半导体集成电路的可靠性设计
超大规模集成电路可靠性设计与分析
超大规模集成电路可靠性设计与分析随着现代社会科技的不断发展，尤其是先进的制造工艺和设计方法的出现，超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）已经成为了当今电子信息领域的主流。
现代电子产品中的大多数电路都是通过将海量的晶体管等离子器件集成在一个小小的芯片上实现的。
然而，这种紧密的集成也带来了一个非常重要的问题：芯片的可靠性。
在过去的几年中，芯片的可靠性一直是材料科学和微电子工程领域的重要研究课题。
芯片可靠性的影响因素主要包括环境因素、使用条件、制造工艺等多个方面。
这些因素一旦引起芯片的失效，就会严重影响电子产品的工作效率并导致相关故障。
因此，越来越多的研究者开始关注如何提高芯片的可靠性，以保证电子产品的稳定性。
芯片失效机理超大规模集成电路的失效机理主要分为三类：电学失效、热失效和机械失效。
其中，电学失效包括场效应管击穿、介质击穿和极化强度等，通常是芯片的电气参数超过了其最大值或最小值而导致。
热失效则是由于芯片长时间运行过程中所产生的热失效，其中最常见的故障是封装和散热系统的失效以及氧化等，这些故障使得芯片的温度升高，从而引起芯片零部件的物理或化学变化，最终导致失效。
机械失效则是由于芯片本身结构的反复变形和应力过大等原因所引起的。
另外，也存在其他的失效模式，如磨损、腐蚀、放电和辐射等。
质量原则为了提高超大规模集成电路的可靠性，研究者们制定了一系列的质量原则。
这些原则主要包括以下三个方面：1.设计原则：设计人员应从芯片的可靠性角度去考虑设计方案。
他们应该遵循设计规范并避免潜在的失效机制。
例如，考虑到减小芯片的散热、优化电路结构、按规范进行封装等措施都应该采取。
2.质量控制原则：在芯片制造过程中，应该建立严密的质量控制系统，尽可能地避免缺陷扩散和标准的失效机制。
同时，在制造前应该对制造工艺进行严密的质量管理和检测，以保证每一批芯片的质量。
3.可靠性测试原则：对于新设计的芯片，应该进行可靠性测试以评估其可靠性，以防止潜在的问题。
电路设计及pcb布线时的设计可靠性原则-参考模板
电路设计及pcb布线时的设计可靠性原则目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。
实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。
因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。
一、接地地线设计在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。
如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。
电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。
在地线设计中应注意以下几点：1)正确选择单点接地与多点接地在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。
当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。
当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。
2)将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。
要尽量加大线性电路的接地面积。
3)尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。
因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三位于印制电路板的允许电流。
如有可能，接地线的宽度应大于3mm.4)将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。
其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
二、电磁兼容设计电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。
集成电路设计中的可靠性评估方法
集成电路设计中的可靠性评估方法集成电路设计这玩意儿，听起来是不是特别高大上？但其实啊，就跟咱们搭积木一样，得一块一块拼得结实，不能随便晃晃就散架。
这里面的可靠性评估方法，那可真是关键中的关键。
我给您讲讲我之前碰到的一件事儿。
有一回，我参加一个集成电路设计的项目。
团队里有个小伙伴，特别有冲劲儿，设计的方案那叫一个新颖。
可等到实际测试的时候，问题来了，芯片的可靠性简直一塌糊涂。
