电子产品可靠性的影响因素、失效模式及可靠性设计
1、电子产品可靠性
电子产品的可靠性受设计、制造、封装、运输以及使用环境等诸多因素的影响。掌握电子元器件的失效机理、失效影响因素/参数，有针对性改进电子产品的设计，是电子产品研制企业关注的重点。由于电子产品可靠性相关的因素较多，要提高电子产品的可靠性，首先需要了解、掌握电子产品有什么失效机理、电子产品设计、生产过程中哪些参数是与其可靠性相关的等。本文基于国内外企业经验，梳理分析电子产品的可靠性影响因素及改进设计方法。
2、电子产品主要制造因素与可靠性 本文梳理了相关标准以及Toshiba等企业的电子产品可靠性设计经验基础上，梳理形成电子产品主要制造因素与可靠性关系，给出各制造环节与可靠性相关的项目、参数、故障模式。
| 阶段 | 项目 | 相关参数 | 主要故障模式 |
|---|---|---|---|
| 设计 | 晶体管（双极） | 尺寸、形状（集线极、基极、发射极） 杂质浓度、扩散深度 | 电流放大系数变化、短路、开路 |
| 晶体管（MOS） | 尺寸、形状（宽度/长度），栅膜厚度 | 电压变化、击穿电压退化、漏电流增大 | |
| 绝缘体 | 宽度，扩散深度、杂质浓度 | 寄生晶体管，漏电流增加，击穿电压降低 | |
| 电阻（扩散） | 尺寸和形状，扩散深度、杂质浓度 | 击穿电压退化、漏电流增加，短路，开路，阻值变化 | |
| 电阻（多晶硅，W） | 尺寸和形状，杂质浓度，薄膜厚度 | 开路，短路，阻值变化 | |
| 内部布线（铝/铜/硅） | 尺寸和形状，薄膜厚度 | 开路，短路，阻值变化 | |
| 内部布线（多晶硅，W） | 尺寸和形状，薄膜厚度，杂质浓度 | 开路，短路，阻值变化 | |
| 内部布线触点 | 尺寸和形状，接触组合（铝/铜/硅、铝/铜/聚硅钨嵌入等） | 开路，短路（穿孔），阻值变化 | |
| 阻隔层 | 尺寸和形状，薄膜厚度 | 开路，短路 | |
| 焊盘 | 尺寸和形状，拉丝形状 | 断开连接，断开接线 | |
| 焊盘布局 | 焊盘间距、封装键合相对位置 | 键合线断丝缺陷 键合线位移（树脂模） | |
| 凸块 | 尺寸和形状 | 凸块开裂 | |
| 输入/输出引脚保护电路 | 保护电阻，保护二极管/晶体管 | 静电击穿，浪涌击穿 | |
| 制造工艺 | 抗蚀涂层 | 漆膜厚度、灰尘、异物粘附、抗蚀剂 | 接线开路/短路、电阻变化、击穿电压退化、漏电流增加、电压互感变化 |
| 掩模对准 | 对准精度 | 接线开路/短路、电阻变化、击穿电压退化、漏电流增加、电压互感变化 | |
| 暴露时间 | 时间，照明 | 接线开路/短路、电阻变化、击穿电压退化、漏电流增加、电压互感变化 | |
| 成型 | 时间，成型方案 | 接线开路/短路、电阻变化、击穿电压退化、漏电流增加、电压互感变化 | |
| 蚀刻 | 时间，温度，蚀刻方法 | 接线开路/短路、电阻变化、击穿电压退化、漏电流增加、电压互感变化 | |
| 氧化膜（热氧化膜法） | 温度，时间，反应气体，膜厚 | 电压变化，电流放大系数变化，漏电流增加，击穿电压降低 | |
| 氧化膜（CVD法） | 温度，时间，反应气体，膜厚 | 电压变化，电流放大系数变化，漏电流增加，击穿电压降低 | |
| 扩散（散热） | 温度、时间、杂质浓度、扩散深度 | 电压变化，电流放大系数变化，漏电流增加，击穿电压降低 | |
