集成電路工藝原理
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集成電路工藝原理范文第1篇
微電子技術是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術，是伴隨著集成電路（IC）發(fā)展起來的高新技術，對國民經(jīng)濟和國家安全有著舉足輕重的戰(zhàn)略作用。集成電路工藝作為電子科學與技術相關專業(yè)的專業(yè)課程，其任務是使學生掌握集成電路的主要工藝技術及相關原理，培養(yǎng)其自主解決工藝問題的能力。課程具有實踐性強、理論與實踐密切結(jié)合的特點，目前的教學存在強調(diào)理論、忽視實踐的問題，學生害怕硬件，缺乏動手能力，不能扎實系統(tǒng)地掌握課程知識。本文對集成電路工藝的教學方法和教學內(nèi)容進行了探討，搭建了“理論―模擬―實踐”的立體化教學平臺，為大學教學改革提供參考。
一、目前課程存在的問題
1.教學模式的限制
在課程教學中，教學模式主要以理論授課為主，但是高等院校對微電子及集成電路專業(yè)的人才培養(yǎng)方式越來越強調(diào)對學生實踐能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)板書和多媒體PPT演示的教學方法已經(jīng)無法滿足與實驗教學有機的結(jié)合。
2.教學資源的缺乏
要培養(yǎng)學生具備較好的動手能力及基本的科研素質(zhì)，在集成電路工藝實驗教學中，必須使用各種工藝設備，如擴散爐、退火爐、光刻機、刻蝕機等，這些設備儀器價格昂貴，購置和維護這些設備的費用遠遠超出了學校的承受能力，導致其中部分實驗無法開設，降低了教學效果。
3.課程設置僵化
目前集成電路工藝的課程設置一般是采用理論教學和實驗教學結(jié)合、理論教學和計算機模擬結(jié)合的形式，或者單獨進行相關的課程設計，整個知識面不夠系統(tǒng)，并且考核形式比較單一，不利于學生集成電路工藝設計和分析能力的提高。
二、立體化教學在課程中的實踐
1.理論教學設計
集成電路工藝的基礎知識所涉及的面較廣，理論性較強，要求學生能夠扎實掌握半導體原理和器件的相關知識，能夠從前期的課程基礎上解釋工藝中出現(xiàn)的問題，如外延層構(gòu)造及缺陷與器件性能間的聯(lián)系、擴散參數(shù)與摻雜離子分布的聯(lián)系等。所以，在教學內(nèi)容的選擇上突出交叉課程的相關性，將半導體原理和器件的內(nèi)容融入工藝的教學內(nèi)容中，有利于電子科學與技術專業(yè)學生對課程體系的整體掌握。
2.模擬仿真設計
TCAD（Technology CAD） 即工藝計算機輔助設計已經(jīng)在集成電路工藝中有著舉足輕重的作用，廣泛運用于工藝優(yōu)化、控制以及設計優(yōu)化中，不但可以通過模擬芯片制備的整個工藝流程節(jié)省實驗成本，在實驗前后以及進行過程中，可以隨時觀察各項數(shù)據(jù)，對實驗過程和結(jié)果進行直觀分析，從而使學生得到及時全面的認知，改善教學效果。對理論教學中的案例進行驗證性和探究性模擬實驗設計，可以進一步加強學生對知識的掌握程度。基于南通大學的SILVACO―TCAD的教學軟件，同樣以熱擴散工藝為例，如下圖所示，擴散深度隨著擴散時間的增加而增加，可見在模擬實驗中可以便捷地修改各項參數(shù)，靈活設計教學內(nèi)容。
3.實驗教學設計
實驗作為教學的重要組成部分必須與理論教學相輔相成， 必須能有效地促進學生對理論的理解，又要能在實驗中應用相關理論，為學生獲得新的理論知識打下良好的基礎。目前集成電路工藝課程存在實驗儀器貴重、精密、量少與實驗人數(shù)多、實驗時間短的供需矛盾，因此對于現(xiàn)有的設備一定要對實驗參數(shù)進行正交設計，從全面實驗中挑選出部分有代表性的點進行實驗，注重高效率、快速、經(jīng)濟。
綜上所述，在集成電路工藝課程中，建立理論授課―TCAD工藝模擬―工藝實驗密切結(jié)合的立體化實驗平臺，不但能豐富課程的教學內(nèi)容，而且能激發(fā)學生的學習興趣，也能使學生更為扎實地掌握集成電路制備的整個流程和設計方式，增強動手能力，提升教學效果。