就好比咱们盖房子，外表看着漂亮，一阵小风一吹，墙就倒了。
这可把大家急坏了，为啥呢？因为之前在设计的时候，没有好好评估可靠性啊。
咱们先来说说啥是集成电路的可靠性。
简单说，就是这芯片能不能在规定的时间和条件下，稳定可靠地工作。
要是您的手机芯片动不动就死机，电脑芯片时不时来个黑屏，那您不得抓狂？所以说，可靠性评估太重要啦。
那怎么评估呢？首先得考虑工艺变异。
就好比同样是做蛋糕，不同的师傅、不同的烤箱，做出来的可能就不太一样。
集成电路生产过程中也会有这样的差异，所以得把这个因素考虑进去。
然后是环境因素，热啊、冷啊、潮湿啊，这些都可能影响芯片的性能。
比如说，在炎热的夏天，您的手机发烫，芯片工作就可能不稳定。
还有一个重要的方面，就是电应力。
芯片里的电流、电压可不是随便来的，要是超过了一定限度，就像人累过头了，容易出毛病。
这就需要在设计的时候，精确计算和模拟电流电压的情况。
在评估过程中，仿真工具可是帮了大忙。
它们就像是芯片的“虚拟实验室”，能提前预测各种可能出现的问题。
但这工具也不是万能的，还得结合实际的测试数据。
说到测试，那可真是个细致活儿。
要对芯片进行各种极端条件的测试，看看它的抗压能力到底咋样。
有一次，我们做高温测试，把芯片放在一个高温箱里，眼睛紧紧盯着监测设备，生怕错过一点异常。
总之啊，集成电路设计中的可靠性评估，那是一点都不能马虎。
就像走钢丝，得小心翼翼，保持平衡，才能稳稳走到终点。
咱们可不能让精心设计的集成电路，变成中看不中用的“花架子”。
半导体集成电路+习题答案
第1章 集成电路的基本制造工艺1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应复 习 思 考 题2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL “与非”门输出管的CS r ，其图形如图题2.2 所示。
提示：先求截锥体的高度up BL epi m c jc epi T x x T T -----=然后利用公式： b a a b WL T r c -∙=/ln 1ρ ， 212∙∙=--BL C E BL S C W L R r ba ab WL Tr c -∙=/ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++=注意：在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。
2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管，试问当横向PNP 器件在4种可能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?答：当横向PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。
2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA 的电流负载下 ，OL V ≤0.4V ，请在坐标纸上放大500倍画出其版图。
给出设计条件如下：答： 解题思路⑪由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ；⑫由设计条件画图①先画发射区引线孔；②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔；③由A D 先画出基区扩散孔的三边；④由B E D -画出基区引线孔；⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边；⑥由A D 先画出外延岛的三边；⑦由C B D -画出集电极接触孔；⑧由A D 画出外延岛的另一边；⑨由I d 画出隔离槽的四周；⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V O L 4.0≤的条件，若不满足，则要对所作的图进行修正，直至满足V V O L 4.0≤的条件。
（CS C O L r I V V 00ES += 及己知V V C 05.00ES =）第3章 集成电路中的无源元件复 习 思 考 题3.3 设计一个4k Ω的基区扩散电阻及其版图。
集成电路中接口电路的可靠性设计
