电巢学堂：器件可靠性与失效分析

一、元器件概述

1、元器件的定义与分类

• 定义：

欧洲空间局ESA标准中的定义：完成某一电子、电气和机电功能，并由一个或几个部分构成而且一般不能被分解或不会破坏的某个装置。

GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析方法》中的定义：在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电或光电功能的基本单元，该基本单元可由一个或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。

• 分类：两大类

元件：在工厂生产加工时不改变分子成分的成品，本身不产生电子，对电压、电流无控制和变换作用。

器件：在工厂生产加工时改变了分子结构的成品，本身能产生电子，对电压电流的控制、变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制等)，也称电子器件。

分类(来源：2007年版的《军用电子元器件合格产品目录》)

• 电阻

最可靠的元件之一

失效模式：开路、机械损伤、接点损坏、短路、绝缘击穿、焊接点老化造成的电阻值漂移量超过容差

• 电位器

失效模式：接触不良、滑动噪声大、开路等

• 二极管

• 集成电路

失效模式：漏电或短路，击穿特性劣变，正向压降劣变，开路可高阻

失效机理：电迁移，热载流子效应，与时间相关的介质击穿(TDDB)，表面氧化层缺陷，绝缘层缺陷，外延层缺陷

• 声表面波器件

• MEMS压力传感器

MEMS器件的主要失效机理：

• （1）粘附----两个光滑表面相接触时，在力作用下粘附在一起的现象；

• （2）蠕变----机械应力作用下原子缓慢运动的现象；变形、空洞；

• （3）微粒污染----阻碍器件的机械运动；

• （4）磨损----尺寸超差，碎片卡入；

• （5）疲劳断裂----疲劳裂纹扩展失效。

  
  

• 真空电子器件(vacuum electronic device)

指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一种形式电磁能量的器件。具有真空密封管壳和若干电极，管内抽成真空，残余气体压力为10-4～10-8帕。有些在抽出管内气体后，再充入所需成分和压强的气体。广泛用于广播、通信、电视、雷达、导航、自动控制、电子对抗、计算机终端显示、医学诊断治疗等领域。

真空电子器件按其功能分为：

• 实现直流电能和电磁振荡能量之间转换的静电控制电子管；

• 将直流能量转换成频率为300兆赫～3000吉赫电磁振荡能量的微波电子管；

• 利用聚焦电子束实现光、电信号的记录、存储、转换和显示的电子束管；

• 利用光电子发射现象实现光电转换的光电管；

• 产生X射线的X射线管；

• 管内充有气体并产生气体放电的充气管；

• 以真空和气体中粒子受激辐射为工作机理，将电磁波加以放大的真空量子电子器件等。

自20世纪60年代以后，很多真空电子器件已逐步为固态电子器件所取代，但在高频率、大功率领域，真空电子器件仍然具有相当生命力，而电子束管和光电管仍将广泛应用并有所发展。[1]??真空电子器件里面就包含真空断路器，真空断路器具有很多优点，所以在变电站上应用很多。真空断路器已被快易优收录，由于采用了特殊的真空元件，随着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故障明显降低。真空灭弧室无需检修处理，当其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行中发生的故障以操作机构部分所占比重较大，其次为一次导电部分，触头导电杆等。

第二章?元器件制造工艺与缺陷

1、芯片加工中的缺陷与成品率预测

芯片制造缺陷的分类：

• 全局缺陷：光刻对准误差、工艺参数随机起伏、线宽变化等；在成熟、可控性良好的工艺线上，可减少到极少，甚至几乎可以消除。

• 局域缺陷：氧化物针孔等点缺陷，不可完全消除，损失的成品率更高。

• 点缺陷：冗余物、丢失物、氧化物针孔、结泄漏

来源：灰尘微粒、硅片与设备的接触、化学试剂中的杂质颗粒。

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