參考文獻：
集成電路工藝原理范文第2篇
引言
微電子產(chǎn)業(yè)在我國不斷的發(fā)展壯大，微電子企業(yè)對微電子技術人才的需求在逐年增加，高技能型微電子技術人才的缺乏成為制約微電子制造企業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。我校微電子技術專業(yè)在“校企共培、角色漸變”的雙主體人才培養(yǎng)模式下，不斷深化課程體系改革，構(gòu)建了校企共同構(gòu)建崗位職業(yè)技能培養(yǎng)和學生素質(zhì)提升并重的課程體系。
《集成電路制造工藝》是微電子技術專業(yè)針對集成電路生產(chǎn)企業(yè)中集成電路制造工藝員崗位而開設的一門核心主干課，集成電路制造工藝員是微電子技術專業(yè)學生就業(yè)的重要崗位之一。目前，集成電路制造工藝課程經(jīng)過多年的校企共同開發(fā)建設，在教學內(nèi)容、教學方法以及教學手段上不斷進行探索和實踐，獲得了一些實踐經(jīng)驗。
1.高職集成電路制造工藝課程建設中存在的問題
（1）缺少面向高職學生、適合高職教學的教材。目前出版的集成電路制造工藝教材講述理論知識的偏多，近年面向高職出版的教材盡管增加了實際操作的內(nèi)容，但多數(shù)停留在設備介紹上面，關于企業(yè)實際工藝操作流程介紹還不夠。
（2）缺少集成電路制造工藝實踐教學條件。集成電路制造實驗設備比較專業(yè)并且比較昂貴，設備維護費用高，目前開設集成電路工藝課程的學校擁有集成電路制造實驗室的學校相當?shù)纳?，和實際的生產(chǎn)工藝環(huán)境存在一定的差距。
（3）教學組織上大多數(shù)才用的是傳統(tǒng)的課堂理論教學，教學效果不理想。集成電路制造工藝介紹的工藝原理對于高職學生來說過于抽象，難以理解，老師難以調(diào)動學生的學習積極性，教學效果總是不理想。
（4）課程考核模式大多數(shù)采用傳統(tǒng)的筆試的形式，缺乏對學生在學習過程中的考核，對于學生的學習情況不能及時的掌握，導學促教的功能難以發(fā)揮。
2.“教學做”一體化教學模式是集成電路工藝課程改革的有效途徑
“教學做”一體化的教學模式源于教育學家陶行知先生提出的“教學做合一”思想，強調(diào)了“教學做”三者的統(tǒng)一?！敖虒W做”一體化改變了傳統(tǒng)的課堂教學模式，通過課堂的開放式教學，使理論知識學習與實踐技能的學習有機地融為一體，充分挖掘出學生掌握知識和技能的潛能，使教師和學生之間形成溝通配合的有機整體。
《集成電路制造工藝》要求學生掌握集成電路制造過程中的各項工藝流程的原理，工藝流程的操作過程以及工藝設備的操作方法等。集成電路制造行業(yè)背景和生產(chǎn)環(huán)境相比與傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品制造企業(yè)有很大不同，因此在集成電路制造生產(chǎn)性實訓基地開展教學是非常必要的，同時，生產(chǎn)性集成電路制造工藝實訓基地為“教學做”一體化實施提供了有利的條件。
3. “教學做”一體化教學在集成電路制造工藝課程中的實施
3. 1 課程內(nèi)容以“任務驅(qū)動、項目導向”，按照項目化設置
通過長期的教學和企業(yè)實踐，將集成電路制造工藝課程以制作具有電路功能的芯片為工作任務，按照企業(yè)生產(chǎn)車間的劃分，把工作任務分解為若干個子任務，每個子任務對應一個項目，按照項目來組織教學。課程主要內(nèi)容如表1所示。
3.2“教學做”一體化教學實施條件
“教學做”一體化教學的實施離不開現(xiàn)代化的教學條件，因此，實踐性教學基地是集成電路制造工藝課程實施的場所保障。