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ Ｉ Ｃｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ＥＳ Ｄ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ， ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｓ ｈ ｉ ｔ， ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｅ ｔ ｃ ． ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ’ Ｓ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ
ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ， ｓ ｅ ａ ｌ ｔ ｏ ｐ ａ ｃ ｋ ， Ｐ Ｃ Ｂ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｊ ｎｃ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ’ ｇ Ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｉ ／ Ｏ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｙ． ｔ
第１ ４ 卷 ，第 ３ 期
ＶＯｌ １ ４． Ｎ Ｏ ３
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总 第１ ３ １ 期 ２ ０ １ ４ 年３ 月
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集成 电路 中接 口电路 的可靠性设计
吕江 萍 ，陈远 金 ，刘 霞 ，陈 超 ，刘 彬
（ 北 方通 用电子集 团微 电子部 ，江苏 苏州 ２ １ ５ １ ６ ３ ）
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｉ ／ ０ Ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ Ｒｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ Ｉ Ｃ
Ｌ Ｖ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ＨＥ Ｎ Ｙ ｕ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ， Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｃ ｈ ａ ｏ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｂ ｉ ｎ
提 出了可 采用接 口电路 、封 装、Ｐ Ｃ Ｂ ￣ － 者协同设计的方法 ，以提 高接 口电路 的可靠性 。 关键词 ：集成 电路 ；接 口电路 ；可靠性 中图分类号 ：Ｔ Ｎ４ ０ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ８ １ － １ ０ ７ ０（ ２ ０ １ ４ ）０ ３ — ０ ０ ４ １ ． ０ ５
集成电路系统六性报告
XXXX “ 六性” 报告1、产品概述XXXX 是描述项目功能2、引用文件GJB1181-199军用装备包装、装卸、贮存和运输通用大纲装备保障性分析GJB1371-1992装备综合保障通用要求GJB3872-1999装备可靠性工作通用要求GJB450A-2004装备维修性工作通用要求GJB368B-2009装备测试性大纲GJB2547-1995系统安全性通用大纲GJB900-90可靠性、维修性、保障性术语GJB451A-2005可靠性鉴定和验收试验GJB899A-2009故障模式、影响及危害性分析指南GJB/Z1391-2006装备环境工程通用要求GJB4293-2001MIL-HDBK-217F电子设备可靠性预计手册（修改通告n ）Xxxx 质量手册Xxxx XXXX 合同3、XXXX 芯片“ 六性” 分析设计3.1、保障性3.1.1 、根本制度、规范上保障从设计入手，公司的每一个员工必须充分重视产品研制、外协生产的保障条件的建设和管理，同时根据公司的质量方针和目标，创造并保持使员工能充分参与实现公司质量目标的内部环境；质量管理部门应有明确的职责、权限及奖惩制度，按行政系统和技术系统把质量与可靠性管理的职责逐级落实到各职能部门和相关个人，并在产品生产过程中，对生产工艺、产品质量实施全面有效的控制。
3.1.2 、设计上保障1）尽可能采用成熟的技术和简化设计；2）实行通用化、系列化、组合化；3）采用尽可能减少故障的技术；4）采用方便维修的措施；5）采用片内自动测试和隔离故障功能设计；6）设计上考虑尽可能降低对使用和维修人员及技术等级要求；7）设计上保证正常使用时，方便、快捷地获得所需能源及其它配套设施；8）设计上保证可以方便快捷的获得正常使用时和维修时所需的检测设备和技术资料等；9）设计上充分考虑未来使用环境，及在包装、贮存、运输等过程中可能遇到的接口问题。
