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可靠性问题的提出是与电子工业迅速发展的以下三个特点分不开的:
7 D; r V8 v5 i& z6 l(1)电子产品(设备)的复杂程度在不断增长
7 Z/ N; H/ w y" A; N电子产品复杂程度的重要标志是所需元件的数量越来越多。例如美国轰炸机上的无线电设备的情况是:1921年前飞机上还没有无线电设备,1940年飞机上的电子设备只有一千多个,1950年B—47飞机上的电子设备发展到2万多个,1955年B—52飞机上达5万多个,1960年B—58飞机上发展到9万多个。
8 j! a8 N2 c' Y5 \1 w& c4 H目前,一般制导系统上仅计算机部分就有10万多个元件;一般反导弹系统仅雷达部分就有几十万个元件,整个系统元器件达几百万个。 - T: [( T# F4 W0 Y& e1 [3 ^$ k6 l
一般说来,电子设备所用的元器件数量越多,其可靠性问题就越严重,对于串联系统来说,其设备可靠度为所用元器件可靠度的乘积。 : H, D% g6 y k- V: n' ^" D4 s
设元件的可靠度为0.9,则2个串联为0.81,3个串联为0.729;设元件的可靠度为99.5%,则40个串联为83%,100个串联为60%。 - {# [* P5 P7 f1 i- d0 [
若30万个元件组成系统,为确保系统可靠度为95%,要求每个元件的可靠度为99.9999%以上。现代化的复杂系统的电子元器件数量一般在上百万、上千万,对元器件可靠性要求更高。 $ j a) y5 v0 A' R% J8 X5 Z7 p
(2)电子设备的使用环境日益严酷
) C) {: m2 H' K: w) K) l. G% S电子设备的使用地域从实验室到野外,从陆地到深海,从高空到宇宙空间,还有使用在热带、寒带、赤道、南北极(南极站)等地的。 * }, j( u- U" [# y
各种不同地方的电子设备经受不同的环境条件。在坑道内,地温为一5~35℃;用于坦克中,要经受高温和振动;用于海上舰艇,要经受海水、盐雾、浪潮冲击等;用于宇宙空间,会受到宇宙粒子的辐射和振动加速度。 1 N. u) T0 ~+ \; O) i$ }
一般说来,使用条件越严酷,产品失效的可能性就越大,所以对可靠性要求就越高。
- X4 G) C# z, E, B0 B1 d% n2 X(3)电子产品的装置密度在不断增长
5 I% q1 N: }2 x& x集成电路由SSI经MSI发展到LSI,VLSI,ULSI,装置密度不断增高,因而集成电路内部的环境温度上升,所以对可靠性的要求也不断提高。为此各国都建立了许多机构,研究提高器件的可靠性问题。 ' B/ ^0 m, S6 L! }: r( j
所谓可靠性是指半导体集成电路在一定的工作条件下(指一定的温度、湿度、机械振动、电压等)在一定的时间内能完成规定作用的几率。集成电路的可靠性通常用失效率来量度。# ~3 q0 I2 ] L* M0 a/ o
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1非特表示10亿个产品在1小时内只允许有一个产品失效,或者说在1千小时内只允许有百万分之一的失效率. 6 e [9 P1 {: i4 B% V% \ x$ I% H: y
通过对集成电路失效过程的分析,了解到早期失效阶段对集成电路的平均寿命影响很大,而早期失效主要是半导体集成电路有缺陷。如果通过短时间的筛选试验把有缺陷的集成电路淘汰掉,那么筛选后的集成电路就有更高的可靠性,所以筛选是提高集成电路可靠性的一个有效措施。 / v8 n+ e; U% Q# o7 n
实际上,这个说法不十分确切,因为筛选只是去掉早期失效的电路,并不能从根本上提高这批电路的可靠性水平,实际上可靠性是产品所固有的,即这批电路的可靠性水平在
2 v- m6 v" W4 y% f' C5 O8 R电路制造出来时已决定了。只有用最佳的电路版图设计,最好的工艺质量控制,才能制造出最可靠的电路来。其中设计奠定了可靠性的基础,而工艺则是保证。因此,应从设计和工艺两方面着手来提高电路的固有可靠性。下面着重介绍设计中提高可靠性的一些考虑(包括电路设计、版图设计和工艺设计三方面),而保证工艺质量控制的最有效的办法,是采用微电子测试图形技术4 @) u8 F* G; l4 W T, n% \" O
IC的奇怪ESD试验现象
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' }+ q" p; ^" y6 U0 ] R& D" N- S; I对某IC进行ESD试验,发现可重复的现象。
: o6 k2 l1 S5 p3 ?5 z芯片不同组电源地Vss1、Vss2之间,相互ZAP,当:
+ |0 Y7 x9 E% H- A$ J z3 H2 [A、 Vss1 ZAP Vss2 +2000V Failure;
8 W6 O7 W. k$ v: J$ iB、 Vss1 ZAP Vss2 -2000V Pass;( L' L H* M8 X. B; s& K' G
C、 Vss2 ZAP Vss1 +2000V Failure;/ L" A+ A( J o" n8 U7 V% c+ _* R5 G
D、 Vss2 ZAP Vss1 -2000V Pass。0 b/ A0 x# _1 G u
分析发现:2 {: d$ G0 L: z1 K, k
抗ESD能力与所加的电压极性有关可以理解,但不可思议的与接地(ESD试验设备的地)位置有关,A和B时Vss2接地,C和D时Vss1接地。A、D是同一个泄放回路,B、C也是同一个泄放回路,而且泄放方向也相同,为什么结果不同?% N7 J/ x2 e# d
请高人指点。 |
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