（1）校內(nèi)外實踐基地。我校已經(jīng)建成了生產(chǎn)性集成電路制造工藝中心，工藝中心的設備及生產(chǎn)環(huán)境和集成電路制造企業(yè)實際生產(chǎn)環(huán)境基本一致，能夠滿足基本的生產(chǎn)任務需要。微電子技術專業(yè)學生在大三將進入校外實訓基地微電子企業(yè)進行頂崗實習，在企業(yè)資深工藝技師的指導下，邊學邊做，通過“教學做”的不斷實踐，從而實現(xiàn)學生從學校畢業(yè)生就到企業(yè)員工的無縫連接。
（2）雙師素質(zhì)的教師隊伍。我校和重慶的主要微電子企業(yè)在人才培養(yǎng)模式和課程體系建設上有著長期的校企合作。同時，我校的教師深入到企業(yè)調(diào)研，參與企業(yè)生產(chǎn)實踐活動，從而使我校的專任教師具備企業(yè)工程師素質(zhì)；同時，企業(yè)派工程師參與專業(yè)課程標準的制定，共同確定課程教學內(nèi)容，共同開發(fā)教材等。通過學校企業(yè)兼職教師培訓及鑒定，來自企業(yè)的工程師成為我校的企業(yè)兼職教師。
3.3 在教學組織實施過程中貫穿“教學做”一體化教學思想
集成電路制造工藝課程根據(jù)項目化課程內(nèi)容，選擇集成電路制造工藝中心為教學場地，展開教學組織活動。集成電路制造工藝中心是一個對潔凈度要求非常高的工作環(huán)境，因次學生到中心學習必須參照企業(yè)員工的著裝要求及相關規(guī)定進入實訓室。
首先，由指導老師給學生介紹工藝的原理、設備及操作工藝流程。然后指導老師給學生做工藝操作的演示、學生在旁邊觀察學習，老師演示工藝操作以后，緊接著由學生自己來動手的操作，老師在旁邊進行指導，整個過程老師和學生教學做一體。在組織教學實施中，以學生為中心，工藝操作過程中碰到問題，由學生自己首先思考，尋解決問題的方法和途徑，在條件允許的情況下，可以讓學生動手去驗證自己的想法是否可行，老師則在旁邊進行指導，給學生提出建議。
3.4“教學做”一體化教學模式中課程考核形式多樣化
“教學做”一體化教學模式，改變了傳統(tǒng)的教學模式，因此，對課程的考核注重對過程的考核。
課程的成績由出勤率占10%+平時課堂表現(xiàn)占60%+期末綜合測試占30%組成。平時課堂表現(xiàn)成績的認定根據(jù)各個項目每個學生的參與程度、解決問題的能力的綜合表現(xiàn)來給予評定，最后總成績?yōu)楦鱾€項目學生所得成績之和。因此，學生對整個課程的實施必須全程積極參與，否則將會影響期末成績的評定。一定程度上提高了學生的學習積極性。同時老師能夠及時的掌握學生的學習情況，調(diào)整教學內(nèi)容或者教學方法，更好的組織教學工作。
4. 結(jié)束語
集成電路制造工藝課程在教學內(nèi)容的選取上根據(jù)學生面向崗位的要求進行設置，在教學組織實施中，以項目化為導向，在教學的過程中運用“教學做”一體化思想，做到教中學，學中做，做中學，使理論和實踐有機的結(jié)合在一起，實踐證明，學生通過該課程的學習，能夠具有企業(yè)對集成電路工藝員崗位的職業(yè)技能要求。集成電路工藝不斷有新技術的出現(xiàn)，企業(yè)對集成電路制造人才的質(zhì)量要求在不斷提高，因此，課程在以后的建設中需要不斷的完善教學內(nèi)容，提高教學組織的有效性。（作者單位：重慶城市管理職業(yè)學院）
資金資助：重慶城市管理職業(yè)學院教改課題（2011jgkt0015）
參考文獻
集成電路工藝原理范文第3篇
【關鍵詞】電子信息科學與技術微電子課程體系建設教學改革
【基金項目】大連海事大學教改項目：電子信息科學與技術專業(yè)工程人才培養(yǎng)實踐教學改革（項目編號：2016Z03）；大連海事大學教改項目：面向2017級培養(yǎng)方案的《微電子技術基礎》課程教學體系研究與設計（項目編號：2016Y21）。
【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089（2018）01-0228-02
1.開設《微電子技術基礎》的意義
目前，高速發(fā)展的集成電路技術產(chǎn)業(yè)使集成電路設計人才成為最搶手的人才，掌握微電子技術是IC設計人才的重要基本技能之一。本文希望通過對《微電子技術基礎》課程教學體系的研究與設計，能夠提高學生對集成電路制作工藝的認識，提高從事微電子行業(yè)的興趣，拓寬知識面和就業(yè)渠道，從而培養(yǎng)更多的微電子發(fā)展的綜合人才，促進我國微電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和科學技術水平的提高。
