Способ разбраковки полупроводниковых изделий по надежности
Владельцы патента RU 2455655:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к контролю качества полупроводниковых приборов. Сущность: полупроводниковые изделия подвергают трехкратному циклу: кипячение в воде и выдержка при комнатной температуре. По результатам изменения интенсивности НЧ шума до и после испытаний проводят отбор потенциально ненадежных изделий. Технический результат: упрощение, сокращение времени разбраковки. 1 табл.
Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (ППИ) (диодов, транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для разбраковки по критерию потенциальной надежности, как в процессе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.
Известно из анализа параметров полупроводниковых изделий [1], что каждый экземпляр изделия хотя бы немного, но отличается в пространстве параметров от остальных представителей даже одной и той же технологической партии. Это явление обусловлено разбросом исходных параметров материалов, разбросом режимов технологических операций, разбросом, обусловленным технологическим оборудованием.
Известно по результатам ускоренных испытаний [2], что обычная проверка соответствия набора параметров изделий нормами технических условий позволяет лишь зафиксировать факт функциональной пригодности (или непригодности) его на момент контроля. Измерение параметров изделий в нескольких временных интервалах имитационных испытаний позволяет оценить будущее техническое состояние изделия. Многие имитационные испытания как циклическое воздействие кипящей воды и последующей выдержки при комнатной температуре основаны на измерении свойств материалов, используемых в изделиях, вследствие их температурной зависимости [3].
При оценке качества и надежности полупроводниковых изделий с использованием шума известно [4], что с увеличением дефектности в структуре изделия из-за воздействия термоциклов уровень низкочастотного (НЧ) шума возрастает.
Наиболее близким является способ разбраковки полупроводниковых изделий [5], состоящий в том, что отбор потенциально ненадежных изделий проводят по оценке коэффициента увеличения интенсивности шумов каждого изделия после не менее 10 термоциклов в диапазоне крайних температур, допустимых по техническим условиям, по сравнению с первоначальным значением.
Недостатком способа является длительность испытаний, учитывая, что один термоцикл занимает 60 мин, необходимость создания условий крайних температур, как правило, -60°C и +125°C.
Изобретение направлено на повышение достоверности и расширение функциональных возможностей способа разбраковки ППИ. Это достигается тем, что измерение НЧ шума проводят до и после трех циклов воздействия составных испытаний: „контроль уровня шума+кипячение в воде+выдержка при комнатной температуре". Время выполнения каждого этапа не менее 20 мин. По результатам эксперимента рассчитывается величина относительного изменения низкочастотного шума К после трех циклов воздействия по сравнению с первоначальным значением.
Экспериментально на достаточной выборке изделий из партий одного типа выбирается критерий оценки коэффициента увеличения шума. Изделия, у которых коэффициент увеличения шума больше установленного критерия, считаются потенциально ненадежными.
Пример осуществления способа. На 10 ИС типа ОР37 (операционный усилитель, выполненный по биполярной технологии) измеряли интенсивность шумов на частоте 1000 Гц методом прямого измерения в цепи питания до испытаний и после трех циклов: „кипячение в воде+выдержка при комнатной температуре". Время кипячения и время выдержки при комнатной температуре бралось равным 20 мин. Результаты измерений и коэффициент увеличения интенсивности шума К представлены в таблице. В таблице приведены данные по изменению интенсивности шума после каждого вида составного испытания для того, чтобы показать, что трех циклов вполне достаточно, чтобы увидеть тенденцию увеличения значения интенсивности шума.
После проведения испытаний на безотказность (500 ч, 85°C) ИС №1, 3 имели параметрические отказы. Эти ИС имеют максимальное относительное изменение шума после циклического воздействия в кипящей воде.
| Таблица | ||||||||
| Распределение значений шума в процессе испытаний ИС типа ОР37 | ||||||||
Значение  , мкВ2, после |
||||||||
| № ИС | ||||||||
| Исходное значение |
Кипячение 20 мин | 20 мин при комн. | Кипячение 20 мин | 20 мин при комн. | Кипячение 20 мин | 20 мин при комн. | N | |
| 1 | 0,94 | 0,998 | 0,984 | 1,04 | 1,034 | 1,3 | 1,22 | 1,30 |
| 2 | 1,02 | 1,051 | 1,04 | 1,082 | 1,076 | 1,326 | 1,3 | 1,27 |
| 3 | 0,91 | 0,94 | 0,91 | 0,978 | 0,965 | 1,183 | 1,2 | 1,32 |
| 4 | 1,04 | 1,078 | 1,067 | 1,13 | 1,134 | 1,352 | 1,32 | 1,27 |
| 5 | 1,18 | 1,27 | 1,222 | 1,431 | 1,406 | 1,504 | 1,5 | 1,27 |
| 6 | 0,92 | 0,95 | 0,936 | 0,998 | 0,994 | 1,196 | 1,18 | 1,28 |
| 7 | 1,03 | 1,06 | 1,053 | 1,12 | 1,107 | 1,339 | 1,297 | 1,26 |
| 8 | 1,11 | 1,137 | 1,132 | 1,227 | 1,218 | 1,41 | 1,397 | 1,26 |
| 9 | 1,06 | 1,104 | 1,099 | 1,175 | 1,176 | 1,378 | 1,358 | 1,28 |
| 10 | 1,14 | 1,213 | 1,176 | 1,288 | 1,28 | 1,45 | 1,445 | 1,27 |
Источники информации
1. Покровский Ф.Н., Номоканова Н.Н. Применение термоциклирования для оценки устойчивости МОП интегральных схем // Матер. докл. межд. научн-техн. сем. Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, М.: 1997, с.328-334.
2. Горлов М.И., Мешкова М.А., Тихонов P.M. Ускоренные испытания полупроводниковых изделий на устойчивость к влаге // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009, Т.5, №2. С.30-31.
3. Ковтушенко П.В. Физическая химия твердого тела: кристаллы с дефектами. - М.: Высшая школа. 1993. - 352 с.
4. Врачев А.С. Возможности низкочастотного шума как прогнозирующего параметра при оценке качества и надежности изделий электронной техники // Матер. докл. межд. научн-техн. сем. Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, М.: 1996, с 191-197.
5. Горлов М.И., Емельянов А.В., Смирнов Д.Ю., Сегал Ю.Е. Способ разбраковки полупроводниковых изделий // Патент РФ №2289144, G01R 31/26, 2006.
Способ разбраковки полупроводниковых изделий по надежности, включающий измерение интенсивности шума до и после внешнего воздействия, отличающийся тем, что отбор потенциально ненадежных изделий проводят после трехкратного цикла: кипячение в воде и выдержка при комнатной температуре.