3.1.3 、资源上保障1）人员配备XXXX 项目前期投入设计人员共9 人,在当前人力资源配备下，可以完成该项目的设计开发。
集成电路设计
集成电路设计一、前言集成电路设计是现代电子工业中不可或缺的重要环节之一。
随着科学技术的不断进步以及社会经济的不断发展，集成电路设计的重要性越来越突显。
本文将围绕集成电路设计展开详细的介绍，从理论基础到实际应用进行全方位的探讨，以期对广大读者有所帮助。
二、理论基础1.集成电路的概念集成电路是指将多个电子器件和元件在微型芯片上通过化学、光刻等加工工艺加工制作而成的微型电子元件。
它把电子器件和元件集成在一起，形成了一种新的电子元件，其功能和性能得到了大幅提升。
2.集成电路设计的流程集成电路设计的流程主要包括：需求分析、框架设计、逻辑设计、物理设计、验证和测试等环节。
其中需求分析和框架设计是最为关键的两个环节，这两个环节的质量直接决定了整个设计的成败。
3.集成电路设计的技术路线根据不同的设计需求和功能要求，集成电路设计可以采用不同的技术路线。
其中，数字电路设计和模拟电路设计是最为常用的两种路线。
数字电路设计主要应用于数据的处理和存储等方面，而模拟电路设计则主要应用于信号的处理和传输等方面。
三、实际应用1.数字电路设计的应用数字电路设计在计算机、通信、控制等领域都有着广泛的应用。
例如，在计算机中，CPU的设计就是一项复杂的数字电路设计工作。
而在控制领域，数字电路设计也被广泛应用于各种自动化控制系统中。
此外，数字电路设计还可以应用于存储器、通信设备等领域。
2.模拟电路设计的应用模拟电路设计主要应用于通信、遥感、信号处理等领域。
例如，在通信领域中，模拟电路设计被广泛应用于调制解调器、手机等设备中。
而在遥感领域中，模拟电路设计则可以应用于各类传感器和信号处理器中。
3.集成电路设计的发展趋势随着科学技术的不断进步和市场需求的不断提高，集成电路设计的发展趋势也日益明显。
未来的集成电路设计将更加注重可靠性、功耗和可扩展性等方面的考虑。
同时，随着芯片设计的不断精细化，集成电路的设计方法也将发生相应的改变。
四、结论集成电路是现代电子工业的重要组成部分，其设计技术和应用领域也日益广泛。
集成电路可靠性分析与评估
集成电路可靠性分析与评估集成电路可靠性是指集成电路在设计、生产、使用和维护等各个环节中，能够长时间、稳定地保持其所需功能的性能能力。
如今，随着高集成度、多功能化、智能化等技术的快速发展，集成电路可靠性的重要性愈加凸显。
本文将从分析集成电路可靠性的需求、分析集成电路可靠性的主要指标、分析集成电路可靠性评估的方法等方面来论述集成电路可靠性分析与评估的相关内容。
一、集成电路可靠性的需求在工业、汽车、计算机等诸多领域，均需采用大量的集成电路进行智能化控制、数据加工等工作。
由于零件操作频繁、温度、湿度、地震等各种外部因素的影响，使得集成电路的可靠性成为了重要的指标之一。
其主要表现在以下几个方面：1.稳定性：集成电路在长时间、复杂环境下能够维持其内部稳定的电学和热学特性，不发生失效等异常行为。
2. 可控性：集成电路需要具备自我监测和自我恢复的能力，以保持其在各种情况下的正常工作状态。
3. 兼容性：集成电路应在与其他电路网络中协调和兼容，以确保整个系统的稳定有效。
二、集成电路可靠性的主要指标要提高集成电路的可靠性，了解其主要指标对于分析和评估集成电路的可靠性是至关重要的。
1. 失效率（FIT）：指集成电路在一定时间内失效的概率，通常以每亿小时失效数（FIT）来衡量，较好的集成电路失效率可达1 -10 个FIT，高品质的可靠集成电路应该不高于1个FIT。
2. 平均失效时间（MTTF）：指在正常使用条件下，集成电路平均无故障运行时间。
MTTF越长，意味着集成电路的可靠性越高。
3. 平均修复时间（MTTR）：指集成电路出现故障后，进行修复的平均时间。
三、集成电路可靠性评估的方法为了使集成电路在实际应用中更可靠，需要对其进行分析和评估。
以下是一些常见的集成电路可靠性评估方法：1. 执行环境测试：通过执行环境测试来模拟集成电路在长时间、复杂环境下所可能遇到的实际情况。
这种测试模型可以评估集成电路在温度、湿度、震动、电磁辐射等方面的可靠性。
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可靠性技术资料—半导体集成电路的可靠性设计