2.目前學科存在的問題
目前電子信息科學與技術專業(yè)的集成電路方向開設的課程已有低頻電子線路、數(shù)字邏輯與系統(tǒng)設計、單片機原理、集成電路設計原理等。雖然課程開設種類較多，但課程體系不夠完善。由于現(xiàn)在學科重心在電路設計上，缺少對于器件的微觀結(jié)構(gòu)、材料特性講解[1]，導致學生在后續(xù)課程學習中不能夠完全理解。比如MOS管，雖然學生們學過其基本特性，但在實踐中發(fā)現(xiàn)他們對N溝道和P溝道的工作原理知之甚少。
近來學校正在進行本科學生培養(yǎng)的綜合改革，在制定集成電路方向課程體系時，課題組成員對部分學校的相關專業(yè)展開調(diào)研。我們發(fā)現(xiàn)大部分擁有電子信息類專業(yè)的高校都開設了微電子課程。譬如華中科技大學設置了固體電子學基礎、微電子器件與IC設計、微電子工藝學以及電子材料物理等課程。[2]又如電子科技大學設置了固體物理、微電子技術學科前沿、半導體光電器件以及高級微電子技術等課程。[3]因此學科課題組決定在面向2017級電子信息科學與技術專業(yè)課程培養(yǎng)方案中，集成電路設計方向在原有的《集成電路設計原理》、《集成電路設計應用》基礎上，新增設《微電子技術基礎》課程。本課程希望學生通過掌握微電子技術的原理、工藝和設計方法，為后續(xù)深入學習集成電路設計和工程開發(fā)打下基礎。
3.微電子課程設置
出于對整體課程體系的考慮，微電子課程總學時為32學時。課程呈現(xiàn)了微電子技術的基本概論、半導體器件的物理基礎、集成電路的制造工藝及封裝測試等內(nèi)容。[4]如表1所示，為課程的教學大綱。
微電子技術的基本概論是本課程的入門。通過第一章節(jié)的學習，學生對本課程有初步的認識。
構(gòu)成集成電路的核心是半導體器件，理解半導體器件的基本原理是理解集成電路特性的重要基礎。為此，第二章重點介紹當代集成電路中的主要半導體器件，包括PN結(jié)、雙極型晶體管、結(jié)型場效應晶體管（JFET）等器件的工作原理與特性。要求學生掌握基本的微電子器件設計創(chuàng)新方法，具備分析微電子器件性能和利用半導體物理學等基本原理解決問題的能力。
第三章介紹硅平面工藝的基本原理、工藝方法，同時簡要介紹微電子技術不斷發(fā)展對工藝技術提出的新要求。內(nèi)容部分以集成電路發(fā)展的順序展開，向?qū)W生展示各種技術的優(yōu)點和局限，以此來培養(yǎng)學生不斷學習和適應發(fā)展的能力。
第四章圍繞芯片單片制造工藝以外的技術展開，涵蓋著工藝集成技術、封裝與測試以及集成電路工藝設計流程，使學生對微電子工藝的全貌有所了解。
4.教學模式
目前大部分高校的微電子課程仍沿用傳統(tǒng)落后的教學模式，即以教師灌輸理論知識，學生被動學習為主。這種模式在一定程度上限制了學生主動思考和自覺實踐的能力，降低學習興趣，與本課程授課的初衷相違背。[5]為避免上述問題，本文從以下幾個方面闡述了《微電子技術基礎》課程的教學模式。
教學內(nèi)容：本課程理論知識點多數(shù)都難以理解且枯燥乏味，僅靠書本教學學生會十分吃力。因此，我們制作多媒體課件來輔助教學，將知識點采用動畫的形式來展現(xiàn)。例如可通過動畫了解PN結(jié)內(nèi)電子的運動情況、PN結(jié)的摻雜工藝以及其制造技術。同時課件中補充了工藝集成與分裝測試這部分內(nèi)容，加強課堂學習與實際生產(chǎn)、科研的聯(lián)系，便于學生掌握集成電路工藝設計流程。
教學形式：課內(nèi)理論教學+課外拓展。
