IC運營工程技術科普篇識

Q1：如果發現產品fab的后端金屬層有EM的問題，如何評估lifetime？需要做什么測試。除了HTOL，有專門針對EM的lifetime評估方式嗎？

Answer：

EM是工藝可靠性的認證測試項目，foundry必須具備的測試能力。Foundry有專門測試EM的測試結構，Process qualification，process monitor的必選項目，工廠可以提供相關report。

產品終端測試溫度能加到多少，溫度加不上來，加速因子會很小。即便可以終端高溫燒機，sample數量少也沒有統計意義。再退一步，即便終端燒機有失效發生，還要花大量時間確認是你這顆芯片出問題，而且是EM問題。在產品上的話，foundry process reliability qual.的EM結果已經沒有多少參考意義了。只能在產品上設計老化實驗老驗證，小概率出現的DPPM level的缺陷也不太了能抓得到。

Q2：為啥大多數pad都是方形的？或長方形的，這個有啥說法嗎？

Answer：

長方形為了CP扎針和封裝焊接 分開使用不同位置。方形的pitch可以做到最小。八角的pad寄生電容小，RF pad都是八角的，RF天線pad是八角的，打線還是方形的。可能跟layout時格點（grid）規則的設置有關系。一般的斜線連接都是45°，所以線或塊的走向要么平行，要么垂直，少數45°，幾乎沒有其他角度。在foundry的EDA環境設置里，這三種方向以外圖形走向會報錯。方形的和八角的pad都會看得到，其他形狀的只要不是45°走線，MRC就會報錯。

相比圓形，方形和條形pad的幾何特征更有利于機器視覺識別、測量和定位，從而有利于提高bonding過程中焊點定位精度。工程師在wire bond編程的時一般用芯片左上角pad和右下角的pad做操作點，十字光標橫平豎直，方形和八角都好定位，確保芯片是正的，便于后續的操作。可能跟layout時格點（grid)規則的設置有關系。一般的斜線連接都是45°，所以線或塊的走向要么平行，要么垂直，少數45°，幾乎沒有其他角度。在foundry的EDA環境設置里，這三種方向以外圖形走向會報錯。

Q3：一款FCLGA芯片，里面封了一個FET，這個FET單獨使用是可以到50V沒問題的，但封成FCLGA之后，30V就出現了燒短路的現象，100%失效。可能會是什么原因導致的呢？拿空基板和芯片自己手焊測試，也是沒問題的，封起來之后就有問題了。一直右邊失效。

Answer：

繼續FA看看，估計越往下約嚴重，對比layout和schematic看看。考慮散熱問題，高溫下自激反饋導致thermal run away，高溫導致高電流，高電流導致溫度繼續升高，如此反饋自我激勵。一直是右邊失效，需要考慮為何這個地方會有較大的電流密度。可能要考慮原來FET的封裝散熱和新封裝散熱系數。可以考慮添加散熱片。在FET的G和S之間再并一個10K電阻。通常損壞的原因可能是因為柵極上累積的靜電荷所導致。

如果是熱阻因素，可以考慮高導熱Compound。但是高導熱的Compound通常價格也更貴，會抬升運營成本。這些都算是權益之計，根源還是要找到為何會always燒同一個點，并且做出在下一代芯片上做設計優化。“Quality by Design.質量源自設計。”芯片DFM做好了，制造的路就會是一片坦途，質量管控也容易做。還可以用溫度成像儀，記錄不同電壓下的溫度。看看是否電壓與溫度對應關系，也能找到是否是熱燒毀的關系。

Q4：美光的DDR4，在低溫-20度下不能啟動，-10度就可以啟動。有人遇到過類似的嗎？

Answer：

會不會是你主芯片上的DDR_PHY物理接口的low temperature timing問題?可以看一下低溫下的眼圖對比。還有VDD_DDRPHY的輸出電壓在不同溫度下的差異。DRAM芯片的供應商通常都會保證芯片的低溫性能，還有LTOL test。DDR有不同的grade。需確認工作溫度的規格。這個和主控要一起分析，避免定位錯誤。

Q5：買來的耐壓30V的東芝PMOS，用在3.3V上，作為一個上電soft start的電路。使用過程也有概率燒毀。這個有啥可能？我猜測是3.3V對地短路燒毀了MOS管。

Answer：

通流能力不夠的情況下，通過大電流，Rdson會變大，積熱就會變大，在散熱不夠的情況下，會燒壞MOS。

背面這個貌似MOS。主要是這個散熱設計的很好。通過把PCB挖孔，在金屬端，讓MOS緊貼散熱片。這是封裝特定的構造，在工控的電源板中常見，一般有是插件，先將MOS鎖到散熱片再插件過波峰焊。很多年前就見過很多功放芯片被鎖到散熱片上，但都是插件。但是這種針對SMT封裝，直接鎖到散熱片上的方法，以前我還真沒想到。聰明就聰明在把PCB挖孔，然后在反面焊接。大部分人在使用SMT MOS的時候，是把整個MOS焊接到PCB上，利用PCB散熱。

PCB散熱跟不上，就在外殼上加個小散熱片，這些方法都不如直接把散熱Pin鎖到散熱片上。工控的功率版板子會統一散熱片橫槽方向，通過機殼的蜂窩孔，或風扇來形成空氣流通，散熱會很快。也是朝熱相關方向去分析，die、molding compound和基板之間，因材料熱膨脹系數不匹配，可能導致熱失配帶來熱變形和熱應力。不同材料熱變形不一致，就會引發結構內部的熱應力，影響結構的抗斷裂性能。

不同材料在一定溫度下連接成為一個整體結構之后，各部分之間收縮變形程度不均，會在材料界面邊緣產生殘余應力，這種殘余應力形成后幾乎無法消除，嚴重時可能導致界面開裂。因此，熱失配帶來的封裝結構熱載荷失衡嚴重的話，可能導致封裝結構變形、剝離，封裝后翹曲、芯片隱裂等。如果從熱失配方向考慮，可以用DSC、TMA、DMA等熱分析手段做一些材料熱性能測試，會有助于排查封裝材料是否熱失配或熱匹配。

Q6：為什么HTOL做的時候結溫必須大于125度呢？我看si基的載流子在這個溫度還是條直線呢？

Answer：

沒有說必須Tj必須大于125,任何產品未來保護可靠性Tj要小于Tjmax。HTOL主要要考慮應用情況，以及足夠的溫度加速因子。器件選型時應達到如下標準：

民用等級：Tjmax≤150℃ 工業等級：Tjmax≤135℃

軍品等級：Tjmax≤125℃ 航天等級：Tjmax≤105℃

責任編輯：xj

原文標題：季豐電子IC運營工程技術知乎 – W50

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