第1页 6.2 半导体集成电路的可靠性设计 军用半导体集成电路的可靠性设计是在产品研制的全过程中，以预防为主、加强系统管理的思想为指导，从线路设计、版图设计、工艺设计、封装结构设计、评价试验设计 、原材料选用、软件设计等方面，采取各种有效措施，力争消除或控制半导体集成电路在规定的条件下和规定时间内可能出现的各种失效模式，从而在性能、费用、时间（研制、生产周期）因素综合平衡的基础上，实现半导体集成电路产品规定的可靠性指标。 根据内建可靠性的指导思想，为保证产品的可靠性，应以预防为主，针对产品在研制、生产制造、成品出厂、运输、贮存与使用全过程中可能出现的各种失效模式及其失效机理，采取有效措施加以消除控制。因此，半导体集成电路的可靠性设计必须把要控制的失效模式转化成明确的、定量化的指标。在综合平衡可靠性、性能、费用和时间等因素的基础上，通过采取相应有效的可靠性设计技术使产品在全寿命周期内达到规定的可靠性要求。
6.2.1 概 述 1. 可靠性设计应遵循的基本原则 （1）必须将产品的可靠性要求转化成明确的、定量化的可靠性指标。 （2）必须将可靠性设计贯穿于产品设计的各个方面和全过程。 （3）从国情出发尽可能地采用当今国内外成熟的新技术、新结构、新工艺。 （4）设计所选用的线路、版图、封装结构，应在满足预定可靠性指标的情况下尽量简化，避免复杂结构带来的可靠性问题。 （5）可靠性设计实施过程必须与可靠性管理紧密结合。 2. 可靠性设计的基本依据 （1）合同书、研制任务书或技术协议书。 （2）产品考核所遵从的技术标准。 （3）产品在全寿命周期内将遇到的应力条件（环境应力和工作应力）。 （4）产品的失效模式分布，其中主要的和关键的失效模式及其机理分析。 （5）定量化的可靠性设计指标。 （6）生产（研制）线的生产条件、工艺能力、质量保证能力。 3. 设计前的准备工作 （1）将用户对产品的可靠性要求，在综合平衡可靠性、性能、费用和研制（生产）周期等因素的基础上，转化为明确的、定量化的可靠性设计指标。 （2）对国内外相似的产品进行调研，了解其生产研制水平、可靠性水平（包括产品的主要失效模式、失效机理、已采取的技术措施、已达到的质量等级和失效率等）以及该产品的技术发展方向。 (3) 对现有生产（研制）线的生产水平、工艺能力、质量保证能力进行调研，可通过通用和特定的评价电路，所遵从的认证标准或统计工艺控制（SPC）技术，获得在线的定量化数据。 可靠性技术资料—半导体集成电路的可靠性设计
第1页 4. 可靠性设计程序 （1）分析、确定可靠性设计指标，并对该指标的必要性和科学性等进行论证。 （2）制定可靠性设计方案。设计方案应包括对国内外同类产品（相似产品）的可靠性分析、可靠性目标与要求、基础材料选择、关键部件与关键技术分析、应控制的主要失效模式以及应采取的可靠性设计措施、可靠性设计结果的预计和可靠性评价试验设计等。 （3）可靠性设计方案论证（可与产品总体方案论证同时进行）。 （4）设计方案的实施与评估，主要包括线路、版图、工艺、封装结构、评价电路等的可靠性设计以及对设计结果的评估。 （5）样品试制及可靠性评价试验。 （6）样品制造阶段的可靠性设计评审。 （7）通过试验与失效分析来改进设计，并进行“设计－试验－分析－改进”循环，实现产品的可靠性增长，直到达到预期的可靠性指标。 （8）最终可靠性设计评审。 （9）设计定型。设计定型时，不仅产品性能应满足合同要求，可靠性指标是否满足合同要求也应作为设计定型的必要条件。
6.2.2 集成电路的可靠性设计指标 1. 稳定性设计指标 半导体集成电路经过贮存、使用一段时间后，在各种环境因素和工作应力的作用下，某些电性能参数将逐渐发生变化。如果这些参数值经过一定的时间超过了所规定的极限值即判为失效，这类失效通常称为参数漂移失效，如温漂、时漂等。因此，在确定稳定性设计指标时，必须明确规定半导体集成电路在规定的条件下和规定的时间内，其参数的漂移变化率应不超过其规定值。如某CMOS集成电路的两项主要性能参数功耗电流IOD和输出电流IOL、IOH变化量规定值为： 在125℃环境下工作24小时，△IOD小于500mA； 在125℃环境下工作24小时，IOL、IOH变化范围为±20％。 2. 极限性设计指标 半导体集成电路承受各种工作应力、环境应力的极限能力是保证半导体集成电路可靠性的主要条件。半导体集成电路的电性能参数和热性能参数都有极限值的要求，如双极器件的最高击穿电压、最大输出电流、最高工作频率、最高结温等。极限性设计指标的确定应根据用户提出的工作环境要求。除了遵循标准中必须考核的项目之外，对影响产品可靠性性能的关键极限参量也应制定出明确的量值，以便在设计中采取措施加以保证。 3. 可靠性定量指标 表征产品的可靠性有产品寿命、失效率或质量等级。若半导体集成电路产品的失效规律符合指数分布时，寿命与失效率互为倒数关系。 通常半导体集成电路的可靠性指标也可根据所遵循技术标准的质量等级分为S级、B级、B1级。 4. 应控制的主要失效模式 可靠性技术资料—半导体集成电路的可靠性设计
第1页 半导体集成电路新品的研制应根据电路的具体要求和相似产品的生产、使用数据，通过可靠性水平分析，找到可能出现的主要失效模式，在可靠性设计中有针对性地采取相应的纠正措施，以达到控制或消除这些失效模式的目的。一般半导体集成电路产品应控制的主要失效模式有短路、开路、参数漂移、漏气等，其主要失效机理为电迁移、金属腐蚀、静电放电、过电损伤、热载流子效应、闩锁效应、介质击穿、α辐射软误差效应、管壳及引出端锈蚀等。
