Influence of Temperature on Microelectronics and System Reliability-A Physics of Failure Approach

این کتاب سطح درک معیارهای طراحی حرارتی را بالا می برد. این دانش کافی را برای تیم طراحی فراهم می کند تا به آنها کمک کند تا مبادلات معماری دستگاه و تأثیرات دمای عملیاتی را ارزیابی کنند. نویسنده مبنای علمی معتبری را برای عملکرد سیستم در دمای حالت پایدار واقعی بدون جریمه قابلیت اطمینان در اختیار خوانندگان قرار می دهد. عملکرد دمای بالاتر از آنچه معمولاً توصیه می شود نشان داده شده است که در تولید برای هزینه های چرخه عمر مقرون به صرفه است.

فرض می شود بسته میکروالکترونیکی در نظر گرفته شده در کتاب شامل یک دستگاه نیمه هادی با اتصالات سطح اول است که ممکن است پیوندهای سیمی، فلیپ تراشه، یا باندهای خودکار نواری. مرگ ضمیمه; لایه؛ چسباندن بستر؛ مورد؛ درب مهر و موم درب؛ و مهر سرب اثرات دما بر پارامترهای الکتریکی دستگاه‌های دوقطبی و ماسفت مورد بحث قرار می‌گیرد و مدل‌هایی که اثرات دما را روی عناصر بسته تعیین می‌کنند، شناسایی می‌شوند. مدل‌های مربوط به دما برای استخراج معیارهای درجه‌بندی برای تعیین حداکثر و حداقل تنش‌های دمایی مجاز برای یک معماری بسته میکروالکترونیکی معین استفاده شده‌اند.

فصل اول مشکلات برخی از استراتژی‌های مدل‌سازی فعلی را بیان می‌کند. دو فصل بعدی مکانیسم‌های خرابی دستگاه میکروالکترونیک را از نظر وابستگی به دمای حالت پایدار، چرخه دما، گرادیان دما و نرخ تغییر دما در سطح تراشه و بسته ارائه می‌کنند. مدل‌های مبتنی بر فیزیک از شکست که برای توصیف این مکانیسم‌های شکست استفاده می‌شوند، شناسایی شده‌اند و تغییرات در وابستگی دمایی هر یک از مکانیسم‌های شکست مشخص می‌شوند. فصل 4 و 5 اثرات دما بر ویژگی های عملکرد MOS و دستگاه های دوقطبی را شرح می دهد. فصل 6 استفاده از صفحه نمایش استرس با دمای بالا، از جمله سوختن، برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا را مورد بحث قرار می دهد. شرایط سوختگی مورد استفاده توسط برخی از تولیدکنندگان مورد بررسی قرار گرفته و یک رویکرد فیزیک از شکست توضیح داده شده است.

This book raises the level of understanding of thermal design criteria. It provides the design team with sufficient knowledge to help them evaluate device architecture trade-offs and the effects of operating temperatures. The author provides readers a sound scientific basis for system operation at realistic steady state temperatures without reliability penalties. Higher temperature performance than is commonly recommended is shown to be cost effective in production for life cycle costs.

The microelectronic package considered in the book is assumed to consist of a semiconductor device with first-level interconnects that may be wirebonds, flip-chip, or tape automated bonds; die attach; substrate; substrate attach; case; lid; lid seal; and lead seal. The temperature effects on electrical parameters of both bipolar and MOSFET devices are discussed, and models quantifying the temperature effects on package elements are identified. Temperature-related models have been used to derive derating criteria for determining the maximum and minimum allowable temperature stresses for a given microelectronic package architecture.

The first chapter outlines problems with some of the current modeling strategies. The next two chapters present microelectronic device failure mechanisms in terms of their dependence on steady state temperature, temperature cycle, temperature gradient, and rate of change of temperature at the chip and package level. Physics-of-failure based models used to characterize these failure mechanisms are identified and the variabilities in temperature dependence of each of the failure mechanisms are characterized. Chapters 4 and 5 describe the effects of temperature on the performance characteristics of MOS and bipolar devices. Chapter 6 discusses using high-temperature stress screens, including burn-in, for high-reliability applications. The burn-in conditions used by some manufacturers are examined and a physics-of-failure approach is described. The