IC運(yùn)營(yíng)工程技術(shù)科普篇識(shí)
Q1:如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品fab的后端金屬層有EM的問(wèn)題,如何評(píng)估lifetime?需要做什么測(cè)試。除了HTOL,有專門針對(duì)EM的lifetime評(píng)估方式嗎?
Answer:
EM是工藝可靠性的認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目,foundry必須具備的測(cè)試能力。Foundry有專門測(cè)試EM的測(cè)試結(jié)構(gòu),Process qualification,process monitor的必選項(xiàng)目,工廠可以提供相關(guān)report。
產(chǎn)品終端測(cè)試溫度能加到多少,溫度加不上來(lái),加速因子會(huì)很小。即便可以終端高溫?zé)龣C(jī),sample數(shù)量少也沒(méi)有統(tǒng)計(jì)意義。再退一步,即便終端燒機(jī)有失效發(fā)生,還要花大量時(shí)間確認(rèn)是你這顆芯片出問(wèn)題,而且是EM問(wèn)題。在產(chǎn)品上的話,foundry process reliability qual.的EM結(jié)果已經(jīng)沒(méi)有多少參考意義了。只能在產(chǎn)品上設(shè)計(jì)老化實(shí)驗(yàn)老驗(yàn)證,小概率出現(xiàn)的DPPM level的缺陷也不太了能抓得到。
Q2:為啥大多數(shù)pad都是方形的?或長(zhǎng)方形的,這個(gè)有啥說(shuō)法嗎?
Answer:
長(zhǎng)方形為了CP扎針和封裝焊接 分開使用不同位置。方形的pitch可以做到最小。八角的pad寄生電容小,RF pad都是八角的,RF天線pad是八角的,打線還是方形的??赡芨鷏ayout時(shí)格點(diǎn)(grid)規(guī)則的設(shè)置有關(guān)系。一般的斜線連接都是45°,所以線或塊的走向要么平行,要么垂直,少數(shù)45°,幾乎沒(méi)有其他角度。在foundry的EDA環(huán)境設(shè)置里,這三種方向以外圖形走向會(huì)報(bào)錯(cuò)。方形的和八角的pad都會(huì)看得到,其他形狀的只要不是45°走線,MRC就會(huì)報(bào)錯(cuò)。
相比圓形,方形和條形pad的幾何特征更有利于機(jī)器視覺(jué)識(shí)別、測(cè)量和定位,從而有利于提高bonding過(guò)程中焊點(diǎn)定位精度。工程師在wire bond編程的時(shí)一般用芯片左上角pad和右下角的pad做操作點(diǎn),十字光標(biāo)橫平豎直,方形和八角都好定位,確保芯片是正的,便于后續(xù)的操作??赡芨鷏ayout時(shí)格點(diǎn)(grid)規(guī)則的設(shè)置有關(guān)系。一般的斜線連接都是45°,所以線或塊的走向要么平行,要么垂直,少數(shù)45°,幾乎沒(méi)有其他角度。在foundry的EDA環(huán)境設(shè)置里,這三種方向以外圖形走向會(huì)報(bào)錯(cuò)。
Q3:一款FCLGA芯片,里面封了一個(gè)FET,這個(gè)FET單獨(dú)使用是可以到50V沒(méi)問(wèn)題的,但封成FCLGA之后,30V就出現(xiàn)了燒短路的現(xiàn)象,100%失效??赡軙?huì)是什么原因?qū)е碌哪兀磕每栈搴托酒约菏趾笢y(cè)試,也是沒(méi)問(wèn)題的,封起來(lái)之后就有問(wèn)題了。一直右邊失效。
Answer:
繼續(xù)FA看看,估計(jì)越往下約嚴(yán)重,對(duì)比layout和schematic看看??紤]散熱問(wèn)題,高溫下自激反饋導(dǎo)致thermal run away,高溫導(dǎo)致高電流,高電流導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高,如此反饋?zhàn)晕壹?lì)。一直是右邊失效,需要考慮為何這個(gè)地方會(huì)有較大的電流密度??赡芤紤]原來(lái)FET的封裝散熱和新封裝散熱系數(shù)??梢钥紤]添加散熱片。在FET的G和S之間再并一個(gè)10K電阻。通常損壞的原因可能是因?yàn)闁艠O上累積的靜電荷所導(dǎo)致。
如果是熱阻因素,可以考慮高導(dǎo)熱Compound。但是高導(dǎo)熱的Compound通常價(jià)格也更貴,會(huì)抬升運(yùn)營(yíng)成本。這些都算是權(quán)益之計(jì),根源還是要找到為何會(huì)always燒同一個(gè)點(diǎn),并且做出在下一代芯片上做設(shè)計(jì)優(yōu)化?!癚uality by Design.質(zhì)量源自設(shè)計(jì)?!毙酒?a target="_blank">DFM做好了,制造的路就會(huì)是一片坦途,質(zhì)量管控也容易做。還可以用溫度成像儀,記錄不同電壓下的溫度??纯词欠耠妷号c溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系,也能找到是否是熱燒毀的關(guān)系。
Q4:美光的DDR4,在低溫-20度下不能啟動(dòng),-10度就可以啟動(dòng)。有人遇到過(guò)類似的嗎?
