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IC运营工程技术科普

电子工程师 来源:上海季丰电子 作者:上海季丰电子 2020-12-29 11:33 次阅读

IC运营工程技术科普篇识

Q1:如果发现产品fab的后端金属层有EM的问题,如何评估lifetime?需要做什么测试。除了HTOL,有专门针对EM的lifetime评估方式吗?

Answer:

EM是工艺可靠性的认证测试项目,foundry必须具备的测试能力。Foundry有专门测试EM的测试结构,Process qualification,process monitor的必选项目,工厂可以提供相关report。

产品终端测试温度能加到多少,温度加不上来,加速因子会很小。即便可以终端高温烧机,sample数量少也没有统计意义。再退一步,即便终端烧机有失效发生,还要花大量时间确认是你这颗芯片出问题,而且是EM问题。在产品上的话,foundry process reliability qual.的EM结果已经没有多少参考意义了。只能在产品上设计老化实验老验证,小概率出现的DPPM level的缺陷也不太了能抓得到。

Q2:为啥大多数pad都是方形的?或长方形的,这个有啥说法吗?

Answer:

长方形为了CP扎针和封装焊接 分开使用不同位置。方形的pitch可以做到最小。八角的pad寄生电容小,RF pad都是八角的,RF天线pad是八角的,打线还是方形的。可能跟layout时格点(grid)规则的设置有关系。一般的斜线连接都是45°,所以线或块的走向要么平行,要么垂直,少数45°,几乎没有其他角度。在foundry的EDA环境设置里,这三种方向以外图形走向会报错。方形的和八角的pad都会看得到,其他形状的只要不是45°走线,MRC就会报错。

相比圆形,方形和条形pad的几何特征更有利于机器视觉识别、测量和定位,从而有利于提高bonding过程中焊点定位精度。工程师在wire bond编程的时一般用芯片左上角pad和右下角的pad做操作点,十字光标横平竖直,方形和八角都好定位,确保芯片是正的,便于后续的操作。可能跟layout时格点(grid)规则的设置有关系。一般的斜线连接都是45°,所以线或块的走向要么平行,要么垂直,少数45°,几乎没有其他角度。在foundry的EDA环境设置里,这三种方向以外图形走向会报错。

Q3:一款FCLGA芯片,里面封了一个FET,这个FET单独使用是可以到50V没问题的,但封成FCLGA之后,30V就出现了烧短路的现象,100%失效。可能会是什么原因导致的呢?拿空基板和芯片自己手焊测试,也是没问题的,封起来之后就有问题了。一直右边失效。

Answer:

继续FA看看,估计越往下约严重,对比layout和schematic看看。考虑散热问题,高温下自激反馈导致thermal run away,高温导致高电流,高电流导致温度继续升高,如此反馈自我激励。一直是右边失效,需要考虑为何这个地方会有较大的电流密度。可能要考虑原来FET的封装散热和新封装散热系数。可以考虑添加散热片。在FET的G和S之间再并一个10K电阻。通常损坏的原因可能是因为栅极上累积的静电荷所导致。

如果是热阻因素,可以考虑高导热Compound。但是高导热的Compound通常价格也更贵,会抬升运营成本。这些都算是权益之计,根源还是要找到为何会always烧同一个点,并且做出在下一代芯片上做设计优化。“Quality by Design.质量源自设计。”芯片DFM做好了,制造的路就会是一片坦途,质量管控也容易做。还可以用温度成像仪,记录不同电压下的温度。看看是否电压与温度对应关系,也能找到是否是热烧毁的关系。

Q4:美光的DDR4,在低温-20度下不能启动,-10度就可以启动。有人遇到过类似的吗?

Answer:

会不会是你主芯片上的DDR_PHY物理接口的low temperature timing问题?可以看一下低温下的眼图对比。还有VDD_DDRPHY的输出电压在不同温度下的差异。DRAM芯片的供应商通常都会保证芯片的低温性能,还有LTOL test。DDR有不同的grade。需确认工作温度的规格。这个和主控要一起分析,避免定位错误。

Q5:买来的耐压30V的东芝PMOS,用在3.3V上,作为一个上电soft start的电路。使用过程也有概率烧毁。这个有啥可能?我猜测是3.3V对地短路烧毁了MOS管。

Answer:

通流能力不够的情况下,通过大电流,Rdson会变大,积热就会变大,在散热不够的情况下,会烧坏MOS。

背面这个貌似MOS。主要是这个散热设计的很好。通过把PCB挖孔,在金属端,让MOS紧贴散热片。这是封装特定的构造,在工控的电源板中常见,一般有是插件,先将MOS锁到散热片再插件过波峰焊。很多年前就见过很多功放芯片被锁到散热片上,但都是插件。但是这种针对SMT封装,直接锁到散热片上的方法,以前我还真没想到。聪明就聪明在把PCB挖孔,然后在反面焊接。大部分人在使用SMT MOS的时候,是把整个MOS焊接到PCB上,利用PCB散热。

PCB散热跟不上,就在外壳上加个小散热片,这些方法都不如直接把散热Pin锁到散热片上。工控的功率版板子会统一散热片横槽方向,通过机壳的蜂窝孔,或风扇来形成空气流通,散热会很快。也是朝热相关方向去分析,die、molding compound和基板之间,因材料热膨胀系数不匹配,可能导致热失配带来热变形和热应力。不同材料热变形不一致,就会引发结构内部的热应力,影响结构的抗断裂性能。

不同材料在一定温度下连接成为一个整体结构之后,各部分之间收缩变形程度不均,会在材料界面边缘产生残余应力,这种残余应力形成后几乎无法消除,严重时可能导致界面开裂。因此,热失配带来的封装结构热载荷失衡严重的话,可能导致封装结构变形、剥离,封装后翘曲、芯片隐裂等。如果从热失配方向考虑,可以用DSC、TMA、DMA等热分析手段做一些材料热性能测试,会有助于排查封装材料是否热失配或热匹配。

Q6:为什么HTOL做的时候结温必须大于125度呢?我看si基的载流子在这个温度还是条直线呢?

Answer:

没有说必须Tj必须大于125,任何产品未来保护可靠性Tj要小于Tjmax。HTOL主要要考虑应用情况,以及足够的温度加速因子。器件选型时应达到如下标准:

民用等级:Tjmax≤150℃ 工业等级:Tjmax≤135℃

军品等级:Tjmax≤125℃ 航天等级:Tjmax≤105℃

责任编辑:xj

原文标题:季丰电子IC运营工程技术知乎 – W50

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