)行5次。試驗(yàn)?zāi)康模簩ふ冶辉嚇悠吩诟鲀r(jià)固有諧振頻率及在該頻率段得耐震能力（3）.震動(dòng)噪聲試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模嚎己藰悠吩诒辉嚄l件下有無噪聲產(chǎn)生

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)條件與掃頻震動(dòng)試驗(yàn)基本相同，其加速度值一般小于20G，振動(dòng)頻率在20~2000Hz范圍內(nèi)隨時(shí)間按對數(shù)變化，在從20Hz到2000Hz在回到20Hz的時(shí)間為6、10、30分鐘，規(guī)定在三個(gè)互相垂直的方向上各掃一次，包括與樣品表面垂直的方向。（4）.隨機(jī)震動(dòng)試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模簷z測被試樣品在隨機(jī)激勵(lì)下抵抗隨機(jī)震動(dòng)的能力試驗(yàn)方法：模擬各種現(xiàn)代環(huán)境條件下可能產(chǎn)生的震動(dòng)，隨機(jī)震動(dòng)的振幅具有高斯分布，加速度譜的密度與頻率的關(guān)系是特定的，頻率范圍在幾十到2000Hz。試驗(yàn)時(shí)間：1，1.6，3,6，9，12，36（h)也稱碰撞試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模嚎疾鞓悠吩谶\(yùn)輸、碰撞、跌落的過程中不同程度的外載荷重復(fù)碰撞下的抗疲勞能力或評估其結(jié)構(gòu)的完整性。試驗(yàn)在碰撞臺上進(jìn)行?？稍谌齻€(gè)互相垂直的反方向進(jìn)行，對于結(jié)構(gòu)良好的器件，在加速度達(dá)100g的碰撞沖擊下很少失效。碰撞速率為每分鐘40~80次，加速度等級和碰撞總次數(shù)如下：加速度：10,15,25,40,50,75，100G總碰撞次數(shù)：1000,2000，4000，6000,10000（10）3.沖擊試驗(yàn)離心加速度試驗(yàn)就是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)時(shí)對樣品產(chǎn)生恒定的離心加速度的一種試驗(yàn)。又稱為穩(wěn)定加速度試驗(yàn)。離心加速度可以用下式計(jì)算：

式中，n轉(zhuǎn)速，R旋轉(zhuǎn)半徑。G重力加速度試驗(yàn)?zāi)康模捍_定電子元器件在溫恒加速度作用下的承受能力，評估其結(jié)構(gòu)的牢度與可靠性試驗(yàn)在離心機(jī)上進(jìn)行，改變加速度的大小就相當(dāng)于改變給予芯片或鍵合點(diǎn)的拉力。粘片、鍵合不良的器件就能剔除。4.離心加速度試驗(yàn)一般電子器件在實(shí)際使用時(shí)承受的離心加速度并不大，只有飛機(jī)起飛、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)向、火箭發(fā)射時(shí)有高的加速度。其數(shù)值可以達(dá)到10~200G。持續(xù)時(shí)間即使秒到幾分鐘，戰(zhàn)斗機(jī)的加速度考慮人的承受力，一般控制在10G內(nèi)，但高速炮彈的旋轉(zhuǎn)速率高達(dá)2000r/s,裝在離中心5cm處得器件將承受2222G的離心加速度。對于普通使用的半導(dǎo)體器件，只要通過100G的離心加速度試驗(yàn)就可滿足要求，而且，在1000G內(nèi)器件出現(xiàn)失效的可能性較小，所以，對軍品等高使用要求的半導(dǎo)體器件，國際上常用20000G~30000G的離心加速度試驗(yàn)，其目的不是模擬實(shí)際使用環(huán)境，而是檢驗(yàn)并篩選掉芯片欠佳，或內(nèi)引線與鍵合點(diǎn)強(qiáng)度較差的器件。由于離心加速度試驗(yàn)是逐漸加大的“靜態(tài)”應(yīng)力，破壞性較小，對于粘片、鍵合良好的器件，一般不會受到損傷。它的加速度等級和試驗(yàn)時(shí)間如下：加速度：5,10，15，25,50，100，10000，20000(G)試驗(yàn)時(shí)間：1，2，5，10（min)5.老化試驗(yàn)老化試驗(yàn)也叫老練試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模禾蕹缙谑У脑骷囼?yàn)原理：在一定的環(huán)境溫度下較長時(shí)間內(nèi)對器件連續(xù)施加一定的電應(yīng)力，通過電-熱應(yīng)力的綜合作用來加速器件內(nèi)部的各種物理-化學(xué)反應(yīng)過程，促使隱藏于器件內(nèi)部的各種潛在缺陷及早暴露，從而達(dá)到剔除早期失效產(chǎn)品的目的。老化篩選的作用：對器件工藝制造過程中的一系列缺陷如：表面沾污、焊接不良、溝道漏電、硅片裂紋、氧化層缺陷和局部發(fā)熱點(diǎn)等都有較好的篩選效果；對于無缺陷的元器件，老化也可促使其電參數(shù)穩(wěn)定。老化篩選方法1.常溫靜態(tài)功率老化

