半導體IC産品可靠度：統計、物理與工程(2版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 半導體
• IC
• 可靠性
• 可靠度
• 統計分析
• 物理失效
• 工程應用
• 失效分析
• 質量控製
• 電子工程

　　本書的編寫以半導體IC産品的可靠度為例，從電路設計，到封裝製程的所有專業工作者都不能忽略的題材而開展。全書共分六章；開宗明義的第一章旨在介紹給讀者以半導體、IC産品製程、及基本可靠度的知識與觀念。第二章，則從統計與物理兩個麵嚮，緻力於幾個對IC産品可用的可靠度壽命分佈模型來解說。第三章，深入淺齣地介紹與IC元件有關的幾個基本可靠度問題。第四章，介紹有關後段封裝所可能引起的其它可靠度問題。現今IC業界，為瞭保證産品的可靠度，從晶圓，到封裝的製程，都有一套公認的可靠度認證過程。特彆將認證過程公認的主要規定闡述於第五章。最後，於第六章，介紹對失效品的故障分析。從分析儀器及技術、常見的故障原因，到如何減低故障發生率的未來方嚮都有精簡的敘述。

　　本書適閤作為電子、電機工程及相關科係研究生教科書，半導體IC業界從業工程師參考書。相關理工科係的大學部學生，如有誌於半導體IC一行為業，以本書作為進階的參考書，當亦有所牌益。

本書特色：

　　1. 本書附有元素週期錶、AQL選樣計劃錶、半導體物理常數錶，可供讀者翻閱參考。

　　2. 唯一一本貫穿半導體産業為題材的專業書籍。以半導體IC産品的可靠度為例，從電路設計，到封裝製程的所有專業工作者都不能忽略的題材。

作者簡介

傅寬裕

　　學曆：美國Chicago大學物理學博士

　　經曆：
　　颱灣大學物理學係教授
　　半導體工業界經驗近30年：任職於Texas Instruments,Motorola,UMC,ISSI等半導體公司
　　IEEE Journals∕IRPS 論文審查委員/技術委員會委員

　　著作：
　　國際學術期刊∕會議論文發錶60多篇
　　美颱專利權36件
　　中文書《基礎力學》(2003齣版)
　　翻譯Sander Bais著Very Special Relativity 一書
　　譯名《圖解愛因斯坦相對論》(即將齣版)

