半导体器件的可靠性
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半导体器件的可靠性范文第1篇
关键词：贴片；半导体；可靠性；工作；研究
中图分类号：TO306 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0126-02
贴片半导体器件以其体积小、重量轻的特点，满足了航天武器系统小型化的需求，逐渐被用来替代金属或陶瓷封装的分体式器件。随着使用过程中暴露出的质量问题，贴片半导体器件的质量越来越受到各使用单位的关注，为确保贴片半导体器件的装机质量，在装机前剔除参数超差或有潜在工艺缺陷的器件，开展贴片半导体器件的可靠性工作研究很有必要。
1 贴片半导体器件的封装形式
①贴片陶瓷半导体器件的封装形式主要有：SMD-0.1、SMD-0.2、SMD-0.5、SMD-1、SMD-2、SOT-23C、UA、UB等。
②贴片玻璃半导体器件的封装形式主要有：Mili-MELF（DO-213AA）、LL34/LL35等。
③贴片塑料半导体器件的封装形式主要有：SMA（DO-214AC）、SMB（DO-214AA）、SMC（DO-214AB）、SOD123、SOD323、SOD523、SOT-23、SOT-223、SOT-89、TO-252、D2Pak、
SO-8等。
2 可靠性工作中遇到的问题及解决措施
2.1 高温试验后引脚氧化问题
贴片半导体器件的引脚在高温环境下容易氧化变黑，影响器件的可焊性，建议参照PEM-INST-001取消了高温贮存试验项目，增加温度循环试验次数。
2.2 贴片半导体器件可靠性试验中受机械应力引脚变形
问题
贴片半导体器件引脚短、薄、软，受力极易变形，引脚变形后反复整形会导致引脚损伤或折断，也会导致器件可焊装降低，因此在检测、筛选试验过程中应采取以下措施：
①贮存及运输过程中采取单个独立包装或编带包装，周转中采用防静电托盘单层存放，以防相互碰撞或挤压导致引脚变形。
②取放器件应使用专用的镊子或吸盘，避免用镊子直接夹持器件引脚。
③应选择适合器件尺寸的夹具，避免由于夹具尺寸与器件尺寸配合不当导致引脚受力扭曲变形；同样的封装外形，不同生产厂家、或同一厂家不同批次结构尺寸会不同，用相同夹具进行试验会出现接触不良或引脚变形，建议每次试验前一定要进行装夹检查。
④每次装夹以及试验结束后应在放大镜下进行外观检查，用专用工具对轻微变形的引脚进行矫形，并剔出引脚严重变形的器件。
2.3 功率老炼过应力问题
贴片半导体器件试验夹具一般采用上下翻盖的装夹方式，这种装夹方式存在散热不良的问题。如果功率老炼试验应力不当会导致器件过热击穿。
①整流、开关等普通二极管取1～1.5倍的额定正向电流，建议取器件的额定正向电流进行功率老炼；如壳温过高时功率老炼的正向电流可取0.8倍的额定电流及以上。
②稳压二极管取1～1.5倍的额定耗散功率，也有取最大稳压电流IZM；建议取最大稳压电流进行功率老炼。
③三极管的功率老炼条件取1倍的额定耗散功率；功率老炼过程中应监控器件壳温，根据可靠性工作经验，塑封小功率器件壳温控制在55～70 ℃范围内，陶瓷、玻璃封装器件壳温控制在80～90 ℃范围内，如壳温过高则建议参照GJB/Z 35-93《元器件降额准则》的要求，耗散功率可取0.75倍的额定功率及以上。
④高频三极管的功率老炼试验需定制专用老化板，在老炼回路中增加滤波电容器、电感器以防自激振荡，否则试验后会导致器件性能下降，甚至功能失效。
2.4 高温反偏的应力条件
①高温反偏试验关键的应力条件为温度、反向电压和漏电流。