1）課內(nèi)教學：理論講解仍需教師向?qū)W生講述基本原理，但是在理解運用方面采用啟發(fā)式教學，課堂上增加教師提問并提供學生上臺演示的機會，達到師生互動的目的。依托學校BBS平臺，初步建立課程的教學課件講義、課后習題及思考題和課外拓展資料的體系，以方便學生進行課后的鞏固與深度學習。此外，利用微信或QQ群，在線上定期進行答疑，并反饋課堂學習的效果，利于老師不斷調(diào)整教學方法和課程進度。還可充分利用微信公眾號，譬如在課前預習指南，幫助學生做好課堂準備工作。
2）課外拓展：本課程目標是培養(yǎng)具有電子信息科學與技術學科理論基礎，且有能力將理論付諸實踐的高素質(zhì)人才。平時學生很難直接觀察到半導體器件、集成電路的模型及它們的封裝制造流程，因此課題組計劃在課余時間組織同學參觀實驗室或當?shù)氐南嚓P企業(yè)，使教學過程更為直觀，加深學生對制造工藝的理解。此外，教師需要充分利用現(xiàn)有的資源（譬如與課程有關的科研項目），鼓勵學生參與和探究。
考核方式：一般來說，傳統(tǒng)的微電子課程考核強調(diào)教學結(jié)果的評價，而本課程組希望考核結(jié)果更具有前瞻性和全面性，故需要增加教學進度中的考核。課題組決定采用期末筆試考核與平時課堂表現(xiàn)相結(jié)合的方式，期末筆試成績由學生在期末考試中所得的卷面成績按照一定比例折合而成，平時成績考評方式有隨堂小測、課后習題、小組作業(yè)等。這幾種方式將考核過程融入教學，能有效地協(xié)助老師對學生的學習態(tài)度、學習狀況以及學習能力做出準確評定。
5.結(jié)語
集成電路工藝原理范文第4篇
直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，過載能力強，可實現(xiàn)頻繁的快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。因此直流電機得到廣泛的應用。
而同時，直流電機驅(qū)動方式及設計也是各式各樣，大部分采用電機專用驅(qū)動芯片進行設計，而本文主要介紹一款基于厚膜混合集成電路工藝進行制作，采用分立器件進行設計的H橋厚膜功率驅(qū)動電路，而且通過三極管的開通關斷時間來控制死區(qū)時間。產(chǎn)品適應性強，廣泛運用與運動控制[1]領域。
1電機功率驅(qū)動器的總體設計
電路通過柵極驅(qū)動電路控制H橋中四個功率開關管的導通截止時序，并通過調(diào)節(jié)TTL信號的占空比，控制輸出回路電流的大小和方向，從而達到控制電機轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度的目的。電路分為信號隔離電路、柵極驅(qū)動電路、死區(qū)控制電路、H橋電路。
圖 1 總體設計
2 H橋功率驅(qū)動器的控制原理
直流電機驅(qū)動使用最廣泛的就是H橋驅(qū)動方式，這種驅(qū)動電路方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應正反轉(zhuǎn)、制動等[2]。H橋驅(qū)動電路的原理如圖2所示，組成H橋驅(qū)動電路的4只開關管工作在斬波狀態(tài)，K1、K3是一組，K2、K4是一組，這兩組狀態(tài)交替發(fā)生，當一組導通時，另外一組必須截止。當K1、K3導通時，K2、K4截止，電機兩端施加正向電壓實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當K2、K4導通時，K1、K3截止，電機兩端施加反向電壓，電機反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。
圖 2 H橋工作原理 圖 3 H橋設計 圖 4 驅(qū)動電路設計
組成H橋驅(qū)動電路的4只開關管工作在斬波狀態(tài)，K1、K3是一組，K2、K4是一組，這兩組狀態(tài)交替發(fā)生，當一組導通時，另外一組必須截止。當K1、K3導通時，K2、K4截止，電機兩端施加正向電壓實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當K2、K4導通時，K1、K3截止，電機兩端施加反向電壓，電機反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。
