半导体IC产品可靠度：统计、物理与工程(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 质量控制
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　　本书的编写以半导体IC产品的可靠度为例，从电路设计，到封装制程的所有专业工作者都不能忽略的题材而开展。全书共分六章；开宗明义的第一章旨在介绍给读者以半导体、IC产品制程、及基本可靠度的知识与观念。第二章，则从统计与物理两个面向，致力于几个对IC产品可用的可靠度寿命分佈模型来解说。第三章，深入浅出地介绍与IC元件有关的几个基本可靠度问题。第四章，介绍有关后段封装所可能引起的其它可靠度问题。现今IC业界，为了保证产品的可靠度，从晶圆，到封装的制程，都有一套公认的可靠度认证过程。特别将认证过程公认的主要规定阐述于第五章。最后，于第六章，介绍对失效品的故障分析。从分析仪器及技术、常见的故障原因，到如何减低故障发生率的未来方向都有精简的叙述。

　　本书适合作为电子、电机工程及相关科系研究生教科书，半导体IC业界从业工程师参考书。相关理工科系的大学部学生，如有志于半导体IC一行为业，以本书作为进阶的参考书，当亦有所牌益。

本书特色：

　　1. 本书附有元素週期表、AQL选样计划表、半导体物理常数表，可供读者翻阅参考。

　　2. 唯一一本贯穿半导体产业为题材的专业书籍。以半导体IC产品的可靠度为例，从电路设计，到封装制程的所有专业工作者都不能忽略的题材。

作者简介

傅宽裕

　　学历：美国Chicago大学物理学博士

　　经历：
　　台湾大学物理学系教授
　　半导体工业界经验近30年：任职于Texas Instruments,Motorola,UMC,ISSI等半导体公司
　　IEEE Journals∕IRPS 论文审查委员/技术委员会委员

　　着作：
　　国际学术期刊∕会议论文发表60多篇
　　美台专利权36件
　　中文书《基础力学》(2003出版)
　　翻译Sander Bais着Very Special Relativity 一书
　　译名《图解爱因斯坦相对论》(即将出版)

芯片的基石：从材料到系统的可靠性工程实践 本书聚焦于现代集成电路（IC）设计、制造及应用领域中，决定产品生命周期与性能稳定性的核心议题——可靠性。 面对当前电子系统日益复杂化、集成度不断提高的趋势，对半导体器件和封装的长期可靠性进行深入理解和精准预测，已成为确保产品成功上市、规避灾难性失效风险的关键所在。 本书摒弃了单纯的理论推导，而是将重点放在工程实践、物理机制的洞察以及先进的统计分析方法的结合上。它旨在为IC设计工程师、工艺工程师、封装工程师以及系统可靠性分析师提供一套完整、可操作的可靠性评估与提升框架。 第一部分：可靠性基础与失效的物理机制 本部分为全书的理论基石，首先系统梳理了半导体可靠性的基本概念、指标体系（如MTBF、FIT率、寿命分布）以及失效分析的通用流程。重点剖析了集成电路面临的几大类主要的物理失效机制，这些机制是理解后续可靠性加速应力与寿命预测的前提。 1. 热力学驱动的失效： 深入探讨了电迁移（Electromigration, EM）在金属互连线中的行为。从基础的Nabarro-Herring蠕变理论出发，结合Linss-Friedman模型，详述了不同金属层（Cu/Al）在高温和高电流密度下的迁移速率、晶界与晶面效应的影响。特别关注了“小尺寸效应”对EM寿命的颠覆性影响，以及如何通过优化设计版图（如增加焊盘大小、使用冗余路径）进行应对。 2. 介质击穿与栅氧可靠性： 详细解析了TDDB（Time-Dependent Dielectric Breakdown，时滞介电击穿）的物理机制，包括载流子注入模型（Fowler-Nordheim, Direct Tunneling）以及介质缺陷的成长与耗尽过程。本书着重区分了“硬击穿”与“软击穿”，并介绍了监测和预测高压应用中栅氧寿命的工程方法，例如使用“寿命外推因子”（Time to Failure Extrapolation Factor）。 3. 温度依赖性效应与热管理： 阐述了热效应如何加速几乎所有物理失效机制。内容涵盖了半导体器件的热阻抗计算、热源分布的建模，以及热循环（Thermal Cycling）对不同材料界面（如芯片粘合剂、引线键合）的机械应力累积和疲劳失效的影响。 4. 突发性与随机失效： 聚焦于静电放电（ESD）和闩锁（Latch-up）。在ESD方面，不仅介绍其发生机理（如人 HBM、人体模型 CDM），更侧重于保护环的设计策略和器件的耐受度评估。对于闩锁，分析了其触发条件、结构敏感性，并提供了预防性布局和工艺优化手段。 第二部分：面向设计的可靠性分析与预测 本部分转向工程实践，将物理机制与可靠性量化指标相结合，介绍如何将可靠性要求融入到IC设计的流程中。 1. 加速寿命试验设计与执行： 系统介绍了加速应力模型（如阿累尼乌斯模型、逆幂律模型）的建立与应用前提。强调了选择合适的加速因子（温度、电压、湿度）至关重要。详细阐述了IPM（Inverse Power Law Model）在预测高加速应力下的寿命外推中的应用，以及如何通过多应力叠加模型（如C-H模型）来模拟真实工作环境。 2. 封装与互连可靠性： 鉴于现代封装的复杂性（如BGA, Fan-Out Wafer Level Package），本部分着重于热机械应力分析（Thermo-Mechanical Stress Analysis）。利用有限元分析（FEA）工具，评估焊点疲劳、塑封料膨胀系数失配（CTE Mismatch）导致的内部应力集中，并引入CoF法（Cumulative Fatigue Fraction Method）来评估系统级寿命。 3. 可靠性设计规则（RDRs）与设计流程集成： 提供了大量的“从良到优”的设计指南，涵盖了标准单元库的选择、版图的最小设计间距、关键节点的电流密度限制、以及对版图规则检查（DRC）中引入可靠性约束的实践方法。探讨了如何通过“Design for Reliability” (DfR) 方法论，将可靠性验证前置到设计早期阶段。 第三部分：统计工程与质量保证 可靠性本质上是一个统计学问题。本部分侧重于如何利用统计工具处理器件的随机性、过程的波动性以及寿命数据的分散性。 1. 寿命数据的统计描述与拟合： 详细讲解了威布尔分布（Weibull Distribution）在描述早期失效、随机失效和磨损失效中的应用。内容包括参数估计（最大似然法、图解法）、双参数/三参数威布尔分布的区分，以及如何使用其可靠度函数（Reliability Function）和风险率函数（Hazard Function）进行寿命预测。 2. 过程能力与质量保证： 介绍了SPC（Statistical Process Control，统计过程控制）在监控关键工艺参数（如薄膜厚度、掺杂浓度）上的应用，以及如何利用$ ext{C}_{ ext{pk}}$、$ ext{P}_{ ext{pk}}$等指标来量化工艺的稳定性和满足规范的能力。 3. 可靠性建模与预测： 介绍了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）在处理多变量不确定性下的系统级可靠性预测中的强大能力。结合实际案例，展示如何将器件级的失效概率输入到系统级的故障树分析（FTA）或事件树分析（ETA）中，以得出可接受的系统风险水平。 总结 本书的最终目标是构建一座连接微观物理机制、中观设计规则与宏观系统寿命评估的桥梁。它要求读者不仅要理解“为什么会失效”，更重要的是掌握“如何量化失效风险”和“如何系统性地设计出更可靠的芯片”。通过扎实的物理理解和严谨的统计工具，读者将能够应对当前半导体技术节点缩小带来的前所未有的可靠性挑战，确保产品在严苛的工作环境下长期稳定运行。