②普通器件的高温反偏不存在任何风险，只要夹具接触可靠即可，但肖特基二极管高温反偏需引起高度重视，特别是贴片肖特基二极管的高温反偏试验，稍有不慎会导致批次性过热击穿。在进行肖特基二极管高温反偏试验时需采取以下措施：
第一，每个型号规格的器件进行试验之前应先用样片进行摸底试验，肖特基二极管在温度（一般取100 ℃）一定的情况下，根据器件的热阻及试验结果确定器件的试验电压，但最低不得小于0.5倍的额定反向直流工作电压；
第二，每批次器件开始试验之前，应先抽取2只样品进行试验，以掌握该批次器件的反向漏电流指标情况，计算设备的最大负载能力；
第三，当单个漏电流值大于5 mA时，建议控制每次试验的数量，试验数量过多，每路之间相互影响，极易导致器件击穿。
3 结 语
贴片半导体器件由于受封装外形、试验夹具等诸多因素的影响，在开展可靠性工作研究中遇到了许多问题，通过多年的研究和技术公关，问题都迎刃而解，取得了一些成绩，开发出一千多个型号规格的检测、老炼程序，建成了贴片半导体器件可靠性保障能力，成为科工四院元器件可靠性分中心，也成为科技一院、科工二院、科工三院授权的元器件质量保证单位，为航天、航空、船舶、电子仪器等领域的产品提供了可靠性保障工作，为各行各业电子产品的可靠性做出了贡献。
参考文献：
[1]Alexander Teverovsky，Kusum Sahu，Henning Leidecker，
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ulated Microcircuit（PEM）Selection， Screening，and Qualificati-
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半导体器件的可靠性范文第2篇
关键词：半导体封装；封装机器；装备维护
引言
随着我国经济的发展，计算机技术也得到了巨大的发展。在计算机发展的过程中，半导体器件的发展具有重要的作用。在计算机刚发明的时候，其体积非常巨大，而如今的计算机越来越小，集成度越来越高，这主要就是归功于半导体科技的不断发展。半导体芯片的集成度不断提高使计算机的处理功能越来越强，同时计算机的体积也越来越小。而在提高集成度这一环节中，半导体封装技术具有重要的作用。从最初的封装设备需要从国外引进，到如今自己能够制造出先进的封装设备，半导体封装技术在国内取得了迅速的发展。本文将先介绍半导体封装机器的相关概念和重要作用，再探讨封装机器的管理和维护工作。
1 半导体封装机器概述和作用
1.1 半导体封装机器概述
半导体器件是电子产品的重要组成部分，它在电子产品中起着信号控制和处理的作用。在半导体封装的过程中可以分为以下几步：
第一，进行划片工作，对晶圆进行贴膜后，利用晶圆切割机器对晶圆进行切割，切割同时机器还具有自动清洗功能，以去除各种残留的粉尘和硅渣，以避免影响产品的质量。第二，进行粘片工作，粘片时用银浆将芯片进行粘贴，方便产品的散热，并有良好的导电性。粘片机所使用的动力来自于压缩空气。第三，进行引线压焊工作，目前比较先进的压焊技术为超声压焊，它是利用压焊机器的劈刀将焊接面和焊线进行摩擦，从而保证焊接面的光滑，顺利完成焊接工作。第四，塑封工艺，首先要用排片机将压焊好后的产品放到预热台上进行预热，然后用包封机进行合模加压，用高频预热机进行封料软化，最后进行注塑后固化工作。第五，进行后固化工作，需要用专业的烘箱设备对塑封后的产品进行4个小时的加热，使产品的性能更佳。第六，进行打标工作，需要利用激光打标机对产品进行标记的刻印。第七，进行电镀，电镀前需要用溢料机对产品进行溢料，然后对产品表面进行镀锡工作。第八，进行切筋切断工作，利用相关切断设备将整条已经电镀的产品进行切割。第九，测试包装工作，将经过上述多道工序后的产品进行电性测试，自动区分合格品和不合格品。将测试合格后的产品进行封装。