即在室溫下老化。半導(dǎo)體的p-n結(jié)在正偏打通狀態(tài)，器件老化所需熱應(yīng)力是通過器件本身所消耗的電功率轉(zhuǎn)換而來。由于器件在老化時(shí)，受到熱、電的綜合作用，器件內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)過程被加速使其潛在缺陷提前暴露并被盡在剔除。這種老化方式不需高溫設(shè)備，且操作簡單，被普遍采用。在器件的安全工作范圍內(nèi)，可以適當(dāng)加大老化功率（提高器件結(jié)溫），可以收到更好的效果，并縮短老化時(shí)間。為了是老化得到滿意的效果。應(yīng)當(dāng)注意：1.老化設(shè)備應(yīng)當(dāng)有良好的防自激震蕩措施；2.老化時(shí)，器件電壓的增加和減少，應(yīng)當(dāng)緩慢，防止電壓變化產(chǎn)生較大的脈沖，損壞器件；3.老化后要在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)測量器件參數(shù)，否則，老化中超差的部分參數(shù)會恢復(fù)到原來的值；4.為保證晶體管能在所能承受的最高結(jié)溫下老化，應(yīng)準(zhǔn)確測量晶體管熱阻。對集成電路來說，由于其工作電流和電壓都受到較大限制自身的結(jié)溫溫升很小，如不提高環(huán)境溫度，很難達(dá)到有效老化所需的溫度。因此，常溫靜態(tài)功率老化只在部分集成電路（數(shù)字電路、線性電路）中應(yīng)用。2.高溫靜態(tài)功率老化

它與常溫靜態(tài)功率老化在加電方式、試驗(yàn)電路形式等方面都相同，差別是環(huán)境溫度不同。因?yàn)榄h(huán)境溫度較高，集成電路的結(jié)溫就可達(dá)到很高的溫度。所以，一般講，高溫功率老化的效果比常溫功率老化的效果好。我國軍用集成電路和其它電子元器件標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定必須進(jìn)行高溫功率老化。具體條件是：在產(chǎn)品規(guī)定的額定電源電壓、額定負(fù)載、輸入信號及線路進(jìn)行老化，老化溫度：125oC3oC;

老化時(shí)間：168h(可根據(jù)需要確定）老化過程中每8小時(shí)測試一次參數(shù)。民品的功率老化條件可減低。結(jié)溫的近似計(jì)算在熱阻未知的情況下，結(jié)溫的近似計(jì)算方法如下：二極管和晶體管

a.小功率晶體管Tj=TA+30（oC)

二極管Tj=TA+20b.中功率晶體管Tj=Tc+30

二極管Tj=Tc+20Tj,Tc,TA分別為結(jié)溫、管殼溫度與環(huán)境溫度

2.集成電路

a.門數(shù)不大于30或晶體管數(shù)不大于120個(gè)（存儲器除外）

Tj=TA+10（oC)b.門數(shù)大于30，或晶體管數(shù)大于120個(gè)，包括存儲器

Tj=TA+25（oC)c.低功耗TTL及MOS電路門數(shù)不大于30或晶體管數(shù)不大于120

Tj=TA+5（oC)