第１章　绪　论
　　1.1　半导体
　　1.2　半导体 IC 产品的制造流程
　　1.3　基本可靠度观念
　　1.4　产品可用寿命
　　参考文献

第２章　可靠度寿命分布模型
　　2.1　指数分布模型
　　2.2　常态与对数常态分布模型
　　　　2.2.1　常态分布模型
　　　　2.2.2　对数常态分布模型
　　2.3　韦伯分布（Weibull distribution）模型
　　2.4　浴缸曲线（bathtub curve）
　　　　2.4.1　早夭期（infant mortality period）
　　　　2.4.2　有用生命期（useful life period）
　　参考文献

第３章　半导体 IC 元件的基本可靠度问题
　　3.1　介电质的崩溃（dieletric breakdown）
　　3.2　电晶体的不稳定度
　　　　3.2.1　离子污染
　　　　3.2.2　热载子射入
　　　　3.2.3　负偏压温度不稳定度（NBTI）
　　3.3　金属导体的电迁移（electromigra-tion，简称 EM）
　　3.4　静电放电引起的潜藏性伤害
　　3.5　CMOS 寄生双载子电晶体引起的电路闩锁及其伤害
　　3.6　粒子造成的软性错误（soft error）
　　参考文献

第４章　半导体 IC 封装的可靠度问题
　　4.1　封装或晶粒的裂开
　　4.2　金属导线的腐蚀
　　4.3　连接线的脱落
　　4.4　封装主要可靠度问题的表列
　　4.5　封装可靠度测试
　　参考文献

第５章　半导体 IC 产品量产的认证过程
　　5.1　量产前可靠度认证的一般规格
　　5.2　晶粒可靠度认证测试
　　　　5.2.1　元件可靠度认证测试
　　　　5.2.2　产品可靠度认证测试
　　5.3　封装可靠度认证测试
　　5.4　比较严格的车规认证
　　参考文献

第６章　故障分析
　　6.1　故障分析的工具∕技术
　　6.2　电性与物性故障分析
　　6.3　常见的故障模态∕机制
　　6.4　减少故障率的未来方向
　　参考文献