最初的封装形式为三极管时代的插入式封装，后面出现了表面贴装式封装，如今模块封装和系统封装应用比较广泛等。半导体封装的相关机器有很多，根据封装形式的不同，封装机器也有很多种。
1.2 半导体封装机器的作用
在半导体封装过程中会用到很多的封装机器，封装机器的整体作用是完成整个半导体封装的过程。而半导体封装不仅要保护内部免受外界环境的影响，也要加强芯片内外的连接能力。综合来说，封装机器进行半导体封装具有以下作用：
第一，对芯片进行物理保护。芯片是一个非常重要的部分，所以一旦受到损害，产生的后果非常严重。通过半导体封装，芯片与外界得到了隔离，一方面可以避免空气中的杂质对芯片进行腐蚀，另一方面也能够避免温度过高等产生应力而损坏芯片。
第二，实现电气连接。根据功能的需求，利用封装可以对电路板上的间距进行合理的调整，从而便于实际的安装，保证电气连接合理通畅。合理的封装不仅可以降低相关的材料费用，而且还能保证芯片的高质量和可靠性。比如，合理的布线长度以及阻抗配比可以保证芯片的质量和效率。
第三，实现标准规格化。在半导体封装时，需要确定封装的尺寸、形状以及长度间距等等，这不仅仅可以建立封装的标准，而且能够跟电路板等厂家进行配合，从而实现整个产品的标准化过程。
2 半导体封装机器的维护
半导体封装机器的可靠性在很大程度上决定着半导体产品的质量，所以封装企业要做好封装机器的质量和维护工作，保证封装机器的正常运行。
半导体封装机器虽然操作简单，工作精度高，但这同时也决定了它的机械结构比较复杂，自动化的程度比较高，发生故障的概率以及解决成本更加高。半导体机器中具有机械系统、电气系统以及软件系统等等，在每个系统中也都存在着很多子系统。多个系统的相结合，设计不到位，就很容易降低封装机器的可靠性。
为了加强半导体封装机器的可靠性，就要从以下几个方面加强工作。第一，加强工作人员素质的培养，让工作人员在封装过程中尽职尽责，尽量减少人为失误造成机器故障。第二，提高封装机器的可靠度，不断将新技术融合到封装机器上，比如自动故障诊断识别系统以及生产报告生产系统等等。第三，加强封装机器的检修工作，建立定时的检查机制，实时监控封装机器的运行情况，发现问题能够及时的进行修理维护工作。
结语
半导体的迅速发展对电子计算机技术以及经济的发展都具有重要作用，而半导体封装机器的封装环节在半导体器件中具有重要作用。本文介绍了半导体封装机器的相关概念和重要作用，探讨了封装机器的管理和维护工作。
参考文献
半导体器件的可靠性范文第3篇
[关键词]变频调速原；及变频方案可靠性；分析
中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0150-01
目前，变频调节技术由于具有显著的节能优势而发展迅速，并得到了广泛的应用。电机在采用变频调速后，其调速范围相对较广宽，同时其平滑性相对较高，其机械特性也相对较硬，能够有效实现实现软启动，有效降低对电网的冲击和机械负载的冲击，并能够在实现显著节能的同时，有效提升电机的使用寿命。
一、交流调速功率控制原理
从对功率控制角度进行分析，能够得出如图1所示的异步电动机功率模型图。异步电动机在运转过程中，定子从电源中吸收电功率P1，同时吸收无功功率励磁，建立旋转磁场，将P1转化为电磁功率Pem，根据能量守恒原理可以得出异步机按定子电磁功率为：
Pem=P1-P1（P1表示定子输入电功率，P1表示定子功率损失）