門數(shù)大于30或晶體管數(shù)大于120

Tj=TA+13（oC)3.高溫反偏老化

在高溫反偏老化中，對電子器件的p-n結(jié)加的是反偏電壓，，器件內(nèi)部只有很小的反向電流，幾乎不消耗功率。這種老化方式對剔除有表面效應(yīng)缺陷的器件特別有效，因而在一些反向應(yīng)用的半導(dǎo)體器件的老化試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。4.高溫動(dòng)態(tài)老化高溫動(dòng)態(tài)老化主要針對數(shù)字電路。這種老化方式是在被老化器件的輸入端由脈沖信號驅(qū)動(dòng)，是器件不停地處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，它很接近與器件的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)。高溫老化試驗(yàn)電路有串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)兩種試驗(yàn)電路。串聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)電路又稱環(huán)形計(jì)數(shù)器電路。特點(diǎn)是：把全部受試器件的輸入、輸出端串聯(lián)起來組成一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)電路。由于前級得輸出就是后級的輸出，即后一級就是前級的負(fù)載，從而無需外加激勵(lì)信號和外加負(fù)載，所以設(shè)備簡單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是任一級器件失效，整個(gè)環(huán)形震蕩器中斷工作，試驗(yàn)停止，直到更換失效損壞器件后，試驗(yàn)才重新開始。并聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)的電路特點(diǎn)是：試驗(yàn)器件與激勵(lì)電源并聯(lián)，每個(gè)被試器件都能單獨(dú)有外加開關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)，每個(gè)被試器件的輸出端都可結(jié)一個(gè)模擬最大值的負(fù)載，避免了串聯(lián)老化時(shí)一個(gè)器件失效，整個(gè)試驗(yàn)停止的缺點(diǎn)。高溫動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)條件：在最高額定工作電壓和最高額定溫度下老化168~240小時(shí)，如軍用器件可選擇100~168小時(shí)，宇航器件240小時(shí)，而民用器件通常只用幾個(gè)或十幾個(gè)小時(shí)。無源器件的老化：對電阻電容的等無源器件，通常彩玉偶那個(gè)高溫老化，即在電容器最高額定工作溫度下施加額定電壓，持續(xù)96~100h,剔除因介質(zhì)缺陷導(dǎo)致的短路、擊穿等。另外也能剔除電解液泄漏，對沒有瑕疵的電容，也能因老化消除介質(zhì)中的內(nèi)應(yīng)力使容量穩(wěn)定。電阻的高溫老化能剔除電阻薄膜缺陷等產(chǎn)生的失效。5.與外引線有關(guān)的試驗(yàn)外引線可焊性試驗(yàn)?zāi)康模嚎己送庖€接受低熔點(diǎn)焊接的能力。原理：在給定條件下，將經(jīng)過水汽老化預(yù)處理的元器件外引線浸入規(guī)定組分規(guī)定溫度的融錫中，經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，檢查外引線的涂錫能力。設(shè)備：焊料槽、水汽老化室、焊劑、焊錫、溫度計(jì)、焊接夾具等可能暴露缺陷：外引線可焊性差。2.外引線牢固性試驗(yàn)?zāi)康模嚎己嗽骷庖€在拉力、扭矩、彎曲、疲勞應(yīng)力作用下的引線牢固性和封裝密封性。原理：讓外引線承受一定的拉力、扭矩、彎曲、疲勞應(yīng)力，若外引線出現(xiàn)裂紋、斷裂、引線與基體間出現(xiàn)裂紋、斷開等現(xiàn)象，則表明該引線的強(qiáng)度不高，引線焊接不牢或密封性不好。從而判斷其外引線的牢固性與封裝密封性?？赡鼙┞兜娜毕荩和庖€的牢固性與封裝密封性。

6.密封性試驗(yàn)1.碳氟化合物粗檢漏試驗(yàn)；2.染料浸透粗檢漏試驗(yàn)；3.增重粗檢漏試驗(yàn)；4.晶體管濕熱檢電子元器件密封性試驗(yàn)；5.放射性同位素細(xì)檢漏試驗(yàn)；6.示蹤氣體氦細(xì)檢漏試驗(yàn)濕熱試驗(yàn)恒定濕熱試驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)器件在高溫高濕條件工作或存儲的能力原理：器件在恒溫、恒濕條件下，水汽借助溫度以擴(kuò)散、熱運(yùn)動(dòng)、毛細(xì)呼吸等作用進(jìn)入封裝器件內(nèi)部，從而加速金屬材料的腐蝕和絕緣材料的老化，此外還會引起器件參數(shù)的變化。2.交變濕熱試驗(yàn)?zāi)康模簷z測器件在交變的高溫高濕條件下的適應(yīng)能力原理：高溫和高濕能顯著加強(qiáng)水汽進(jìn)入封裝內(nèi)部的能力，比恒溫濕熱試驗(yàn)的條件更加惡劣。7特殊試驗(yàn)x射線檢查試驗(yàn)?zāi)康模河梅瞧茐男缘姆椒z測器件封裝內(nèi)部的缺陷，特別是密封工藝帶來的外來物質(zhì)、錯(cuò)誤的內(nèi)引線連接、芯片附著材料中的空隙等內(nèi)部缺陷。

X射線檢測是非破壞性的，有雙重作用：可用作失效分析；在制造過程中用來檢驗(yàn)金屬與塑料組裝工藝，剔除工藝有缺陷產(chǎn)品。是國外半導(dǎo)體器件廠的系統(tǒng)檢測手段。

原理：透過材料的x射線強(qiáng)度隨材料的吸收系數(shù)和厚度衰減，x射線檢測是根據(jù)樣品不同部位對x射線的吸收率和透射率的不同，利用不同部位對透射x射線強(qiáng)度的檢測比較，來發(fā)現(xiàn)缺陷。

