电热效应引起的失效

电热效应失效机理

      在热传递的路径上，任意两点间的温差与热流之比称为热阻。当热阻过大时，产生的热量难以散发出去时，会使结温过高，引起晶体管的过热烧毁。

破坏性失效

      热应力大到一定程度后会对器件产生破坏作用，如管壳出现纹，引线封接处裂开等。

      改进措施：选用相近的材料，加强玷污控制，保证焊接表面清洁，改进工艺，防止焊接面裂纹及空隙的产生。

热疲劳

      器件工作时，由于材料间的热膨胀系数不同及温度变化，在焊接面间产生周期性的剪切应力，使硅片龟裂或焊料“疲劳”而龟裂。

      改进措施：提高焊料抗拉强度，焊料面中间用垫片过渡或硅片背面多次金属化，以降低材料间的热膨胀系数差，密封金属壳中充以高纯氮也可以改变热疲劳状况。

二次击穿

      二次击穿发生时，有过量电流流过PN结，温度很高，使PN结烧毁。

      改进措施：在发射极和集电极上串接镇流电阻，提高二次击穿耐量。针对性地加强工艺控制，确保工艺质量。使用时根据手册使其在安全工作区内，在此区域内不会引起二次击穿或特性的缓慢变化。

静电放电引起的失效

      集成电路在加工生产、组装、存储及运输过程中，可能与带静电的电容、测试设备及操作人员相接触所带静电经过器件引线放电到地，使器件受到损伤或失效，它对各类器件都有损伤，而MOS器件特别敏感。静电放电失效机理可分为过电压场致失效和过电流热致失效。

损伤机理与部位

      1.PN结短路。由于ESD引起PN结短路是常见的失效现象，它是放电电流流经PN结时产生的焦耳热使局部铝-硅熔融生成合金钉穿透PN结造成的。

      2.连线和多晶硅的损伤。互连线通过电流的能力是截面积的函数，当有过电流应力存在时，也会过热而开路，这在厚度较薄的台阶处更容易发生。

      3.栅氧穿透。若静电使氧化层中的场强超过其临界击穿场强，将使氧化层产生穿透，这在氧化层中有针孔缺陷时极易发生。

静电损伤模式

      1.突发性失效：使器件的一个或多个参数突然劣化，完全失去规定功能，通常表现为开路，短路或电参数严重漂移，漏电流增大甚至穿通。

      2.潜在性失效；

      3.静电损伤模型；

      4.防护措施：增加屏蔽和隔离措施、通过增大接地面积改善电荷泄漏通路等；选择ESD特性好的记忆芯片；增设ESD保护电路，抵御外来静电。

电浪涌损伤失效

      电涌浪，即电瞬变，是过电应力的一种，虽然平均功率很小，但瞬时功率很大，对半导体器件带来的危害特别大，轻则引起电路出现逻辑错误，重则是器件受到损伤或引起功能失效。

电浪涌产生的机理

      电涌浪来源：交流220V电压突变；核爆炸瞬间；信号系统浪涌；电感负载的反电动势。

防浪涌措施

      过流保护：现在可选择多种技术以提供过流保护，这些技术包括传统的熔丝管、薄膜保险丝和基于聚合物的正温度系数器件。

      过压保护：采用二极管、瞬态电压抑制器和ESD抑制器以提供过电压电路的保护。