集成電路的工作原理及可靠性分析

成都信息工程大學(xué)通信工程學(xué)院 四川 成都 610225

引言

集成電路是一種體積較小的半導(dǎo)體電子器件或者部件，它是經(jīng)過氧化、光刻等半導(dǎo)體制造工藝，制作形成的半導(dǎo)體電子器件或部件。集成電路的廣泛應(yīng)用使得我國的電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是同國外先進(jìn)的技術(shù)相比，還有較大的進(jìn)步空間。下面將對集成電路的工作原理及種類進(jìn)行簡述，并著重分析集成電路的可靠性以及在未來的發(fā)展方向。

1 集成電路的工作原理及分類

1.1 集成電路的工作原理 將電路所需電容、電感等元件與布線連接在一起，制作在半導(dǎo)體晶片或者介質(zhì)基片上，具有電路功能的小型化結(jié)構(gòu)，被稱為集成電路。現(xiàn)階段我國的集成電路都是采用硅作為主板材料，在晶片上利用各種工藝和技術(shù)形成半導(dǎo)體，將功能不同的電子元件經(jīng)過加工和連接組成一種電路模型，形成集成電路。集成電路又被稱為半導(dǎo)體集成電路，因?yàn)榧呻娐反蠖鄶?shù)是利用半導(dǎo)體材料的電子空穴導(dǎo)電進(jìn)行通電的，通過電流信號的傳輸完成集成電路的功能輸出。目前集成電路中半導(dǎo)體都是經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延以及蒸鋁等工藝形成的，然后再將電阻、電容、二極管等集成元件連接到制作好的半導(dǎo)體上，最終形成半導(dǎo)體集成電路，半導(dǎo)體集成電路有圓、雙列直插式等形態(tài)，不同類型的集成電路具有不同的電路功能。

1.2 集成電路的分類 集成電路按照晶體管的數(shù)量可以分為小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)、特大規(guī)模集成電路(ULSI)和巨大規(guī)模集成電路(GSI)；根據(jù)制作工藝的不同可以分為膜形式集成電路和半導(dǎo)體形式集成電路；根據(jù)結(jié)構(gòu)又分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路等；根據(jù)導(dǎo)電類型又可以分為單極型集成電路和雙極型集成電路；集成電路還可以根據(jù)外形、用途等進(jìn)行分類，不同的種類具有不同的特征和功能。

2 集成電路的失效及失效原因

集成電路的失效通常是由于制作工藝、組成元件、設(shè)計(jì)方面等不合理造成的，主要分為內(nèi)部失效和外部失效兩種形式。內(nèi)部失效就是在設(shè)計(jì)制作集成電路的時候，因?yàn)橹谱鞴に嚥痪?，?dǎo)致形成的半導(dǎo)體材料在功能和導(dǎo)電能力上具有一定的漏洞，最終導(dǎo)致集成電路的失效，隨著高新技術(shù)不斷應(yīng)用于集成電路的制作中，使得集成電路的制作更加精準(zhǔn)和高效，出現(xiàn)工藝上的疏漏現(xiàn)象越來越少；外部失效就是由于封閉集成裝置或是內(nèi)、外部金絲鍵合時出現(xiàn)的失效，目前我國集成電路行業(yè)對封閉工藝和金絲鍵合工藝的要求不斷提升，使得外部失效的情況逐漸增加，所以應(yīng)該采取有效的改良措施，減少集成電路的失效問題產(chǎn)生。

3 集成電路的可靠性分析

3.1 集成電路失效形式的控制措施 集成電路的物理失效模型分為靜電放電模型和抗閂鎖損傷模型，在集成電路的實(shí)際操作中，靜電放電失效和抗閂鎖失效是集成電路失效的絕大多數(shù)形式。集成電路生產(chǎn)商要想提升自身企業(yè)的形象和集成電子產(chǎn)品的銷量，就要解決集成電路模型的失效問題。生產(chǎn)廠家應(yīng)該將靜電放電的等級與抗閂鎖能力作為集成電路元件的生產(chǎn)的指標(biāo)，有效提高元件的質(zhì)量，進(jìn)而提高集成電路的使用壽命。還要對已經(jīng)制作好的集成電路樣品進(jìn)行檢測，避免失效的集成電路流入市場。在對集成電路失效的檢查過程中，也具有很多的檢查方式，例如對集成電路進(jìn)行開封前的檢查，就是在不拆除集成電路外包裝的情況下進(jìn)行檢查，查看集成電路是否具有失效的現(xiàn)象發(fā)生，對外觀進(jìn)行仔細(xì)地分析，看看電線等裝置是否具有明顯的損壞，檢查焊接連接處是否有斷裂現(xiàn)象；還可以利用X射線進(jìn)行外部的掃描檢測，一般有瑕疵的集成電路在X射線掃描后會呈現(xiàn)不一樣的影像。如果確認(rèn)集成電路已經(jīng)失效，就可以進(jìn)行進(jìn)一步的開封檢查，利用剝離法將電路外部與芯片進(jìn)行分離，集中檢查內(nèi)部的各個元件，這種方法雖然很直觀，但是卻將線路剪斷，導(dǎo)致無法進(jìn)行通電測試，所以還可以利用局部去除法或是全自動法等進(jìn)行集成電路失效性的檢測，對失效的集成電路進(jìn)行合理地改進(jìn)措施，保證集成電路的整體質(zhì)量。

3.2 可靠性對集成電路發(fā)展的重要作用 集成電路在實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用中，都是需要對相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行檢測的，通過真實(shí)的檢測來判定集成電路的可靠性等級，生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)等過程中都會對集成電路的可靠性進(jìn)行仔細(xì)地分析，使得集成電路的生產(chǎn)能夠更加順暢；而購買集成電路器件的用戶也會對集成電路的可靠性進(jìn)行檢測，衡量自身購買該批器件的經(jīng)濟(jì)利益。可以說集成電路的可靠性是這個市場發(fā)展的重要指標(biāo)，只有加強(qiáng)集成電路的可靠性能，才能讓集成電路行業(yè)得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

3.3 具有可靠性的集成電路的未來發(fā)展 雖然我國的集成電路產(chǎn)業(yè)在不斷更新，但是相對于很多的發(fā)達(dá)國家而言，各方面還有不小的差距，所以集成電路產(chǎn)業(yè)必須時刻具有創(chuàng)新精神，只有將可靠性作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中心，將制作設(shè)備和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合才能打造一個全新的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈。同時，政府相關(guān)部門也應(yīng)該完善制度，給予集成電路產(chǎn)業(yè)更大的優(yōu)惠措施，大力支持集成電路產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和改革。

結(jié)語

綜上所述，是本人對集成電路的工作原理及可靠性的具體探析，希望對相關(guān)的集成電路生產(chǎn)商有所裨益，加強(qiáng)集成電路的可靠性，有效提升集成電路的質(zhì)量，逐漸形成我國獨(dú)特的的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈。