基于ESPI的半导体器件封装热可靠性测试系统研究

摘要

随着半导体器件集成度的日益提高,器件工作时单位面积上的发热量也随之增大,器件热可靠性已经成为制约微电子业发展的关键因素。因此深入研究半导体器件热可靠性,找出快速评价其可靠性的方法,具有重大的意义。
　　本文设计搭建了一个以电子散斑干涉技术(ESPI)为核心的测试系统,通过测量试件离面位移、构建相应模型,实现了对器件可靠性寿命的预测,该系统由温控系统和ESPI光路系统组成。本文主要完成了温控系统各模块的硬件设计及软件实现,并对其误差进行了分析。同时搭建ESPI光学测试平台,详细研究了影响散斑图像采集的细节问题并提出了解决方法。
　　本文利用温控系统测试了试件电学参数在序进温度应力条件下的退化情况,并结合失效机理一致判定模型为ESPI测试系统确定了加速应力范围,解决了加速寿命试验过程中因试件失效机理的改变给评价其可靠性带来的误判问题。接下来,利用ESPI光路系统测量了试件的表面温度分布,并根据结温与壳温的关系对试件的温度进行修正,减小了因试件自身结温升高引起的温度误差。在以上工作的基础上测量该试件离面位移的变化情况,根据测量结果提取器件的激活能,结合寿命预测模型对试件进行寿命预测,实验结果证明了通过测量试件封装离面位移来评价其热可靠性是一种可行的方法。
　　本测试系统的研究方法与其他方法相比具有快捷、实时、无损以及可信度高等优点,为今后进行激光电子散斑干涉法测量VLSI封装热可靠性分析系统研究奠定了基础。

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第一章 绪论

§1.1 课题来源

§1.2 课题研究背景及意义

§1.3 国内外研究现状

§1.4 论文的主要内容

第二章 ESPI测试系统概述

§2.1 电子散斑技术

§2.2半导体器件封装热可靠性

§2.3 ESPI测试系统整体框图

§2.4本章小结

第三章 热加载方式的确定及可靠性评价模型的建立

§3.1加速寿命试验热加载方式的探索

§3.2可靠性评价模型的建立

§3.3本章小结

第四章 温控系统设计及加速应力范围的确定

§4.1 温控系统硬件电路设计

§4.2 温控系统软件设计

§4.3 温控系统测试结果及误差分析

§4.4加速应力范围的确定

§4.5 本章小结

第五章 半导体器件可靠性测试

§5.1系统测试平台的搭建

§5.2半导体器件温度的测定

§5.3半导体器件可靠性评定

§5.4本章小结

第六章 总结与展望

§6.1总结

§6.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成