設(shè)備：x射線檢測儀可檢測缺陷：芯片粘片、引線損傷、引線形狀、焊接質(zhì)量、封裝異物和封裝密封性等各種缺陷。2.超聲掃描顯微分析

目的：利用超聲波反射模式的聲學(xué)成像原理，非破壞性地查找元器件封裝存在的物理缺陷

原理：利用超聲波波長短、直線傳播，在任何界面都會反射、碰到空氣100%反射的性質(zhì)，使由超聲換能器產(chǎn)生的5-200MHz的超聲波，經(jīng)聲學(xué)透鏡聚焦，由耦合介質(zhì)傳到樣品，透射進(jìn)樣品并被樣品內(nèi)部的某個(gè)界面反射，形成回波，通過回波收集、處理、鎖定回波界面，掃描成超聲圖像，發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)部的缺陷。該方法在材料分析方面有其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，能觀察到無法用顯微鏡發(fā)現(xiàn)的缺陷，能提供x射線無法得到的高襯度觀察，特別能應(yīng)用於不適合用破壞性物理分析的場合。

可能暴露的缺陷

a模塑化合物與引線框架、芯片基座間的分層；

b模塑化合物的空洞和裂紋

c芯片粘結(jié)材料中的未粘結(jié)區(qū)域和空洞等

此外還有掃描電鏡分析、俄歇電子能譜分析等靜電損傷、防護(hù)與試驗(yàn)靜電的產(chǎn)生對器件有影響的靜電的產(chǎn)生主要是摩擦和感應(yīng)。

當(dāng)兩種具有不同電子化學(xué)勢或費(fèi)米勢的材料互相接觸時(shí)，電子將從化學(xué)勢高的材料相化學(xué)勢地的材料轉(zhuǎn)移，在分離時(shí)，總有部分轉(zhuǎn)移電子來不及返回原來材料，從而造成這兩種原來電中性的材料帶電。對絕緣體，電荷總是分布在外表面，而帶電量的多少，即電位的高低與材料及分離的快慢有關(guān)。當(dāng)兩種材料摩擦?xí)r，是多次接觸-分離的過程，摩擦面積大、分離速度快，靜電電位就高。實(shí)際測量表明，摩擦產(chǎn)生的靜電電位可以高達(dá)幾百到幾千伏。靜電電位的高低還與表面潔凈度、環(huán)境濕度、接觸壓力等有關(guān)。人體的靜電可來源于活動(dòng)和靜電感應(yīng)。人體與衣服、鞋襪、地板、工具、桌椅等接觸時(shí)，可以產(chǎn)生很高的靜電壓。人體活動(dòng)靜電壓（濕度10-20%）靜電壓（濕度65-90%）在合成纖維地板走動(dòng)35000V1500V在聚乙烯地板走動(dòng)12000V250V在工作臺上操作6000V100V翻動(dòng)乙烯樹脂封面7000V600V拾起普通聚乙烯袋20000V1200V坐在聚乙烯泡沫墊椅上18000V1500V在塑料臺上滑動(dòng)塑料盒18000V1500V從印制板上拉膠帶12000V1500V用氟利昂噴灑清洗電路電路板15000V5000V人體電阻較低，對靜電是良導(dǎo)體，手腳間電阻只有幾百歐姆，手指間有幾千到幾十千歐姆，在靜電場中恨意感應(yīng)帶電，且一處帶電就全身帶電。人體靜電壓反比于人體電容，人體對地電容主要是腳底板對地電容，一般的人體電容值在50~250PF，典型值在150PF，故帶少量的電就可有很高的靜電壓。人員操作速度越快，靜電位越高，濕度越低靜電位越高，衣服鞋襪等與地面的電阻越高，靜電電位越高。另外，靜電塵埃對器件工藝也會產(chǎn)生影響，主要對光刻、氧化、外延、刻蝕等工藝產(chǎn)生影響。人體靜電對器件的危害主要在測試、打印、包裝等與引線觸摸過程，尤其是許多人并不知道人體會產(chǎn)生如此高的靜電。器件的抗靜電能力主要由于器件的結(jié)構(gòu)、輸入端抗靜電保護(hù)電路的形式、版圖設(shè)計(jì)和制造工藝等因素決定。對靜電敏感電子器件的靜電敏感電壓等級為：級別靜電敏感電壓范圍級別靜電敏感電壓范圍0級250V2級2000~3999V1A級250~499V3A級4000~7999V1B級500~999V3B級8000V1C級1000~1999V按元器件類型列出的靜電敏感度分級級別元器件類型敏感電壓范圍0~1999V微波器件、肖特基二極管、點(diǎn)接觸二極管、閘流管、分離型MOS管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管、聲表面波器件（SAW）、電荷耦合器件（CCD）、薄膜電阻器、集成電路、運(yùn)算放大器（OP、AMP）、超高速集成電路（VHSIC）、混合電路（一級元器件）敏感電壓范圍2000~3999V分立型MOS場效應(yīng)晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JEFT）、低功率雙極型晶體管（Pout<100mW,Ic<100mA)、運(yùn)算放大器、集成電路、混合電路（使用了二級元器件）、緊密電阻網(wǎng)路敏感電壓范圍4000~5999V小信號二極管、普通硅整流器、基體閘流管、分立型MOS場效應(yīng)晶體管、低功率場效應(yīng)晶體管（350mW>Pout>100mW，400mA>Ic>100mA)、光電器件、發(fā)光二極管、光敏器件和光耦合器件、運(yùn)算放大器、集成電路、超高速集成電路、其它微電路、混合電路（三級元器件）、片式電阻器、壓電晶體靜電損傷的表現(xiàn)靜電對電子元器件的損傷相當(dāng)復(fù)雜，有時(shí)表現(xiàn)為突發(fā)性失效，還會出現(xiàn)緩慢性失效具有一定的隨機(jī)性和隱蔽性表中列出了靜電對元器件的損傷類型與機(jī)理模式：元器件類型被損傷的結(jié)構(gòu)失效機(jī)理失效模式MOS場效應(yīng)晶體管數(shù)字集成電路線性集成電路混合電路MOS電容器