此文介紹的電路針對H橋設計，主要采用NMOSFET和PMOSFET的思路，上橋臂采用PMOSFET，下橋臂采用NMOSFET。具體見圖3。
驅(qū)動部分是采用分立器件搭建，具體見圖4。
驅(qū)動電路部分與前級邏輯信號部分采用光耦隔離，可降低功率部分對信號部分的干擾。
輸入信號通過隔離進入后級，并經(jīng)過電阻、三極管、穩(wěn)壓管等進一個放大信號，從而驅(qū)動后級的MOSFET。輸入1為低電平時，光耦輸出為低，T2截止，M2導通，同時，T1由于施加電壓而導通，M1截止。當輸入1為高電平時，光耦輸出為高電平，T2導通，M2截止，同時，T1截止，M1導通。而電路的另一半，剛好相反。
3 死區(qū)時間控制
理論上，K1和K2不可能同時導通，但實際上，由于輸入邏輯信號的不穩(wěn)定性和工藝上可能存在的偏差，K1和K2可能同時開啟而發(fā)生同橋臂共通的現(xiàn)象，即在極短時間內(nèi)將有一個很大的電流直接從電源流經(jīng)到地。為了避免同橋臂共通的現(xiàn)象發(fā)生，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間應從設計上引入一段時間，在該段時間內(nèi)，K1和K2同時關斷，這個時間就是死區(qū)時間[3]。死區(qū)時間的設置主要考慮兩種狀態(tài)，主要是K1上升沿和K2下降沿的死區(qū)時間，K1下降沿和K2上升沿的死區(qū)時間。
在此電路設計中，死區(qū)時間主要通過T1、T2、K1、K2共同作用來產(chǎn)生。T1和T2的開通關斷時間、K1和K2的上升沿和下降沿共同決定死區(qū)時間的大小。而K1和K2的上升沿和下降沿基本都在ns級別，相對較小，所以在電路設計中主要通過T1和T2控制死區(qū)時間。要求T1開通慢、關斷快，T2開通快、關斷慢，這樣才能有利于死區(qū)時間的設置。
但總體而言，死區(qū)時間不能設置過大，會影響產(chǎn)品的效率，設置過小會造成產(chǎn)品出現(xiàn)共通現(xiàn)象。此電路要求死區(qū)時間為1μs～5μs。
4 高可靠質(zhì)量等級設計要求
功率驅(qū)動器工作電流要求達到40A以上。采用傳統(tǒng)的pcb工藝設計，也可以滿足指標要求，但是產(chǎn)品體積大、可靠性低、適用性受局限。故采用厚膜混合集成電路生產(chǎn)技術制造，主要工藝分為厚膜基板成膜工藝和厚膜微組裝工藝。厚膜基板成膜工藝是指采用絲網(wǎng)印刷、烘干、燒結(jié)工藝將厚膜漿料印制在基片上形成一定功能電路的技術。其主要工序包括網(wǎng)版制備、絲網(wǎng)印刷、烘干、燒結(jié)。厚膜電路微組裝工藝，是指采用粘（焊）接、鍵合、封口、檢漏等工藝，在厚膜基板上組裝集成電路裸芯片、片式電阻、電容、電感等元器件，再外加金屬外殼封裝即為厚膜混合集成電路。
1） 結(jié)構(gòu)及熱設計。
考慮到產(chǎn)品的功率密度較大，采用鋼材質(zhì)的金屬外殼和高導熱率的ALN陶瓷基板。長期以來，絕大多數(shù)大功率混合集成電路的基板材料一直沿用AL2O3和BeO陶瓷，但AL2O3基板的熱導率低，熱膨脹系數(shù)和Si不太匹配；BeO雖然具有優(yōu)良的綜合性能，但其較高的生產(chǎn)成本和劇毒的缺點限制了它的應用推廣。因此，本次高可靠功率驅(qū)動器設計采用ALN陶瓷基板。表1 是4種陶瓷基板的性能參數(shù)對比情況。
表1 ALN的參數(shù)對比
性能指標 BeO AlN Al2O3 （96%） Al2O3 （99.5%）
密度/（g?cm?3） 2.85 3.28 3.75 3.8
熱膨脹系數(shù)/10?6 ℃?1 6.3 4.3 7.1 7.1
導熱率/（W?m?1?K?1） 285 180 21 25.1
介電常數(shù) 6.7 10 9.4 10.2
絕緣強度/（kV?mm?1） 10.6 15 15 15
通過厚膜印燒工藝制作厚膜基板，并通過厚膜電路微組裝工藝將裸芯片及阻容元件焊接在陶瓷基板上，通過焊接技術將基板焊接在外殼上。合理布局，將功率器件均勻分布在產(chǎn)品內(nèi)部，如圖5、圖6所示。
