溫度對微電子和系統可靠性的影響

第1章 溫度——可靠性的影響因素
1.1 背景
1.2 基于激活能的模型
1.3 可靠性預計方法
1.4 從事設計、熱控制以及可靠性的工程師們應如何合作
1.5 小結
第2章 微電子器件失效機理與溫度的關系
2.1 芯片金屬化層失效機理與溫度的關系
2.1.1 金屬化層和鍵合點的腐蝕
2.1.2 電遷移
2.1.3 小丘的形成
2.1.4 金屬化遷移
2.1.5 引線孔穿刺
2.1.6 導線金屬化層的約束空洞現象
2.2 氫、氦氣氛環境對金屬化層與溫度關系的影響
2.3 器件氧化層失效機理與溫度的關系
2.3.1 慢俘獲（氧化層中的電荷俘獲和釋放）
2.3.2 柵氧化層擊穿
2.3.3 電過應力
2.4 器件失效機理與溫度的關系
2.4.1 離子玷污
2.4.2 二次擊穿
2.4.3 表面電荷擴展
2.5 器件氧化層界面失效機理與溫度的關系
2.5.1 熱電子
2.5.2 幸運電子模型
第3章 微電子封裝失效機理與溫度的關系
3.1 芯片和芯片一基板粘接失效機理與溫度的關系
3.1.1 芯片破裂
3.1.2 芯片熱擊穿
3.1.3 芯片和基板的粘接疲勞
3.2 一級互連失效機理與溫度的關系
3.2.1 引線鍵合互連
3.2.2 栽帶自動焊
3.2.3 倒裝焊芯片焊點
3.3 封裝外殼失效機理與溫度的關系
3.3.1 塑料封裝的裂縫
3.3.2 聚合物的返原或解聚
3.3.3 晶須和枝狀晶體生長
3.3.4 標準尺寸外殼疲勞失效
3.4 氣密封裝失效機理與溫度的關系
3.5 封裝體引線和引腳密封失效機理與溫度的關系
3.5.1 誤操作和缺陷引起的引腳密封失效
3.5.2 再成型缺陷導致的引腳局部腐蝕
3.5.3 引腳密封界面處引腳的應力腐蝕
3.5.4 引腳焊點疲勞
第4章 雙極型器件電參數與溫度的關系
4.1 雙極型晶體管參數與溫度的關系
4.1.1 本征載流子濃度
4.1.2 熱電壓和遷移率
4.2 電流增益
4.3 雙極型晶體管反相器的電壓轉換特性
4.4 集電極一發射極飽和壓降
第5章 MOS場效應晶體管電參數與溫度的關系
5.1 MOS場效應晶體管電參數與溫度的關系
5.1.1 闕值電壓
5.1.2 遷移率
5.1.3 漏極電流
5.1.4 延遲時間
5.1.5 泄漏電流
5.1.6 芯片的可用性
5.1.7 直流轉換特性
第6章 集成電路老化失效物理方法
6.1 老化的基本原理
6.2 現有老化方法存在的問題
6.3 老化的失效物理方法
6.3.1 對穩態溫度影響的認識
6.3.2 建立老化剖面
第7章 微電子器件溫度冗余設計和應用準則
7.1 現有器件降額方法存在的問題
7.1.1 其它熱參數的影響
7.1.2 熱應力和非熱應力的相互作用
7.1.3 低溫器件降額
7.1.4 器件類型的變化
7.2 抗熱/耐熱設計的另一種方法
7.3 芯片金屬化失效機理的應力限制
7.3.1 芯片金屬化腐蝕
7.3.2 電遷移
7.3.3 小丘的形成
7.3.4 金屬化遷移
7.3.5 金屬化層的約束氣蝕
7.4 器件氧化層失效機理的應力極限
7.4.1 慢俘獲
7.4.2 柵氧化層的擊穿
7.5 芯片金屬化失效機理的應力極限
7.5.1 離子玷污
7.5.2 表面電荷擴展
7.6 器件氧化層界面失效機理的應力極限
第8章 電子器件封裝的溫度冗余設計和使用指南
8.1 芯片和芯片/襯底粘接失效機理的應力極限
8.1.1 芯片破裂
8.1.2 芯片熱擊穿
8.1.3 芯片與襯底的粘接疲勞
8.2 一級互連層失效機理的應力極限
8.2.1 引線鍵合互連層
8.2.2 栽帶自動焊
8.2.3 芯片倒裝焊
8.3 封裝外殼失效機理的應力極限
8.3.1 塑料封裝外殼破裂
8.3.2 聚合物焊料的逆變化或解聚
8.3.3 晶須和枝晶的生長
8.3.4 模壓外殼的疲勞失效
8.4 蓋式密封失效機理的應力極限
第9章 結論
9.1 穩態溫度的影響
9.2 溫度循環次數的影響
9.3 溫度梯度的影響
9.4 時間相關的溫度變化的影響
附錄
參考文獻