MOS結(jié)構(gòu)高電壓、大電流造成的介電擊穿短路、漏電流增大二極管、閘流管、TTL（數(shù)字、線性）MOSFET、JEFTMOSIC的輸入保護(hù)電路半導(dǎo)體p-n結(jié)能量過大或過熱造成為等離子區(qū)二次擊穿；電遷移使電流增大參數(shù)漂移或失去二極管、晶體管功能元器件類型被損傷的結(jié)構(gòu)失效機(jī)理失效模式混合電路或單片集成電路中的電阻器薄膜電阻器介電擊穿、隨電壓增加產(chǎn)生新的電流通路，因焦耳熱產(chǎn)生破壞性通路電阻漂移單片IC或混合電路金屬互聯(lián)線與焦耳熱有關(guān)的斷條開路用非石英或陶瓷封裝的VSLC和存儲器，尤其對紫外敏感的EPROM場效應(yīng)結(jié)構(gòu)和非導(dǎo)電外殼由于靜電放電在其表面上積存的離子引起表面轉(zhuǎn)化或閾值電壓漂移工作性能降低晶體振蕩器聲表面波器件壓電晶體靜電壓過高時(shí)，因機(jī)械力使晶體碎裂工作性能降低上表面波器件、非金屬外殼、芯片表面未鈍化的半導(dǎo)體器件間距很近的電極電弧放電軟化和熔化電極金屬工作性能降低靜電防護(hù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1649-93《電子產(chǎn)品防靜電控制大綱》將敏感電子產(chǎn)品規(guī)定為靜電放電電壓在16000V以下的電子產(chǎn)品，及報(bào)考元器件，也包括電子組件和電子設(shè)備。電子設(shè)備和設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)能為最敏感的元器件提供不低于400V的靜電反放電防護(hù)能力。靜電防護(hù)要貫徹與器件設(shè)計(jì)、制造、測試、試驗(yàn)、傳遞、包裝、運(yùn)輸和和使用的全過程、各環(huán)節(jié)。首先要在器件設(shè)計(jì)時(shí)在芯片上設(shè)計(jì)制作各種靜電保護(hù)電路或保護(hù)結(jié)構(gòu)，提高器件的抗靜電能力，然后，在器件使用時(shí)制定、執(zhí)行各種防靜電措施，減少器件受到的靜電影響。這些措施可以羅列如下：