6.2.3 集成电路可靠性设计的基本内容 1. 线路可靠性设计 线路可靠性设计是在完成功能设计的同时，着重考虑所设计的集成电路对环境的适应性和功能的稳定性。半导体集成电路的线路可靠性设计是根据电路可能存在的主要失效模式，尽可能在线路设计阶段对原功能设计的集成电路网络进行修改、补充、完善，以提高其可靠性。如半导体芯片本身对温度有一定的敏感性，而晶体管在线路达到不同位置所受的应力也各不相同，对应力的敏感程度也有所不同。因此，在进行可靠性设计时，必须对线路中的元器件进行应力强度分析和灵敏度分析（一般可通过SPICE和有关模拟软件来完成），有针对性地调整其中心值，并对其性能参数值的容差范围进行优化设计，以保证在规定的工作环境条件下，半导体集成电路整体的输出功能参数稳定在规定的数值范围，处于正常的工作状态。 线路可靠性设计的一般原则是： （1）线路设计应在满足性能要求的前提下尽量简化； （2）尽量运用标准元器件，选用元器件的种类尽可能减少，使用的元器件应留有一定的余量，避免满负荷工作； （3）在同样的参数指标下，尽量降低电流密度和功耗，减少电热效应的影响； （4）对于可能出现的瞬态过电应力，应采取必要的保护措施。如在有关端口采用箝位二极管进行瞬态电压保护，采用串联限流电阻限制瞬态脉冲过电流值。 2. 版图可靠性设计 版图可靠性设计是按照设计好的版图结构由平面图转化成全部芯片工艺完成后的三维图像，根据工艺流程按照不同结构的晶体管（双极型或MOS型等）可能出现的主要失效模式来审查版图结构的合理性。如电迁移失效与各部位的电流密度有关，一般规定有极限值，应根据版图考察金属连线的总长度，要经过多少爬坡，预计工艺的误差范围，计算出金属涂层最薄位置的电流密度值以及出现电迁移的概率。此外，根据工作频率在超高频情况下平行线之间的影响以及对性能参数的保证程度，考虑有无出现纵向或横向寄生晶体管构成潜在通路的可能性。对于功率集成电路中发热量较大的晶体管和单元，应尽量分散安排，并尽可能远离对温度敏感的电路单元。 3. 工艺可靠性设计 为了使版图能准确无误地转移到半导体芯片上并实现其规定的功能，工艺设计非常关键。一般可通过工艺模拟软件（如SUPREM等）来预测出工艺流程完成后实现功能的情况，在工艺生产过程中的可靠性设计主要应考虑： （1）原工艺设计对工艺误差、工艺控制能力是否给予足够的考虑（裕度设计），有无监测、监控措施（利用PCM测试图形）； 可靠性技术资料—半导体集成电路的可靠性设计
第1页 （2）各类原材料纯度的保证程度； （3）工艺环境洁净度的保证程度； （4）特定的保证工艺，如钝化工艺、钝化层的保证，从材料、工艺到介质层质量（结构致密度、表面介面性质、与衬底的介面应力等）的保证。 4. 封装结构可靠性设计 封装质量直接影响到半导体集成电路的可靠性。封装结构可靠性设计应着重考虑： （1）键合的可靠性，包括键合连接线、键合焊点的牢固程度，特别是经过高温老化后性能变脆对键合拉力的影响； （2）芯片在管壳底座上的粘合强度，特别是工作温度升高后，对芯片的剪切力有无影响。此外，还应注意粘合剂的润湿性，以控制粘合后的孔隙率； （3）管壳密封后气密性的保证； （4）封装气体质量与管壳内水汽含量，有无有害气体存在腔内； （5）功率半导体集成电路管壳的散热情况； （6）管壳外管脚的锈蚀及易焊性问题。 5. 可靠性评价电路设计 为了验证可靠性设计的效果或能尽快提取对工艺生产线、工艺能力有效的工艺参数，必须通过相应的微电子测试结构和测试技术来采集。所以，评价电路的设计也应是半导体集成电路可靠性设计的主要内容。一般有以下三种评价电路： (1) 工艺评价用电路设计 主要针对工艺过程中误差范围的测定，一般采用方块电阻、接触电阻构成的微电子测试结构来测试线宽、膜厚、工艺误差等。 (2) 可靠性参数提取用评估电路设计 针对双极性和CMOS电路的主要失效模式与机理，借助一些单管、电阻、电容，尽可能全面地研究出一些能评价其主要失效机理的评估电路。 (3) 宏单元评估电路设计 针对双极型和CMOS型电路主要失效模式与机理的特点，设计一些能代表复杂电路中基本宏单元和关键单元电路的微电子测试结构，以便通过工艺流程研究其失效的规律性。
6.2.4 可靠性设计技术 可靠性设计技术分类方法很多，这里以半导体集成电路所受应力不同造成的失效模式与机理为线索来分类，将半导体集成电路可靠性设计技术分为： （1）耐电应力设计技术：包括抗电迁移设计、抗闩锁效应设计、防静电放电设计和防热载流子效应设计； （2）.耐环境应力设计技术：包括耐热应力、耐机械应力、耐化学应力和生物应力、耐辐射应力设计； （3）稳定性设计技术：包括线路、版图和工艺方面的稳定性设计。 在下面几节将对这些技术进行详细阐述。