根据以上功率理论可知，有效控制机械功率PM是异步机调速的实质所在，即变频调速原理为通过功率控制来实现其转速的改变。由此可以推导出：电气变频调速包括电磁功率Pem和损耗功率P2两种原理，所有变频调速方法均基于这两种原理。变频调速的原理直接决定调速性能，尽管变频调速时采用的方法不同，然而只要其调速原理相同，难么其调速性能必然一致。根据功率控制理论，以定子为控制对象、电磁功率为控制目的的变频调速系统可以用图2进行表示。
由公式Pem=P1-P1可以得出，为了对Pem进行高效控制，必须对定子的输入功率P1进行有效控制。在电机运行过程中，P1可以用以下公式表示：
在公式中，电机客观存在的负载转矩直接决定了I1cosφ1，无法作为变频调速的控制量，在变频调速过程中无法改变电源相数，只能通过控制定子端电压U1对P1进行有效控制，从而实现变频调速。在异步电机运行过程中，定子有着产生电磁功率和旋转主磁场的功能。在实际变频调速过程中，仅仅通过调整定子端电压能以实现高效率调速，单纯对异步电机定子端电压进行调整，会导致主磁通出现降低，破坏高效调速所遵守的φm=C原则，导致异步机损耗急剧增大，无法改变异步机的理想空载转速，同时还会增大损耗功率和转速降。
为了确保在改变U1时仍然满足原则，变频调速应当遵守φm=C以下电机学规律：
同时在调速过程中对电压频率f1进行控制，确保压频比U1/f1为常量。
由以上分析可以得出：基于定子的电磁功率控制是变频调速的实质，通过调压、变频二元控制等方法实现变频调速。
二、高压变频方案及其可靠性
小容量绝缘栅极型功率管（IGBT）具有较高的可靠性，无需进行串并联，使得小功率变频调速的可靠性相对较高。然而，高压、大功率变频调速的可靠性相对复杂。对于高压变频调速，目前国外半导体极限理论研究取得了一定进展，已研究出接近极限的二极管，该极限二极管的电压仍然无法满足直接6～10kV电源线安全使用的要求。下文就高压变频方案及其可靠性进行分析。
（一）高压变频方案
第一，变压器变频方案。变压器调速方案包括如图3所示的“高一低”和“高一低一高”变压技术方案。在变压器变频方案中主要采用回避高压来实现变频。采用变压器变频方案需要大容量变压器，使得变频成本和损耗增高，同时也会增大增大电流，使得IGBT产生并联均流问题。
第二，IGBT直接串联变频方案。该方案通过将高压进行分解，有效降低各个IGBT器件的实际电压，从而实现变频。IGBT直接串联变频方案难以有效解决串联均压问题。
第三，多电平串联变频方案。该变频方案有机结合了变压器变频方案和器件串联方案结合。相比于变压器变频的“高一低一高”方案，其少一台变压器；相比于IGBT直接串联方案能够有效提高均压可靠性。然而多电平串联变频方案未能有效有效避免增加变压器产生的成本，同时也未能从根本上有效解决半导体器件串联均压问题。
（二）高压变频可靠性分析
第一，半导体串联均压和电流可靠性分析。均压即是串联器件的电压平均分配率，电路中理想状态下的均压为各个串联器件两端电压均相等且为总电压的1/n。为实现理想状态下的均压，必须确保各个串联电器的电参数完全相同，然而半导体器件存在离散性，难以实现理想状态下的完全均压，最多能达到近似均压，尤其是可控器件实现均压的技术难度最大，其效果也最差。串联的不均压直接降低了承担电压高的器件可靠性，一些串联器件甚至被击穿，并引发一系列的连锁反应，使得串联器件全部受到损坏。串联系统变频可靠性取决于n个串联器件可靠性之积，串联元件越多，串联系统的可靠性相对越低。对于冗余设计的串联电路，其各个串联元件之间相互分担电压，使得冗余的从元件能够有效改善主元件电压可靠性，但值得一提的是，串联系统中任何一个元件开路性失效均会使得串联系统开路。串联数量增多会降低串联系统的电流可靠性，尤其是在电流源型的电路中，电器元件开路会出现严重的过电压，击穿元件，影响串联系统的可靠性。