1.避免使用產(chǎn)生靜電的材料，采用專門的防靜電塑料或橡膠，來制作各種容器、包裝材料、工作臺、設(shè)備墊、地板等，避免靜電的產(chǎn)生和積累（表面電阻100K~1MΩ）2.采用防靜電的泡沫塑料、包裝袋、包裝盒等包裝器件，在驗(yàn)收、入庫，特別是運(yùn)輸更應(yīng)檢查防靜電包裝的完整。3.操作者要穿戴防靜電的工作服和鞋子，不能穿化纖、尼龍、滌綸工作服和絕緣鞋。4.器件工作區(qū)內(nèi)的相對濕度不應(yīng)低于50%，避免靜電的積累。5.對各種可能產(chǎn)生靜電的物體和人，提供各種放電通路，如為儀器設(shè)備作良好的接地，為人提供肘帶、腕帶、腳帶，并通過1MΩ電阻接地，將所有表面可靠接地的方法是有效的防靜電措施。6.在不能用接地方法的傳送帶、工作環(huán)境、儀表面板等，可以在起表面噴灑抗靜電劑、安裝空氣電離器等來中和靜電，防止積累。靜電放電敏感度試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模航o出電子元器件或微電路承受靜電放電的能力，及其受靜電放電作用造成的損傷和退化的敏感度，對器件和微電路進(jìn)行靜電敏感度分級，該試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)。試驗(yàn)原理：通過模擬人體、設(shè)備或器件放電的電流波形，按規(guī)定的組合或順序，對器件或微電路個(gè)引出端放電，找出造成它們損傷的閾值放電電壓，即找出造成器件或微電路的性能參數(shù)的變化量超過規(guī)定值的最小放電電壓。試驗(yàn)設(shè)備：靜電敏感度測試儀抗輻照試驗(yàn)微電子器件的抗輻照試驗(yàn)主要分輻射總劑量試驗(yàn)、瞬時(shí)劑量輻照和單粒子效應(yīng)試驗(yàn)?？馆椪赵囼?yàn)是航空、航天裝備、核反應(yīng)堆中電子器件必須的試驗(yàn)。輻照總劑量試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模狠椛淇倓┝恐鸽娮釉骷讦?/p>

射線輻照環(huán)境下的器件性能產(chǎn)生嚴(yán)重退化或損壞前所承受的總吸收輻射的能力，輻照總劑量與輻照時(shí)間成正比，與射線的輻射強(qiáng)度成正比。劑量單位用rad(si)表示，即輻照積存在1克Si中的能量。

試驗(yàn)原理：當(dāng)高能量的γ射線入射器件后，γ光子穿透Si襯底，在其中產(chǎn)生大量的電子-空穴對，它將向p-n結(jié)和溝道區(qū)移動(dòng)，造成p-n結(jié)漏電、穿通和使MOS器件的n溝道開啟電壓降低，直至過零，使p溝道開啟電壓上升，從而使MOS器件失效。我國集成電路的軍用抗輻照劑量是>1x105rad,美國的標(biāo)準(zhǔn)是5x106rad.輻照試驗(yàn)設(shè)備：一般都采用Co60輻射源，平時(shí)沉降安放到20米的深井中，試驗(yàn)時(shí)上升到地面，試驗(yàn)樣品放置在距離源的一定位置上，根據(jù)樣品距離源的遠(yuǎn)近、輻照時(shí)間，確定每次輻照的劑量。每次輻照完成后，沉降輻射源，取出樣品立即測試其性能參數(shù)。再做下次輻照、測試，直到器件損壞，算出所有輻照次數(shù)的累積劑量。2.瞬時(shí)輻照劑量試驗(yàn)?zāi)康模嚎己穗娮釉骷惺軉未胃邉┝枯椪盏哪芰Α?/p>

試驗(yàn)原理：相對于總劑量輻照，采用的輻照強(qiáng)度較低，在達(dá)到輻照總劑量之前，器件的性能參數(shù)是逐步改變的，在實(shí)際使用中，如果器件受到突然的高劑量輻照，很可能器件立即損壞，瞬時(shí)劑量輻照正是考核器件承受最高單次強(qiáng)輻照的能力。

試驗(yàn)設(shè)備：采用能產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)輻照的γ

射線放射源（俗稱放炮），使器件接受單次瞬時(shí)高強(qiáng)度輻照，然后立即測試電子元器件的性能參數(shù)。有高的抗總劑量輻照能力不一定具有好的抗瞬時(shí)輻照能力，反之亦然。3.單粒子效應(yīng)試驗(yàn)

在宇宙空間除了比地面強(qiáng)千百倍的γ

射線輻照、電磁輻照外，還有少量的的高能粒子，它們單個(gè)粒子的能量高達(dá)幾百上千萬電子伏特，集成電路如果被其正好擊中，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的性能擾動(dòng)或立即損壞。單粒子效應(yīng)對不同的器件類型、不同的工藝制備的器件有不同的影響，下表列出了單粒子效應(yīng)的不同類型：類型英文縮寫定義單粒子翻轉(zhuǎn)SEU（singleeventupset)存儲單元邏輯狀態(tài)改變單粒子閉鎖SEL(singleeventLatchup)PN結(jié)構(gòu)中的大電流再生狀態(tài)單粒子燒毀SEB(singleeventburnout)大電流導(dǎo)致器件燒壞單粒子?xùn)糯㏒EGR(singleeventgaterupture))柵介質(zhì)因大電流而擊穿單粒子多位翻轉(zhuǎn)MBU(multiplebitupset)一個(gè)粒子入射導(dǎo)致春初單元多個(gè)位的狀態(tài)改變單粒子擾動(dòng)SED(singleeventdisturb)存儲單元邏輯狀態(tài)出現(xiàn)瞬時(shí)改變單粒子瞬態(tài)脈沖SET(singleeventtransient)瞬態(tài)電流在混合邏輯電路中傳播，導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤單粒子快速反向SESsingleeventsnapback)NMOS器件中產(chǎn)生大電流再生單粒子功能中斷SEF(singleeventfunctionalinterrupt)一個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致控制部件出錯(cuò)單粒子移位損傷SPDD(singleparticledisplacementdamage)因位移效應(yīng)產(chǎn)生的永久損傷（晶格錯(cuò)亂）單粒子位硬錯(cuò)誤SHE(singleharderror&stuckatbiterror)單個(gè)位出現(xiàn)不可恢復(fù)性錯(cuò)誤輻照試驗(yàn)可能暴露的缺陷漏電流增大、工作速度改變、參數(shù)和功能失效、增益下降、靈敏度降低、衰減增大、翻轉(zhuǎn)、柵穿、閉鎖、暗電流增大、效率退化等。可靠性試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行元器件可靠性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要遵循以下步驟：