Answer:
會(huì)不會(huì)是你主芯片上的DDR_PHY物理接口的low temperature timing問(wèn)題?可以看一下低溫下的眼圖對(duì)比。還有VDD_DDRPHY的輸出電壓在不同溫度下的差異。DRAM芯片的供應(yīng)商通常都會(huì)保證芯片的低溫性能,還有LTOL test。DDR有不同的grade。需確認(rèn)工作溫度的規(guī)格。這個(gè)和主控要一起分析,避免定位錯(cuò)誤。
Q5:買來(lái)的耐壓30V的東芝PMOS,用在3.3V上,作為一個(gè)上電soft start的電路。使用過(guò)程也有概率燒毀。這個(gè)有啥可能?我猜測(cè)是3.3V對(duì)地短路燒毀了MOS管。
Answer:
通流能力不夠的情況下,通過(guò)大電流,Rdson會(huì)變大,積熱就會(huì)變大,在散熱不夠的情況下,會(huì)燒壞MOS。
背面這個(gè)貌似MOS。主要是這個(gè)散熱設(shè)計(jì)的很好。通過(guò)把PCB挖孔,在金屬端,讓MOS緊貼散熱片。這是封裝特定的構(gòu)造,在工控的電源板中常見(jiàn),一般有是插件,先將MOS鎖到散熱片再插件過(guò)波峰焊。很多年前就見(jiàn)過(guò)很多功放芯片被鎖到散熱片上,但都是插件。但是這種針對(duì)SMT封裝,直接鎖到散熱片上的方法,以前我還真沒(méi)想到。聰明就聰明在把PCB挖孔,然后在反面焊接。大部分人在使用SMT MOS的時(shí)候,是把整個(gè)MOS焊接到PCB上,利用PCB散熱。
PCB散熱跟不上,就在外殼上加個(gè)小散熱片,這些方法都不如直接把散熱Pin鎖到散熱片上。工控的功率版板子會(huì)統(tǒng)一散熱片橫槽方向,通過(guò)機(jī)殼的蜂窩孔,或風(fēng)扇來(lái)形成空氣流通,散熱會(huì)很快。也是朝熱相關(guān)方向去分析,die、molding compound和基板之間,因材料熱膨脹系數(shù)不匹配,可能導(dǎo)致熱失配帶來(lái)熱變形和熱應(yīng)力。不同材料熱變形不一致,就會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱應(yīng)力,影響結(jié)構(gòu)的抗斷裂性能。
不同材料在一定溫度下連接成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)之后,各部分之間收縮變形程度不均,會(huì)在材料界面邊緣產(chǎn)生殘余應(yīng)力,這種殘余應(yīng)力形成后幾乎無(wú)法消除,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致界面開裂。因此,熱失配帶來(lái)的封裝結(jié)構(gòu)熱載荷失衡嚴(yán)重的話,可能導(dǎo)致封裝結(jié)構(gòu)變形、剝離,封裝后翹曲、芯片隱裂等。如果從熱失配方向考慮,可以用DSC、TMA、DMA等熱分析手段做一些材料熱性能測(cè)試,會(huì)有助于排查封裝材料是否熱失配或熱匹配。
Q6:為什么HTOL做的時(shí)候結(jié)溫必須大于125度呢?我看si基的載流子在這個(gè)溫度還是條直線呢?
Answer:
沒(méi)有說(shuō)必須Tj必須大于125,任何產(chǎn)品未來(lái)保護(hù)可靠性Tj要小于Tjmax。HTOL主要要考慮應(yīng)用情況,以及足夠的溫度加速因子。器件選型時(shí)應(yīng)達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn):
民用等級(jí):Tjmax≤150℃ 工業(yè)等級(jí):Tjmax≤135℃
軍品等級(jí):Tjmax≤125℃ 航天等級(jí):Tjmax≤105℃
責(zé)任編輯:xj
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