第二，半导体并联均流和电压可靠性分析。均流即是并联电路的电流平均分配率，并联系统变频可靠性取决于n个并联器件可靠性之积，在并联系统中任何元件电压击穿均会破坏均会联系统的电压可靠性，尤其是电压源型电路，任何元件击穿都将导致并联系统出现短路。
第三，多电平串联变频可靠性分析。通常情况下，IGBT损坏尤其是IGBT被电压击穿是导致多电平串联变频方案出现故障的主要原因，直接影响多电平串联变频效果。一方面，IGBT的芯片结构存在问题，使得多电平串联变频方案中IGBT被击穿。由于受生产工艺限制，IGBT的芯片pn结边缘处几乎呈直角形，缺乏像晶闸管的斜坡，使得器件耐过电压能力降低，承受过压时间的缩短，使得IGBT被电压击穿。另一方面，串联单元动态开、关特性不一致，使得各单元瞬时0电压存在不均匀显现，导致IGBT被电压击穿，从而影响多电平串联变频可靠性。
结束语
本文在分析基于功率控制的变频调速原理的基础上，得出基于定子的电磁功率控制是变频调速的实质，通过对变压器方案、IGBT直接串联以及多电平串联方案结构、优势及可靠性研究，得出采用IGBT变流器件的变频调速无法满足电业为6～10Kv的高压变速调频的安全要求。
参考资料
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半导体器件的可靠性范文第4篇
【关键词】微电子专业实验 教学改革
【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】1006-5962（2013）02（a）-0019-01
引言：
微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。现代社会是一个信息社会，信息技术发展的方向是多智能化、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。
目前我国的微电子行业领域正以日新月异的速度高速向前发展，但是微电子专业学生往往理论强于实践，成为制约我国微电子行业发展的最大障碍。为了培养出合格的微电子专业毕业生，在微电子教学过程中必须理论和实践并重。
我们在结合我校多年微电子专业实验教学的实践工作以及目前微电子行业的现状和前景，提出了在本科阶段微电子专业实验改革实验内容――抓好两大平台建设；革新实验课程教学体系的新思路――因人而宜，因材施教，学生为主，教师为辅。
微电子专业实验改革实验内容：
在实验改革中主要分成两大主要平台：集成电路设计平台和集成电路测试平台。
集成电路设计平台：
实验室是开展研究性教学、培养和提高学生创新能力的重要阵地。微电子实验所涉及的一些必要的实验装备往往价格不菲，而一些综合性、设计性、研究探索性实验以及课程综合设计所需要的系统级先进设备和测试仪表更是价格惊人，在本科教学实验室中根本无法配置。为了解决这一矛盾，我们在实验室建设中引进先进的EDA软件，包括ECAD和TCAD软件构建集成电路设计模块。在这个模块中学生可以完成（1）数字IC和模拟IC的设计：进行数字集成电路、模拟集成电路和片上系统SoC的设计实验；（2）可以完成版图设计：进行数字集成电路版图设计、模拟集成电路版图设计；（3）还可以完成器件和工艺设计：进行微电子器件、纳电子器件和光电子器件的结构设计、性能仿真、工艺设计、参数优化和虚拟制造的实验。利用这些软件学生不仅可以完成一些过去因条件限制根本无法完成的综合性、设计性实验和课程设计，更主要的是学生在开展科技创新训练和复杂程度高的系统级毕业设计中，可以首先利用这些软件平台进行设计、仿真分析、反复修改，在获得正确设计和初步结果后再利用实验设备和测试仪器进行实验验证。这样做不仅减少了研究工作和实验工作的盲目性，而且降低了运行成本和设备维修率，提高了设备利用率。