1.明確試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；

2.查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、確定試驗(yàn)方案（包括試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法和失效判據(jù)等；

3.可靠性試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，包括試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備、測試、試驗(yàn)設(shè)備、工裝夾具的準(zhǔn)備和調(diào)試工作；

4.進(jìn)行試驗(yàn)；

5.數(shù)據(jù)分析、處理，給出試驗(yàn)結(jié)論。

一.有具體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對元器件作有具體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠性試驗(yàn)時(shí)，主要是查閱相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中明確以下內(nèi)容后即可執(zhí)行。了解可靠性試驗(yàn)和各項(xiàng)單項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康暮瓦m應(yīng)性；了解該實(shí)驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)，如環(huán)境技術(shù)指標(biāo)：高溫、低溫、適度、時(shí)間、周期、循環(huán)次數(shù)；機(jī)械技術(shù)指標(biāo)：峰值加速度、持續(xù)時(shí)間、頻率范圍和振動(dòng)幅值；試驗(yàn)等級（嚴(yán)酷程度）的選擇；試驗(yàn)的方法和步驟的具體要求，如：預(yù)處理、初始測量、中間測量和樣品恢復(fù)條件試驗(yàn)；對試驗(yàn)設(shè)備的要求；f.查具體元器件的標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境試驗(yàn)的要求，并按要求執(zhí)行。舉例說明：單片集成電路JM88SC1616鑒定、檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目和程序.試驗(yàn)等級：B參考標(biāo)準(zhǔn)：GJB548548B－20051.試驗(yàn)?zāi)康模簡纹呻娐稪M88SC1616加密存儲器B級鑒定檢驗(yàn)2.鑒定檢驗(yàn)依據(jù)：Q/FC20245-2008-JM88SC1616加密存儲器電路詳細(xì)規(guī)范；GJB548B－2005微電子器件試驗(yàn)方法。3.鑒定檢驗(yàn)樣本：母體數(shù)至少是2倍試驗(yàn)樣品數(shù)，合格檢驗(yàn)批樣品至少216只，特殊情況允許不使用合格樣品使用樣品從合格批中隨機(jī)選取，這些器件可以是不經(jīng)過老化的，對批量小于所要求的小批量產(chǎn)品，批中每個(gè)器件度應(yīng)當(dāng)受到兩次試驗(yàn)。4.鑒定檢驗(yàn)個(gè)分組測試、試驗(yàn)項(xiàng)目、條件、失效判據(jù)、允許失效率A組電性能考核試驗(yàn)主要考核器件在常溫、最高、最低溫度范圍內(nèi)的電性能是否滿足詳細(xì)規(guī)范要求，測試的依據(jù)主要是規(guī)范中的電性能參數(shù)表，詳細(xì)規(guī)范中應(yīng)給出滿足此器件要求的詳細(xì)測試方法作為電性能測試的依據(jù)。B組物理性能考核試驗(yàn)主要考核器件的標(biāo)識、物理尺寸、外觀、外引線內(nèi)部封裝工藝和芯片表面是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或詳細(xì)規(guī)范要求。c.C組壽命考核試驗(yàn)主要考核器件是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壽命要求，按照詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的要求，對器件進(jìn)行加電/熱應(yīng)力，在規(guī)定的時(shí)間能失效滿足詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的判據(jù)要求。d.D組氣候與機(jī)械環(huán)境考核試驗(yàn)主要考核與封裝有關(guān)的項(xiàng)目，包括考核封裝耐機(jī)械振動(dòng)、離心加速度、機(jī)械沖擊能力、耐交變濕熱能力、耐溫度循環(huán)應(yīng)力能力。經(jīng)過考核的產(chǎn)品不但電性能滿足規(guī)范要求，在外觀、引線和密封等方面也能滿足相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。e.E組耐輻射強(qiáng)度考核試驗(yàn)主要考核器件耐輻射總劑量和單粒子效應(yīng)能力。5.鑒定檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和出具鑒定報(bào)告