圖 5 布局設計 圖 6 立體剖面圖 圖 7 熱傳遞
對于功率器件，熱設計是十分重要的，即以最短的導熱通路將熱量傳遞出去。熱傳遞的形式主要有熱傳導、輻射及對流，而對于全密封金屬外殼來說，大部分的熱量是以熱傳導的形式傳遞到外面的。如圖7所示，功率芯片產(chǎn)生的熱量通過焊料、基板、焊料及外殼傳遞到外面。運用傅立葉公式來描述熱傳導的原理，即在熱傳導過程中，單位時間按內(nèi)通過給定截面的熱量正比與垂直于該截面方向上的溫度變化率、導熱系數(shù)和截面積。
最優(yōu)的設計即要求在單位時間內(nèi)通過的熱量越多越好，所以要選擇導熱系數(shù)大的導熱材料。
圖 8 熱量分布 圖 9 典型應用 圖10 輸出波形
圖8是產(chǎn)品內(nèi)部溫度分布圖，從中可以看出，溫度最高點為68.6℃，基本呈現(xiàn)均勻分布。
同時采用鋼性外殼可提高產(chǎn)品的抗沖擊、振動等環(huán)境試驗。產(chǎn)品內(nèi)部有源器件采用裸芯片，可以大大縮小產(chǎn)品的尺寸。
2）工藝設計
①禁限用工藝。在工藝實現(xiàn)方面，為達到某領域的高可靠質(zhì)量等級要求，需對工藝進行改進優(yōu)化，滿足相應的禁限用工藝要求。
②內(nèi)部氣氛含量控制。產(chǎn)品內(nèi)部含有過多的水汽會影響裸芯片的壽命，導致產(chǎn)品長時間貯存后發(fā)生電性能損壞。為更好的控制功率電路的水汽含量，需要在密封前增加密封前老煉試驗，對內(nèi)部殘留在焊膏中的水汽含量盡量釋放。
5 實驗數(shù)據(jù)
產(chǎn)品的典型應用如圖9所示，測試時，采用電阻來代替電機進行測試。測試負載兩端的波形如圖10所示。死區(qū)時間的測試波形見圖11和圖12
圖 11 上升沿死區(qū)時間 圖 12下降沿死區(qū)時間
產(chǎn)品經(jīng)過高低溫貯存、溫度沖擊、機械沖擊、老煉等一系列環(huán)境試驗，性能穩(wěn)定、可靠。
集成電路工藝原理范文第5篇
【關鍵詞】集成電路 加速試驗 壽命試驗 可靠性試驗
1 集成電路加速試驗概述
隨著集成電路等電子市場的競爭環(huán)境日趨激烈，在滿足用戶預期需求的前提下，在盡可能短時間內(nèi)將產(chǎn)品投入市場是電子開發(fā)商搶占市場的重要舉措。這無疑促使與激發(fā)了加速試驗的產(chǎn)生與發(fā)展。
美國波音公司最早提出了可靠性加速試驗的概念，最初提出的原因是為了降低產(chǎn)品的研發(fā)費用，提高產(chǎn)品的可靠性。由于加速試驗的測試環(huán)境要苛刻于現(xiàn)實環(huán)境，因此通過加速試驗，可以獲得比正常條件下更多的信息。加速試驗需要更高的應力，通常在加速試驗中引入在正常使用中不可能發(fā)生故障模式的因素：高頻率、高振動、高溫、高濕度等。通過加速試驗得到產(chǎn)品加速試驗模型，分析產(chǎn)品的性能，找出導致產(chǎn)品失效的原因，為產(chǎn)品設計提供設計依據(jù)，提高產(chǎn)品可靠性和延長使用壽命。目前，加速試驗已經(jīng)廣泛應用于各個行業(yè)，如電子、通訊、能源、工業(yè)、汽車等，更優(yōu)很多知名公司例如惠普、福特等，注重加速試驗的開發(fā)與研究，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
2 集成電路加速壽命試驗
隨著科學技術的發(fā)展，高集成電路的可靠性的要求也是越來越高，使用壽命甚至大30年以上?？煽啃詨勖呛饬考呻娐房煽啃院托阅苜|(zhì)量的指標之一，所以需要準確、快速的壽命試驗方法。傳統(tǒng)壽命試驗方法試驗周期長，費用昂貴，在很大程度上影響了高可靠集成電路的研發(fā)周期。傳統(tǒng)的壽命試驗，是基于現(xiàn)實環(huán)境模擬的試驗方法，通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計來估測集成電路的壽命，方法繁瑣，操作麻煩，而且試驗周期長，人為因素多。目前，加速試驗技術領域已經(jīng)開發(fā)新的基于模擬現(xiàn)場環(huán)境的試驗方法，大大縮短的試驗周期，對于推動加速試驗領域的研究與應用具有巨大作用，對可靠性工程的發(fā)展有重要意義。本文介紹一下三種加速試驗方法：HALT法（失效物理的高加速壽命試驗）、RET法（可靠性強化試驗）以及EDA法（基于參數(shù)退化的加速壽命試驗）。