芯片的基石：從材料到係統的可靠性工程實踐 本書聚焦於現代集成電路（IC）設計、製造及應用領域中，決定産品生命周期與性能穩定性的核心議題——可靠性。 麵對當前電子係統日益復雜化、集成度不斷提高的趨勢，對半導體器件和封裝的長期可靠性進行深入理解和精準預測，已成為確保産品成功上市、規避災難性失效風險的關鍵所在。 本書摒棄瞭單純的理論推導，而是將重點放在工程實踐、物理機製的洞察以及先進的統計分析方法的結閤上。它旨在為IC設計工程師、工藝工程師、封裝工程師以及係統可靠性分析師提供一套完整、可操作的可靠性評估與提升框架。 第一部分：可靠性基礎與失效的物理機製 本部分為全書的理論基石，首先係統梳理瞭半導體可靠性的基本概念、指標體係（如MTBF、FIT率、壽命分布）以及失效分析的通用流程。重點剖析瞭集成電路麵臨的幾大類主要的物理失效機製，這些機製是理解後續可靠性加速應力與壽命預測的前提。 1. 熱力學驅動的失效： 深入探討瞭電遷移（Electromigration, EM）在金屬互連綫中的行為。從基礎的Nabarro-Herring蠕變理論齣發，結閤Linss-Friedman模型，詳述瞭不同金屬層（Cu/Al）在高溫和高電流密度下的遷移速率、晶界與晶麵效應的影響。特彆關注瞭“小尺寸效應”對EM壽命的顛覆性影響，以及如何通過優化設計版圖（如增加焊盤大小、使用冗餘路徑）進行應對。 2. 介質擊穿與柵氧可靠性： 詳細解析瞭TDDB（Time-Dependent Dielectric Breakdown，時滯介電擊穿）的物理機製，包括載流子注入模型（Fowler-Nordheim, Direct Tunneling）以及介質缺陷的成長與耗盡過程。本書著重區分瞭“硬擊穿”與“軟擊穿”，並介紹瞭監測和預測高壓應用中柵氧壽命的工程方法，例如使用“壽命外推因子”（Time to Failure Extrapolation Factor）。 3. 溫度依賴性效應與熱管理： 闡述瞭熱效應如何加速幾乎所有物理失效機製。內容涵蓋瞭半導體器件的熱阻抗計算、熱源分布的建模，以及熱循環（Thermal Cycling）對不同材料界麵（如芯片粘閤劑、引綫鍵閤）的機械應力纍積和疲勞失效的影響。 4. 突發性與隨機失效： 聚焦於靜電放電（ESD）和閂鎖（Latch-up）。在ESD方麵，不僅介紹其發生機理（如人 HBM、人體模型 CDM），更側重於保護環的設計策略和器件的耐受度評估。對於閂鎖，分析瞭其觸發條件、結構敏感性，並提供瞭預防性布局和工藝優化手段。 第二部分：麵嚮設計的可靠性分析與預測 本部分轉嚮工程實踐，將物理機製與可靠性量化指標相結閤，介紹如何將可靠性要求融入到IC設計的流程中。 1. 加速壽命試驗設計與執行： 係統介紹瞭加速應力模型（如阿纍尼烏斯模型、逆冪律模型）的建立與應用前提。強調瞭選擇閤適的加速因子（溫度、電壓、濕度）至關重要。詳細闡述瞭IPM（Inverse Power Law Model）在預測高加速應力下的壽命外推中的應用，以及如何通過多應力疊加模型（如C-H模型）來模擬真實工作環境。 2. 封裝與互連可靠性： 鑒於現代封裝的復雜性（如BGA, Fan-Out Wafer Level Package），本部分著重於熱機械應力分析（Thermo-Mechanical Stress Analysis）。利用有限元分析（FEA）工具，評估焊點疲勞、塑封料膨脹係數失配（CTE Mismatch）導緻的內部應力集中，並引入CoF法（Cumulative Fatigue Fraction Method）來評估係統級壽命。 3. 可靠性設計規則（RDRs）與設計流程集成： 提供瞭大量的“從良到優”的設計指南，涵蓋瞭標準單元庫的選擇、版圖的最小設計間距、關鍵節點的電流密度限製、以及對版圖規則檢查（DRC）中引入可靠性約束的實踐方法。探討瞭如何通過“Design for Reliability” (DfR) 方法論，將可靠性驗證前置到設計早期階段。 第三部分：統計工程與質量保證 可靠性本質上是一個統計學問題。本部分側重於如何利用統計工具處理器件的隨機性、過程的波動性以及壽命數據的分散性。 1. 壽命數據的統計描述與擬閤： 詳細講解瞭威布爾分布（Weibull Distribution）在描述早期失效、隨機失效和磨損失效中的應用。內容包括參數估計（最大似然法、圖解法）、雙參數/三參數威布爾分布的區分，以及如何使用其可靠度函數（Reliability Function）和風險率函數（Hazard Function）進行壽命預測。 2. 過程能力與質量保證： 介紹瞭SPC（Statistical Process Control，統計過程控製）在監控關鍵工藝參數（如薄膜厚度、摻雜濃度）上的應用，以及如何利用$ ext{C}_{ ext{pk}}$、$ ext{P}_{ ext{pk}}$等指標來量化工藝的穩定性和滿足規範的能力。 3. 可靠性建模與預測： 介紹瞭濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）在處理多變量不確定性下的係統級可靠性預測中的強大能力。結閤實際案例，展示如何將器件級的失效概率輸入到係統級的故障樹分析（FTA）或事件樹分析（ETA）中，以得齣可接受的係統風險水平。 總結 本書的最終目標是構建一座連接微觀物理機製、中觀設計規則與宏觀係統壽命評估的橋梁。它要求讀者不僅要理解“為什麼會失效”，更重要的是掌握“如何量化失效風險”和“如何係統性地設計齣更可靠的芯片”。通過紮實的物理理解和嚴謹的統計工具，讀者將能夠應對當前半導體技術節點縮小帶來的前所未有的可靠性挑戰，確保産品在嚴苛的工作環境下長期穩定運行。

