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第1章 温度——可靠性的影响因素1

1．1背景1

1．2基于激活能的模型2

1．3可靠性预计方法6

1．4从事设计、热控制以及可靠性的工程师们应如何合作9

1．5小结9

第2章 微电子器件失效机理与温度的关系10

2．1芯片金属化层失效机理与温度的关系11

2．1．1金属化层和键合点的腐蚀11

2．1．2电迁移17

2．1．3小丘的形成29

2．1．4金属化迁移30

2．1．5引线孔穿刺31

2．1．6导线金属化层的约束空洞现象32

2．2氢、氦气氛环境对金属化层与温度关系的影响43

2．3 器件氧化层失效机理与温度的关系45

2．3．1慢俘获（氧化层中的电荷俘获和释放）46

2．3．2栅氧化层击穿48

2．3．3电过应力58

2．4器件失效机理与温度的关系61

2．4．1离子玷污61

2．4．2二次击穿65

2．4．3表面电荷扩展68

2．5器件氧化层界面失效机理与温度的关系68

2．5． 1热电子68

2．5．2幸运电子模型70

第3章 微电子封装失效机理与温度的关系72

3．1芯片和芯片—基板粘接失效机理与温度的关系72

3．1．1芯片破裂72

3．1．2芯片热击穿78

3．1．3芯片和基板的粘接疲劳79

3．2一级互连失效机理与温度的关系81

3．2．1引线键合互连81

3．2．2载带自动焊91

3．2．3倒装焊芯片焊点93

3．3封装外壳失效机理与温度的关系94

3．3．1塑料封装的裂缝94

3．3．2聚合物的返原或解聚98

3．3．3晶须和枝状晶体生长99

3．3．4标准尺寸外壳疲劳失效99

3．4气密封装失效机理与温度的关系100

3．5封装体引线和引脚密封失效机理与温度的关系103

3．5．1误操作和缺陷引起的引脚密封失效103

3．5．2再成型缺陷导致的引脚局部腐蚀104

3．5．3引脚密封界面处引脚的应力腐蚀105

3．5．4引脚焊点疲劳105

第4章 双极型器件电参数与温度的关系111

4．1双极型晶体管参数与温度的关系111

4．1．1本征载流子浓度111

4．1．2热电压和迁移率113

4．2电流增益115

4．3双极型晶体管反相器的电压转换特性117

4．4集电极—发射极饱和压降118

第5章MOS场效应晶体管电参数与温度的关系120

5． 1 MOS场效应晶体管电参数与温度的关系120

5．1．1阈值电压120

5．1．2迁移率121

5．1．3漏极电流123

5．1．4延迟时间123

5．1．5泄漏电流125

5．1．6芯片的可用性126

5．1．7直流转换特性127

第6章 集成电路老化失效物理方法129

6．1老化的基本原理129

6．2现有老化方法存在的问题129

6．3老化的失效物理方法133

6．3．1对稳态温度影响的认识133

6．3．2建立老化剖面133

第7章 微电子器件温度冗余设计和应用准则135

7．1现有器件降额方法存在的问题135

7．1．1其它热参数的影响136

7．1．2热应力和非热应力的相互作用137

7．1．3低温器件降额137

7．1．4器件类型的变化137

7．2抗热／耐热设计的另一种方法137

7．3芯片金属化失效机理的应力限制141

7．3．1芯片金属化腐蚀141

7．3．2电迁移142

7．3．3小丘的形成147

7．3．4金属化迁移147

7．3．5金属化层的约束气蚀148

7．4器件氧化层失效机理的应力极限151

7．4．1慢俘获151

7．4．2栅氧化层的击穿152

7．5芯片金属化失效机理的应力极限156

7．5．1离子玷污156

7．5．2表面电荷扩展157

7．6器件氧化层界面失效机理的应力极限157

第8章 电子器件封装的温度冗余设计和使用指南158

8．1芯片和芯片／衬底粘接失效机理的应力极限158

8．1．1芯片破裂158

8．1．2芯片热击穿160

8．1．3芯片与衬底的粘接疲劳160

8．2一级互连层失效机理的应力极限161

8．2．1引线键合互连层161

8．2．2载带自动焊166

8．2．3芯片倒装焊167

8．3封装外壳失效机理的应力极限168

8．3．1塑料封装外壳破裂168

8．3．2聚合物焊料的逆变化或解聚168

8．3．3晶须和枝晶的生长168

8．3．4模压外壳的疲劳失效168

8．4盖式密封失效机理的应力极限169

第9章 结论171

9．1稳态温度的影响171

9．2温度循环次数的影响171

9．3温度梯度的影响171

9．4时间相关的温度变化的影响172

附录174

参考文献180