IC运营工程技术科普

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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