通過上述各項(xiàng)分組試驗(yàn)并滿足合格判據(jù)，可以出具合格報(bào)告6.失效分析報(bào)告和糾正措施報(bào)告

鑒定試驗(yàn)過程出現(xiàn)失效時(shí)，可以組織產(chǎn)品承制方進(jìn)行失效分析，根據(jù)失效分析結(jié)論采取有效的糾正措施并經(jīng)過驗(yàn)證，然后根據(jù)情況可以進(jìn)行第二次鑒定檢驗(yàn)。二、無具體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)對有些無具體試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的元器件，如一些特殊試驗(yàn)項(xiàng)目，制定可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能地了解元器件的特殊技術(shù)規(guī)范，把那個(gè)要求生產(chǎn)方提供相應(yīng)的質(zhì)量證書、試驗(yàn)報(bào)告和詳細(xì)規(guī)范等文件，然后根據(jù)以下原則設(shè)計(jì)可靠性試驗(yàn)方案。試驗(yàn)條件的確定可以根據(jù)委托方要求，按照生產(chǎn)、使用雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議要求確定試驗(yàn)條件;

也可以根據(jù)類似元器件詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目和條件，并結(jié)合元器件主要失效機(jī)理制定試驗(yàn)條件，再綜合考慮試驗(yàn)成本來確定試驗(yàn)條件2.確定試驗(yàn)樣品的數(shù)量、測試項(xiàng)目和失效判據(jù)；3.試驗(yàn)準(zhǔn)備工作：儀器設(shè)備、測試試驗(yàn)工夾具的準(zhǔn)備；4.進(jìn)行試驗(yàn)；5.出具試驗(yàn)報(bào)告。

3.針對失效機(jī)理的可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)針對失效機(jī)理的可靠性試驗(yàn)一般采用加大試驗(yàn)應(yīng)力的方法，得到需要的特定失效模式和失效機(jī)理。常用的試驗(yàn)應(yīng)力有高溫、高電壓、溫度沖擊、大電流、高溫高濕和機(jī)械振動(dòng)等。加大試驗(yàn)應(yīng)力也是有條件的，不能憑空想象。如果沒有相應(yīng)的資料積累，那么對元器件最大應(yīng)力的選取可以

a.參考相類似的元器件產(chǎn)品規(guī)范或資料；

b.通過步進(jìn)法逐步加大試驗(yàn)應(yīng)力二取得。對試驗(yàn)會產(chǎn)生的失效機(jī)理要清楚，一次使用的應(yīng)力條件不要太多，以免分析時(shí)不能區(qū)別失效的主要應(yīng)力。對幾種同時(shí)加應(yīng)力時(shí)，要分清應(yīng)力的主次。針對失效機(jī)理的可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)最需要注意的問題是：試驗(yàn)?zāi)康囊欢ㄒ鞔_?？煽啃栽囼?yàn)的標(biāo)準(zhǔn)1.一般電子產(chǎn)品根據(jù)GB5080-86，SJ2166-82，SJ2064-82的標(biāo)準(zhǔn)2.軍用電子產(chǎn)品我國的軍事元器件試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有總規(guī)范和詳細(xì)恢復(fù)。總規(guī)范規(guī)定的是對電子元器件規(guī)定的共性要求，詳細(xì)規(guī)范則是對某種或某類器件規(guī)定的具體性能和質(zhì)量控制要求。所以總規(guī)范必須與詳細(xì)規(guī)范配套使用。一般來講，與美國軍標(biāo)對比，我國軍標(biāo)要求相對較低。主要是電子器件的質(zhì)量比美國的差，在用進(jìn)口電子產(chǎn)品時(shí)，美國的軍級產(chǎn)品不可能賣給我們，有時(shí)只能買到準(zhǔn)軍級或民品代用。如抗輻照集成電路，美國軍級的總劑量輻照值為5

106rad,準(zhǔn)軍級為1106rad,民用級5

105rad，我們軍級只有1～3

105rad.下表是我國與美國的軍標(biāo)總規(guī)范：序號我國軍標(biāo)號名稱等效美國軍標(biāo)1GJB33A-97半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范MIL-S-19500H2GJB597A-96半導(dǎo)體集成電路總規(guī)范MIL-M-38510G3GJB2438A-2002混合集成電路總規(guī)范MIL-H-38534C4GJB63B-2001有可靠性指標(biāo)的固體電解質(zhì)鉭電容器總規(guī)范MIL-C-390035GJB65B-99有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范MIL-R39016我國與美國