半导体元器件失效的主要五个原因汇总解析
日期：2021-04-27 16:04:37 浏览量：1994 标签: 元器件失效
半导体器件的失效通常是因为产生的应力超过了它们的最大额定值。 电气应力、热应力、化学应力、辐射应力、机械应力及其他因素都会造 成器件失效。器件失效会存在于产品的整个生命周期，如果缺乏对各个阶段失效信息及失效器件的收集，失效分析工作将失去必要的“物质”基础。因此，开展失效分析，必须首先在开发、生产、工程等阶段建立失效信息和失效器件的收集制度。下面带来半导体元器件失效主要五个原因汇总解析！
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1.元器件的设计
先进特征尺寸节点上，芯片老化是个日益严重的问题，但到目前为止，大多数设计团队都没有必要处理它。随着新的可靠性要求在汽车等市场的提出，这些需要对影响老化的因素进行全面分析，这将发生重大变化。
人们通常都知道半导体器件会随着时间的推移逐渐老化，但对于老化机制或导致芯片失效的制约因素却毫不知情。此外，根据应用的不同，对器件的最短寿命有确定的要求。
对于消费类设备可能是2或3年，对于电信设备可能长达10年。鉴于老化过程复杂且通常难以完全预测，如今许多芯片设计经常采取冗余设计的方法，以确保足够的余量来满足可靠寿命工作的要求。
老化和可靠性是模拟设计师面临的挑战。今天的设计可能不会在明天运行，因为这些设计可能会发生降级，目前最重要的是必须确保满足市场所有老化和可靠性的要求。
2.元器件的制造
半导体器件的制造涉及到测量仅几纳米的结构。作为参照，人类DNA链直径为2.5nm，而人头发直径则为80，000至100，000nm。一粒尘埃可以摧毁晶圆片上的几个裸片。
如果裸片的尺寸变大，随机失效的可能性就会增加。对于成熟的工艺节点，产率可能在80%到90%之间。然而，对于较新的节点，产率可能大大低于50%，尽管实际数字是严格保密的。
随着设计逐渐演变成采用先进封装的深亚微米技术，现有的仿真工具和设计方法无法很好地反映变化及其对可靠性的影响。这会导致设计流程出现漏洞，从而导致一些失败。设计流程越来越多地允许在开发早期就考虑到变化，以最大限度地减少其影响，而冗余等设计技术可以减少需要丢弃的“几乎可以工作”的芯片的数量。
3.ESD保护
通常，芯片会包含ESD保护，如果给芯片外部施加0.5V电压，那么在1nm的介质上产生0.5mV/m的电场。这足以导致高压电弧。对于封装内的单个裸片，他们的目标是2kJ这样的标准。
即使在运行期间，ESD事件也可能导致问题。在便携式电子产品中，ESD可以导致许多类型的软错误。在ESD事件期间，电源供电网络(PDN)上可能会引起噪声，原因在于某些IC(振荡器IC、CPU和其他IC)的灵敏度，或是PDN的场耦合。
4.磁场对半导体影响
随着智能手机、平板电脑终端的多功能化，其所需要的电源电压也涉及多种规格，因此电源电路用电感器的使用数量呈现增加趋势。电源电路用一体成型电感的要求小尺寸且支持大电流，并且在智能手机等一些使用电池的设备中要求损耗低。
因此，EMS是人们不得不担心的新问题。能量注入测试是从150kHz开始注入1W能量，一直到1GHz。在每个频率，你会向系统注入1W的能量。如果你没有足够的保护，就会沿着路径进入芯片内部电路造成破坏，或者引脚上的电压可能过高，如果电压太高，就会产生过电应变。
5.开关电源
现在电源行业已从前三四年的市场低迷中走了出来，但开关电源市场竞争日趋激烈，我国电源企业仅仅依靠低成本制造在世界市场上已无优势可言，与此同时，国外功率半导体供应商在电源行业的地位进一步加强。
虽然市场发展形势被看好，但是在过去十多年，中国开关电源企业依靠低成本优势，生产那些符合全球知名OEM企业质量和性能参数要求的产品，为取得成功，中国电源企业在众多环节上做投资，越来越多的半导体生产商都采用嵌入式电源来降低产品成本，也使得功率越来越高。
芯片在恶劣环境中运行，在产品的生命周期中还面临很大的挑战，但是随着制造尺寸变小以及采用新的封装技术时，又会有新的影响产生，也就直接导致了器件性能研发的失败。