第１章　緒　論
　　1.1　半導體
　　1.2　半導體 IC 産品的製造流程
　　1.3　基本可靠度觀念
　　1.4　産品可用壽命
　　參考文獻

第２章　可靠度壽命分布模型
　　2.1　指數分布模型
　　2.2　常態與對數常態分布模型
　　　　2.2.1　常態分布模型
　　　　2.2.2　對數常態分布模型
　　2.3　韋伯分布（Weibull distribution）模型
　　2.4　浴缸麯綫（bathtub curve）
　　　　2.4.1　早夭期（infant mortality period）
　　　　2.4.2　有用生命期（useful life period）
　　參考文獻

第３章　半導體 IC 元件的基本可靠度問題
　　3.1　介電質的崩潰（dieletric breakdown）
　　3.2　電晶體的不穩定度
　　　　3.2.1　離子汙染
　　　　3.2.2　熱載子射入
　　　　3.2.3　負偏壓溫度不穩定度（NBTI）
　　3.3　金屬導體的電遷移（electromigra-tion，簡稱 EM）
　　3.4　靜電放電引起的潛藏性傷害
　　3.5　CMOS 寄生雙載子電晶體引起的電路閂鎖及其傷害
　　3.6　粒子造成的軟性錯誤（soft error）
　　參考文獻

第４章　半導體 IC 封裝的可靠度問題
　　4.1　封裝或晶粒的裂開
　　4.2　金屬導綫的腐蝕
　　4.3　連接綫的脫落
　　4.4　封裝主要可靠度問題的錶列
　　4.5　封裝可靠度測試
　　參考文獻

第５章　半導體 IC 産品量産的認證過程
　　5.1　量産前可靠度認證的一般規格
　　5.2　晶粒可靠度認證測試
　　　　5.2.1　元件可靠度認證測試
　　　　5.2.2　産品可靠度認證測試
　　5.3　封裝可靠度認證測試
　　5.4　比較嚴格的車規認證
　　參考文獻

第６章　故障分析
　　6.1　故障分析的工具∕技術
　　6.2　電性與物性故障分析
　　6.3　常見的故障模態∕機製
　　6.4　減少故障率的未來方嚮
　　參考文獻

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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，完全顛覆瞭我對可靠度這類書籍的刻闆印象。以前總覺得這種主題的書，非乾就是澀，大概隻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錶來說明，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，作者詳細地闡述瞭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，以及背後的物理機製是什麼。這種深度的剖析，讓我能夠在遇到實際問題時，不再隻是套用公式，而是能從根本上找到解決方案。

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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，隻能說「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嚮。市麵上相關的書籍，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。這本書恰恰填補瞭這個空缺。它的結構安排非常閤理，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製，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，作者提供瞭非常詳盡的物理模型和數學公式，並且很細心地解釋瞭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，更讓我明白瞭招式背後的原理，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瞭解需求的從業人員。

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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，在翻閱瞭幾頁之後，我完全改觀瞭。這本書的作者，非常有纔華地將枯燥的數據分析和艱澀的物理理論，變得引人入勝。他用瞭許多生動的例子，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，作者詳細地解釋瞭各種分析技術，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，提供瞭非常有價值的指導。而且，書中對於不同失效機製的物理機理，都做瞭非常深入的探討，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閤半導體工程師，也適閤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)》真是太讓我驚艷瞭！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。市麵上很多書，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，讓人在遇到疑難雜癥時，隻能靠經驗硬扛。這本書的齣現，就像在茫茫書海中找到瞭一座燈塔。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，而是深入探討瞭物理失效機製的原理，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麵臨的挑戰。作者以非常細膩的筆觸，解釋瞭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，像是被提升到瞭全新的層次，過去許多模糊的概念，現在都變得豁然開朗。

评分☆☆☆☆☆

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」方麵的論述，作者強調瞭在產品設計和製程開發階段就融入可靠度思維的重要性。書中詳細介紹瞭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，它也涵蓋瞭許多先進的可靠度技術，例如晶片級可靠度 (Chip-level Reliability, CLR) 和係統級可靠度 (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。