集成电路测试平台：
该平台是针对微电子技术本科专业中关于半导体器件物理、固体电子导论、微电子器件设计、半导体基础实验、集成电路测试等课程的教学要求，完成以下几个模块设计实验：（1）半导体材料测试模块。通过四探针测试仪（包括电脑、软件）、导电类型鉴别仪、半导体霍尔效应测试仪和少子寿命测试仪可进行半导体材料（硅片）的导电类型、电阻率、电导率和少子寿命测试等实验和研究。（2）半导体器件测试模块。通过晶体管特性测试测试仪、数字万用表、半导体特性分析仪和CV特性测试仪可进行二极管、NPN、PNP、MIS和MOS晶体管的特性测试和参数提取的实验和研究。（3）IC在晶圆测试模块。通过STl03A手动探针台、数字示波器和逻辑分析仪可进行集成电路和半导体器件性能的在晶圆测试的实验和研究。（4）版图分析与电路提取模块，利用大平台显微镜、计算机和数字摄像头可进行集成电路的版图分析、图形测量和电路提取实验和研究。
微电子专业实验课程新教学体系：
为了培养高素质的、有创新能力的、符合新时代要求的学生，我们制定了新的微电子教学实验大纲。新大纲具有以下特点：（一）内容覆盖范围广，包括大部分微电子专业课程内容：半导体器件物理、固体物理、集成电路版图和工艺设计、集成电路CAD和微电子器件等等；（二）对实验者水平要求更高，编排结构更合理。大部分实验包含基本验证性和综合分析性，要求学生掌握扎实的基本知识，突出对学生能力培养和素质教育；（三）大纲规定了必做实验和选做实验两种类型实验，必做类型要求所有学生都要完成，而选做实验主要是针对部分学生开设的能力提高型实验，做到“因人而宜，因材施教”。
与此同时，根据大纲的修订，我们对《微电子专业实验》讲义进行了重新编排，以了解新知识，掌握新技能，培养新能力为重点。通过大纲和讲义的修订和编排都为微电子专业实验的教学改革奠定了基础。
半导体器件的可靠性范文第5篇
光电产业园是以光电子、电声科技企业为主的研发生产基地，实施研发孵化-加速成果转化-产业化的三级跟进式培育，提供金融超市、技术交易市场、检测中心、品牌营销管理等全方位服务，有效促进了企业的快速发展和壮大，极大地推动了企业核心竞争力的快速提升。到2015年，园区可实现产值1000亿元、利税250亿元，成为国内领先的光电子产品研发生产制造基地。光电产业园通过强化科技、质量、金融、人才支撑，实施了孵化器、加速器、产业化基地的三级跟进式培育，加快金融超市、融智平台、技术交易市场、检测中心等全方位的服务，促进企业的生成、发展和壮大，提升了园区功能。
据了解，在高新区光电园投资7000余万元建设的国家级半导体器件质量监督检验潍坊中心设有工艺验证、LED器件检测等10多个实验室，可为入园企业提供“当地生产、当地检测、当地认证”的一条龙服务。作为国家级权威性检测机构，检测中心组建起以中科院院士、海外归国博士为代表的研发团队，可提供芯片、半导体器件、LED产品可靠性试验等第三方检测和研发服务，减少了企业检测费用，缩短了产品认证周期，有效增强了光电产业竞争力，并辐射带动省内半导体产业的发展。
目前，光电园聚集企业126家，其中规模以上企业26家，2011年实现园区主营业务收入120亿元，形成了以浪潮华光、歌尔集团、中微光电子等一批骨干企业为代表的半导体产业链，产品面向苹果、索尼、微软等国际品牌，成为国内外重要的光电子产品研发制造基地。十二五期间，产业集群将新增投入500多亿元，新建续建100个重点项目，培育科技型中小企业400多家，打造30多家过10亿元企业，形成千亿级光电产业集群。