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體IC產品可靠度：統計、物理與工程(2版)》真的不是一般的教科書，它更像是一本百科全書，一本能夠引領你深入探索半導體可靠度世界的指南。我最欣賞的是它在「預防性可靠度」方面的論述，作者強調了在產品設計和製程開發階段就融入可靠度思維的重要性。書中詳細介紹了許多失效模式的預防措施，例如如何透過材料選擇、製程優化、電路設計等方式來降低失效的機率。同時，它也涵蓋了許多先進的可靠度技術，例如晶片級可靠度 (Chip-level Reliability, CLR) 和系統級可靠度 (System-level Reliability, SLR) 的概念，這對於我們在開發複雜的SoC產品時，是極為重要的參考。書中的案例研究也非常貼切，讓我能將書本上的理論知識，與實際的生產製造中所遇到的問題連結起來。總之，這本書的廣度和深度都令人印象深刻，絕對是半導體可靠度領域的必讀經典。

评分☆☆☆☆☆

這本《半导体IC產品可靠度：統計、物理與工程(2版)》真是太讓我驚艷了！身為在半導體產業打滾多年的工程師，我一直覺得可靠度這個主題，雖然重要，但總是很難找到一本能同時兼顧理論深度和實務應用的好書。市面上很多書，要嘛太過學術，讀起來像是天書；要嘛太過實務，卻又缺乏背後的原理支撐，讓人在遇到疑難雜症時，只能靠經驗硬扛。這本書的出現，就像在茫茫書海中找到了一座燈塔。它在統計方法上，從基本的機率分佈到進階的迴歸分析，都講得清晰易懂，並且很貼切地連結到IC產品的失效模型，讓我能更精準地理解數據背後的意義。更重要的是，它沒有停留在紙上談兵，而是深入探討了物理失效機制的原理，像是電遷移、熱應力、介電擊穿等等，這些都是在實際產品開發和製程中經常面臨的挑戰。作者以非常細膩的筆觸，解釋了這些物理現象如何影響IC的壽命，以及如何透過工程手段來預防和改善。讀完後，我感覺自己對可靠度工程的理解，像是被提升到了全新的層次，過去許多模糊的概念，現在都變得豁然開朗。

评分☆☆☆☆☆

我對這本《半導體IC產品可靠度：統計、物理與工程(2版)》的評價，只能說「相見恨晚」！身為一個剛踏入半導體領域的菜鳥，我常常被可靠度的各種術語和理論搞得暈頭轉向。市面上相關的書籍，有些內容太過基礎，無法滿足我在職涯發展上的需求；有些則又過於專業，讓我覺得望而卻步。這本書恰恰填補了這個空缺。它的結構安排非常合理，從基礎的統計學原理開始，逐步深入到半導體特有的物理失效機制，再到實際的工程應用和測試方法，環環相扣，邏輯清晰。尤其是在探討電遷移和熱應力失效的部分，作者提供了非常詳盡的物理模型和數學公式，並且很細心地解釋了每個參數的意義和影響。對於像我這樣的初學者來說，這本書就像是一本「武功秘籍」，它不僅教會我招式，更讓我明白了招式背後的原理，讓我能夠融會貫通，應用自如。我強烈推薦給所有剛進入半導體行業，或者對可靠度有深入了解需求的從業人員。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我一開始拿到這本《半導體IC產品可靠度：統計、物理與工程(2版)》的時候，內心是有點忐忑的。畢竟「可靠度」這個主題，聽起來就不是那麼「有趣」。然而，在翻閱了幾頁之後，我完全改觀了。這本書的作者，非常有才華地將枯燥的數據分析和艱澀的物理理論，變得引人入勝。他用了許多生動的例子，例如從日常用品的損壞，類比到IC的失效，讓複雜的概念變得容易理解。我特別喜歡它在介紹「失效分析」的部分，作者詳細地解釋了各種分析技術，像是SEM、TEM、X-ray等等，以及如何透過這些技術來定位和診斷失效原因。這對於我們在產品發生問題後，進行根本原因分析時，提供了非常有價值的指導。而且，書中對於不同失效機制的物理機理，都做了非常深入的探討，這對於我們理解為什麼會發生失效，以及如何從根本上解決問題，有著莫大的幫助。我認為這本書不僅適合半導體工程師，也適合對科學研究有興趣的讀者。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體IC產品可靠度：統計、物理與工程(2版)》實在是讓我眼睛為之一亮，完全顛覆了我對可靠度這類書籍的刻板印象。以前總覺得這種主題的書，非乾就是澀，大概只能當作工具書偶爾翻翻。沒想到這本書，作者的寫作風格非常流暢，像是跟一位經驗豐富的老師在對話一樣。他擅長將複雜的物理現象，用非常生動的比喻和清晰的圖表來說明，即便是一些比較抽象的統計概念，也能透過實際的例子來幫助讀者理解。我特別喜歡其中關於「加速壽命測試」的部分，作者詳細地闡述了不同加速應力的選擇原則，以及如何解讀測試數據來推估產品的實際壽命，這對於我們在產品驗證階段，需要快速取得可靠度資訊時，非常有幫助。而且，這本書不僅僅是講「怎麼做」，更著重於「為什麼這樣做」。它會引導你去思考，為什麼某種失效模式會發生，以及背後的物理機制是什麼。這種深度的剖析，讓我能夠在遇到實際問題時，不再只是套用公式，而是能從根本上找到解決方案。