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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:
# J3 s% B F/ e# _$ _& p(1)电子产品(设备)的复杂程度在不断增长
n: s& p4 ~# V- L% k0 C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。
: u2 {3 u$ Z8 @3 ]' ?. ~: F! z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。
1 R, f7 [/ T- E' B4 }* k8 Q8 q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。 1 p7 ]1 _/ q$ I, k+ W
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%。
; X+ z$ _) i# P5 c; a$ Y: S3 r( A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。 7 |4 z+ N1 Z7 `3 `4 B- J
(2)电子设备的使用环境日益严酷
9 H, q- x; Z9 f8 c$ U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。 + D6 |$ B& t8 a1 L$ D+ z
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。 7 B" S) j8 g0 R! I8 W% p) o j
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。
4 e" b' i. N: j1 s8 T+ D(3)电子产品的装置密度在不断增长 3 i1 Z- m& M, C6 D. l7 }
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。 - T- D/ h. c) ^
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。
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- p* h# J9 G. k, n4 T0 J8 ]8 ^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. 4 Z$ ?0 f' z6 L; n
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。
! ^" Y4 A+ R9 n$ S9 U1 S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 5 u0 |! l' k5 w0 x! ?+ B/ j
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
" C7 L$ N7 k: w( B* l6 IIC的奇怪ESD试验现象. [* r: y( N$ O0 b- p. q/ X
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8 W9 C9 }2 [: b* Q7 O9 Q对某IC进行ESD试验,发现可重复的现象。
. p0 W8 w8 \8 A& H芯片不同组电源地Vss1、Vss2之间,相互ZAP,当: s1 N/ s3 m: D7 B- Q
A、 Vss1 ZAP Vss2 +2000V Failure;
- T, `( J5 A. I# c. {' wB、 Vss1 ZAP Vss2 -2000V Pass;
* ^: l, @. i- S% G$ }C、 Vss2 ZAP Vss1 +2000V Failure;2 B1 U G0 L$ q
D、 Vss2 ZAP Vss1 -2000V Pass。
+ m' [6 A X y9 o3 I分析发现:
2 L% {# i- _5 v" a8 ^- O* d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?
# d' \6 v, S' e5 v- m请高人指点。 |
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