2.1 HALT法―高加速壽命試驗
對集成電路的材料、元器件和工藝方法進行加速試驗，確定材料、元器件和生產(chǎn)工藝的壽命。此種方法可以在產(chǎn)品使用壽命末期識別以及量化產(chǎn)品失效的機理。此種試驗方法會根據(jù)產(chǎn)品的壽命來確定試驗的時間，以給出產(chǎn)品的壽命期。此種方法并沒有暴露產(chǎn)品的缺陷。
加速壽命試驗的假設：試驗產(chǎn)品在高應力作、短時間的應力作用下表現(xiàn)出與低應力、長時間的作用下的產(chǎn)品特征的一致性。為了縮短試驗周期，試驗中采用加速應力，即HALT（高加速壽命試驗）。由于越來越多的使用者對于產(chǎn)品的使用壽命提出更高的要求，而加速壽命試驗分析了產(chǎn)品產(chǎn)品失效機理的主要原因，提供了產(chǎn)品預期磨損機理的有效數(shù)據(jù)，因此在當今的市場上是很重要的。此試驗可以給產(chǎn)品設計者和生產(chǎn)者提供有效的技術指導，全面了解產(chǎn)品，對于集成電路的材料、元器件和加工工藝進行改進和控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。
2.2 RET法―集成電路可靠性強化試驗
RET法不同于HALF法的區(qū)別在于：RET法的目的是在HALF的基礎上，逐漸增大環(huán)境應力和工作應力，來激發(fā)電路失效故障和暴露電路設計的缺點，評估產(chǎn)品設計的可靠性。RET方法的實施就應該在產(chǎn)品設計和發(fā)展的最初階段，以便于改進和控制。
2.3 EDA法―基于參數(shù)退化的加速壽命試驗方法
該方法在長壽命試驗理論和算法上采用統(tǒng)計和動力學模型，通過敏感參數(shù)的選取和測試方法優(yōu)化，實現(xiàn)對長壽命的快速評價。與傳統(tǒng)加速壽命試驗方法相比，該技術最大優(yōu)點是試驗時間短、可外推壽命、具有普適性，不需要預先建立分布模型，是一種通過數(shù)據(jù)本身的圖形揭示其最佳擬合模型的分析方法，而非事先假設模型強加模型后再進行分析。
基于參數(shù)退化的加速壽命試驗方法結(jié)合集成電路結(jié)構(gòu)、材料、工藝及性能特點，針對影響集成電路壽命的應力及適用于加速試驗的應力水平分析，研究集成電路長壽命加速試驗敏感參數(shù)的選取方法，進行試驗數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)外推建模，實現(xiàn)對長壽命失效的預估。該方法關鍵技術包括：長壽命加速試驗敏感參數(shù)選取和采集技術；長壽命加速試驗的數(shù)據(jù)模型處理與外推壽命。通過研究影響器件長壽命應力因子、加速因子、響應敏感參數(shù)，有利于快速確定有效的長壽命評價方案。
3 加速試驗中應當注意的問題
由于加速試驗的環(huán)境一般都要高于現(xiàn)場使用所預期的水平應力，可能會導致實際使用中不可能出現(xiàn)的失效機理，產(chǎn)生試驗結(jié)果錯誤。加速試驗模型是產(chǎn)品在正常壓力水平下，施加一個或者多個加速應力水平的關鍵因素，導出的結(jié)果，產(chǎn)品要承受更強大的應力。因此，在測試產(chǎn)品性能時，要根據(jù)產(chǎn)品的承受范圍（溫度、濕度、壓強的），在合理的條件下改變關鍵因素參數(shù)進行測試，查出失效機理的原因。根據(jù)失效機理消除產(chǎn)生失效的因素才是最主要的。
參考文獻
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