在各行業自動化信息化的需求驅動下，特別是汀產業、航空、航天和國防工業發展的需求牽引，如今電子工業已成為全世界最大的工業︰半導體器件和微電子技術作為電子工業的核心技術，其發展速度遙遙領先于其它技術。相對國外先進的微電子技術，國內半導體器件產品的固有質量與可靠性有待提高。這不僅反映在器件設計和制造工藝方面的差距，在器件的使用方面，電子產品設昔師對器件的不當使用也反映出使用者對器件可靠性的認識存在誤區。例如．電子產品設計師通常總是認為只要降低工作溫度就能提高產品的可靠性，而忽略對器件的正確選擇與使用，忽略對失效機理的分析與判定，因而，重復過去的錯誤。

譯者作為電子產品可靠性研究工作者，期望能得到一部對半導體器件（特別是半導體集成電路）設計者和使用者有啟發和指導意義的器件可靠性專著。很幸運我校高澤溪教授和屠慶慈教授向我推薦了Motorola公司先進制造技術中心的Pradeep Lall，馬里蘭大學CALCE電子封裝中心Michael G．Pecht和美軍研究實驗室Edward B．Hakim合著的《Influence of Temperature on Microelectromics and System Reliability》，譯為《溫度對微電子和系統可靠性的影響》。

這是一部半導體器件可靠性物理專著，重點討論了微電子器件失效機理與溫度的關系、微電子封裝失效機理與溫度的關系、雙極型晶體管和MOS型場效應晶體管電參數與溫度的關系、集成電路老化失效物理，提出了微電子器件溫度冗余設計和應用準則、電子器件封裝的溫度冗余設計和使用指南，歸納總結了穩態溫度、溫度循環、溫度梯度及時間相關的溫度變化對器件可靠性的影響。譯者認為這些內容對電子產品設計師、質量師和可靠性工作者具有啟發和指導作用，半導體器件設計和制造工程師、電子產品設計師和器件失效分析工作者從中也將得到裨益，對提高國產半導體器件的質量和可靠性將產生積極作用。本書也可以作為微電子器件和電子產品可靠性專業本科生和研究生的參考教材。

全書共九章，第1章至第3章由賈穎翻譯，第4章至第7章由張德駿翻譯，第8章和第9章由劉汝軍翻譯。中國振華集團永光電工廠總工程師杜瑞文高工審校了譯文初稿，西安電子科技大學微電子學院賈新章教授審校了譯文終稿。本書在翻譯過程中得到了西安電子科技大學張德勝教授的指點，並推薦賈新章教授審校譯文全文。在翻譯過程中譯者向清華大學賈松良教授請教封裝術語及其翻譯都得到幫助。中國電子技術標準化研究所胡燕所長對本書的翻譯工作給予熱情幫助，翻譯了第1章部分內容。電子科技大學謝孟賢教授在本書翻譯初期對前3章譯文進行了校對。在此譯者向曾給予幫助的教授和專家表示衷心的感謝！最後，我們衷心感謝國防工業出版社的編輯，他們認真細致的工作態度和良好的合作精神對本書出版起到了重要作用。

由于譯者水平有限，譯文中難免還存在一些缺點和錯誤，殷切希望廣大讀者批評指正。

譯者
2007年6月于北京航空航天大學