数字集成电路失效分析方法与技术的研究

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半导体的可靠性物理也称为失效物理,失效分析技术在提高集成电路的可靠性方面具有重要作用。随着现代集成电路集成度的不断提高,失效分析的难度越来越大,必须要有更加先进准确的设备和技术,配合合理的失效分析步骤,才能提高分析的成功率。本文借助EDX、SEM、SAM、Light-emission等分析手段,观察总结了集成电路的常见失效机理和失效模式,并以实际案例辅助说明,目的是找出最佳的失效分析方案。SAM是集成电路封装失效分析不可缺少的技术,它能够快速无损的发现封装内部的分层、空洞以及贴片的失效。只有充分掌握了芯片封装的失效信息,才能准确的制定随后的失效分析步骤。根据wafer的工艺不同,集成电路刻蚀剥层的方法和步骤也不同。本文讨论并且总结了对08单片机进行化学刻蚀的试剂的制备方法,并且给出了刻蚀时间和流程。保证每层都能够彻底的剥除并且对下层的影响很小。Mini-tester对单片机各个模块的各种模式下的全面测试,是失效分析中的重要环节。只有这样才能在对样品进行物理分析之前得到详细的模块失效信息。结合集成电路版图和原理图,确定其失效位置和失效模式。之后的物理分析过程可以看作是证实这些失效模式和失效机理的过程。单片机的各个模块功能各异并且相对独立。本文详细讨论了CPU、ATD、RAM、ROM等主模块的原理、结构和测试方式,并且进行了大量的实际失效分析,以典型案例来说明数字集成电路的失效分析方法。
中文摘要第3-4页
ABSTRACT第4页
第一章 绪论第8-10页
    1.1 引言第8页
    1.2 电子元件的可靠性第8页
    1.3 失效分析概述第8-9页
    1.4 课题背景、内容与意义第9-10页
第二章 集成电路的失效机理第10-19页
    2.1 失效的分类第10页
    2.2 EOS与ESD第10-13页
    2.3 金属的电迁移第13-14页
    2.4 栅氧化层击穿第14页
    2.5 离子粘污第14-15页
    2.6 封装失效第15-18页
        2.6.1 芯片划痕或刮伤第16页
        2.6.2 芯片崩裂第16页
        2.6.3 贴片失效第16-17页
        2.6.4 金线键合失效第17页
        2.6.5 塑封破裂、分层和空洞第17页
        2.6.6 芯片断裂第17-18页
    2.7 本章小结第18-19页
第三章 集成电路失效分析的方法与技术第19-23页
    3.1 引言第19页
    3.2 光学显微分析第19页
    3.3 红外显微分析第19页
    3.4 声学显微分析第19-20页
    3.5 液晶热点检测技术第20页
    3.6 光辐射显微分析技术第20页
    3.7 微分析技术第20页
    3.8 电性测量第20-21页
    3.9 功能检测第21页
    3.10 微探针第21页
    3.11 化学刻蚀第21页
    3.12 离子刻蚀第21-22页
    3.13 本章小结第22-23页
第四章 SAM的原理和使用第23-29页
    4.1 前言第23页
    4.2 扫描超声显微镜的结构、工作方式第23-28页
        4.2.1 扫描超声显微镜的结构第23-24页
        4.2.2 扫描超声显微镜工作方式第24页
        4.2.3 集成电路封装的超声检测第24-28页
    4.3 合理的测试顺序第28页
    4.4 超声扫描结果的验证第28页
    4.5 本章小结第28-29页
第五章 失效分析中的化学方法第29-35页
    5.1 引言第29页
    5.2 封装的去除第29-30页
    5.3 去除PASSIVATION(钝化层)第30页
    5.4 芯片的剥层第30-34页
    5.5 本章小结第34-35页
第六章 失效分析的流程第35-37页
第七章单片机的模块功能及失效分析第37-73页
    7.1 08 单片机简介第37页
    7.2 08 单片机测试模式第37-40页
        7.2.1 外围测试模式(PTM)第38-39页
        7.2.2 CPU测试模式(CTM)第39-40页
        7.2.3 MONITOR 模式第40页
    7.3 管脚的OPEN、SHORT和LEAKAGE第40-43页
    7.4 CPU的失效分析第43-48页
        7.4.1 简介第43-44页
        7.4.2 CPU的操作流程表第44-47页
        7.4.3 CPU失效测试与分析第47页
        7.4.4 失效分析实例第47-48页
    7.5 ROM的失效分析第48-53页
        7.5.1 ROM存储的原理第48-49页
        7.5.2 ROM的常见失效第49-50页
        7.5.3 ROM失效分析的测试第50-51页
        7.5.4 ROM失效分析方法第51页
        7.5.5 失效分析实例第51-53页
    7.6 RAM的失效分析第53-58页
        7.6.1 RAM简介第53-55页
        7.6.2 RAM的常见失效第55-56页
        7.6.3 测试程序第56页
        7.6.4 失效分析第56-57页
        7.6.5 典型失效举例第57-58页
    7.7 EPROM、EEPROM和FLASH失效分析第58-62页
        7.7.1 简介第58-59页
        7.7.2 原理概述第59-61页
        7.7.3 测试与失效分析第61-62页
        7.7.4 失效分析实例第62页
    7.8 TIMER失效第62-63页
    7.9 IDD 失效第63-66页
        7.9.1 IDD简介第63-65页
        7.9.2 SIDD失效的分析第65-66页
        7.9.3 SIDD失效分析实例第66页
    7.10 ADC的失效分析第66-72页
        7.10.1 ADC简介第67-69页
        7.10.2 失效分析判断第69页
        7.10.3 失效检测的步骤第69-70页
        7.10.4 失效分析步骤第70页
        7.10.5 失效分析实例第70-72页
    7.11 本章小结第72-73页
第八章 结论与意义第73-74页
参考文献第74-77页
攻读硕士学位期间发表和完成的论文第77-78页
致谢第78页
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