| 扩散（离子注入） | 电压加速，剂量，离子源注入深度 | 电压变化，电流放大系数变化，漏电流增加，击穿电压降低 | |
| 电极形成（铝/铜/硅） | 蒸发工艺、温度、膜厚 | 开路，短路 | |
| 电极形成（多晶体硅，W） | 温度，时间，反应气体，膜厚 | 开路，短路 | |
| 金属隔层 | 温度，时间，反应气体，膜厚 | 开路，短路 | |
| 磨片 | 磨削方法、磨削压力、磨削速度、表面状况 | 晶圆裂纹、表面烧伤（变色、电阻增加）、晶圆曲线 | |
| 切片 | 切割方法，晶圆厚度 | 芯片裂纹、划痕、开口、短路 | |
| 贴片 | 贴片方法，拾取方法，温度，贴片材料（（Au-Si、环氧树脂、DAF等） | 贴片突出，贴片裂纹，划痕，开路，短路 | |
| 引线焊接 | 引线焊接方法（热压键合、超声等）、导线材料（金、铝、铜、银）、导线直径 | 开路，短路 | |
| 密封（密封树脂） | 铸造方法、温度、时间材料特性（热膨胀系数、杂质） | 芯片开裂，气泡，开路，短路金属丝腐蚀断裂，表贴差 | |
| 外部引线 | 引线成型方法，尺寸，形状 | 封装损伤，引线形状，缺陷，引线损伤 | |
| 引线表面处理 | 处理方法（电镀、浸渍），保护材料（金，锡，焊料等） | 生锈，接触不良，焊接不良，电线腐蚀断裂 | |
| 焊球 | 球材料，温度，清洗方法 | 球分离，球变色，基体裂纹 | |
| 封装切割 | 切割方法，切割速度 | 尺寸错误，封装裂纹，附着力退化 | |
| 激光刻字 | 激光方法，激光输出，树脂表面情况 | 芯片损坏（激光穿透），可见度降低 | |
| 墨水喷码 | 温度，时间，标记剂 | 标记擦除，错位 | |
| 密封方法 | 玻璃、金属焊接、金属熔化树脂焊接、密封条件 | 气密性差，特性差，泄漏电流大，电线腐蚀断线 | |
| 封装设计（气密密封） | 密封气体 | 化学反应性，含水量 | 性能差，漏电增加，电线腐蚀断裂 |
| 封装材料 | 玻璃、陶瓷、金属、树脂热膨胀率、机械强度 | 封装损坏，气密性差，性能差，热耗散 | |
| 封装形状和尺寸 | 芯片尺寸，密封尺寸裕度 | 气密性差，性能差 | |
| 引线材料 | 电导率、硬度、热膨胀率、耐腐蚀性、机械强度 | 接触不良，导线损坏 | |
| 电镀材料 | 电镀材料成分、温度、电流 | 可焊性差，晶须 | |
| 封装设计（树脂密封） | 引线形状和尺寸 | 引线横截面形状、拉伸强度、弯曲强度 | 引线损伤 |
| 密封方法 | 转移模具，灌封，其他 | 开路，短路（连接线） | |
| 密封树脂材料 | 基底树脂、固化剂、耐化学性、杂质、热膨胀率、导热系数 | 参数变差，开路，短路，（连接线），电线腐蚀断裂 | |
| 封装形状和尺寸 | 芯片尺寸相关性，密封尺寸裕度 | 外部引线缺失、开路、短路、电线腐蚀断裂 | |
| 铸造条件 | 温度、时间、压力 | 开路、短路（接合线）、接合线移位 | |
| 引线材料 | 电导率、硬度、热膨胀率、耐腐蚀性、机械强度 | 接触不良，导线损坏 | |
| 电镀材料 | 电镀材料成分、温度、电流 | 可焊性差，晶须 |
注：广州qy球友会持续跟进国内外可靠性工程技术发展动态，可通过官网、公众号了解相关动态信息。