CN111351697A - 一种键合金丝可靠性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种键合金丝可靠性评价方法，4组样品，其中1组做键合强度试验，其余3组先温度循环加速寿命试验，再进行键合强度试验，得出3组器件的敏感参数，每组敏感参数均利用退化轨迹模型进行拟合，得出每组器件的退化轨迹模型，然后外推各个器件的伪寿命，各器件的伪寿命利用寿命分布图示法进行分析，从而得到加速应力试验下试验器件的寿命分布函数，利用寿命分布函数计算器件平均寿命，平均寿命代入温度循环应力加速模型得出模型参数，利用模型参数可计算出加速因子，再用寿命分布函数和加速因子，通过加速因子与加速应力条件下的平均寿命，可算出器件正常应力条件下的平均寿命，此数值可直观评价键合金丝的可靠性。

Description

一种键合金丝可靠性评价方法
技术领域
本发明属于半导体工艺材料可靠性评估技术领域，具体涉及一种键合金丝可靠性评价方法。
背景技术
现在产品都需要进行可靠性试验，提高产品的可靠性，进行加速寿命试验是评估方法之一。加速寿命试验只对元器件、材料和工艺方法进行，用于确定元器件、材料及生产工艺的寿命。其目的不是暴露缺陷，而是在不改变产品失效机理的前提下，通过提高对产品所施加的应力水平来加速产品性能的退化，收集产品在较高应力条件下性能参数的退化数据，分析得到产品在正常工作应力条件下的可靠性信息(寿命/失效率)。
然而目前只有针对半导体集成电路成品的加速寿命评价方法，键合金丝作是半导体集成电路成品中的关键工艺材料，因此设计一种键合金丝的可靠性评价方法，用来判定键金合丝的可靠性是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种键合金丝可靠性评价方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
1、一种键合金丝可靠性评价方法，包括以下步骤：
1)抽取至少200只合格器件样品，对每只器件进行编号，将抽取的待测器件随机分为4组，每组至少50只器件；
2)随机抽取1组作为对照组，并对其进行键合强度试验，记录该组键合强度数据；
3)其余3组器件先进行温度循环加速寿命试验，后进行键合强度试验，得出每组的键合强度数据为该组敏感参数；
4)将3组器件的敏感参数，均用至少四类退化轨迹模型函数进行拟合，确定拟合程度最高的即为该组器件敏感参数的退化轨迹模型；
5)根据步骤4)得到的敏感参数退化轨迹模型，结合GJB548B-2005方法2011.1范围内器件的失效阀值，外推得到每个器件的伪寿命；
6)将步骤5)的各器件的伪寿命利用寿命分布图示法进行分析，确定器件敏感参数伪寿命的统计分布类型，然后采用极大似然法对寿命分布函数的参数进行拟合，从而得到加速应力试验下试验器件的寿命分布函数；
7)根据步骤6)得到的寿命分布函数，计算试验器件在加速应力试验下的平均寿命；
8)根据步骤7)得到的平均寿命计算温度循环应力加速模型的模型参数和加速因子；
9)通过步骤8)得出的加速因子与步骤7)得出的加速应力条件下的平均寿命，计算出器件正常温度循环应力条件时的平均寿命，通过此平均寿命值评价键合金丝的可靠性。
进一步地，所有键合强度试验均依据GJB548B-2005方法2011.1进行，试验环境温度为25±3℃，湿度为45％RH～80％RH。
进一步地，步骤3)中的温度循环加速寿命试验，温度循环应力为-55℃～125℃，总循环次数为500次。
进一步地，步骤4)中的四类退化轨迹模型函数分别为线性函数、幂函数、指数函数和对数函数，拟合后，用误差平方和以及相关系数的平方这两个指标来评价各个函数的拟合优度，误差平方和取值越接近0，相关系数的平方取值越接近1就表示拟合度越高，拟合度最高的即为该组退化轨迹模型。
进一步地，步骤6)中所述统计分布类型为指数、正态、对数正态和威布尔分布，代入伪寿命数据后，仿真判断最优拟合分布，从而得到器件寿命的统计分布函数表达式f(x,λ)＝λe-λx，x≥0，x指代器件的失效时间，e是自然常数。
进一步地，将器件的平均寿命代入温度循环应力加速模型中，采用图示法，Nf＝C0(ΔT)-q，在上式方程式两端取对数，可以得到温度循环次数的对数与温度应变范围对数关系的线性方程：
ln(Nf)＝-q·ln(ΔT)+ln(C0)
其中，直线的直线的斜率即为-q，直线的截距为ln(C0)，以此计算出温度循环应力加速模型的模型参数ΔT的数值，通过ΔT计算出加速因子为：
Figure BDA0002423649600000031
进一步地，采用最高温度循环加速应力条件下的平均寿命乘以加速因子，得出器件在正常温度循环应力条件时的平均寿命。
综上所述，本发明的有益效果是：
1、本发明方法直接针对键合金丝进行加速寿命试验，直接得到键合金丝的可靠性试验数据，方便直观评价其质量和可靠性水平。
2、本发明利用温度循环应力加速模型推算的器件平均寿命，得到该类器件正常应力下的平均寿命，为后续该类工艺材料温度循环应力加速寿命试验后的寿命评估提供参考依据。
3、本发明方法可有效适用于该类工艺材料的可靠性评价需求，并为其他半导体工艺材料的可靠性评价提供参考依据。
附图说明
图1是本发明中一种键合金丝可靠性评价方法的工艺流程图。
图2是本发明中温度循环应力加速模型的模型参数示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种键合金丝可靠性评价方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用同一工艺标准制作出一批统一规格的器件样品，随机抽取≥200只合格器件作为试验对象，并对每只器件进行编号。将抽取的待测器件随机分为4组，每组至少50只器件。
步骤S2：随机抽取1组作为对照组，并对其进行键合强度试验，记录该组键合强度数据。键合强度试验依据GJB548B-2005方法2011.1进行，该方法为：在温度为25±3℃、湿度为45％RH～80％RH环境下，将器件固定在键合拉力平台上，利用键合拉力机上的软件程序，进行键合强度试验，完成后导出试验结果，即为器件的键合强度数据，对照组的数据是用作评判其他3组实验数据是否有较大异常的基础。
步骤S3：对其余3组器件进行温度循环加速寿命试验，该试验在温度循环应力-55℃～125℃下进行，总共循环500次。然后依据GJB548B-2005方法2011.1，对3组器件再进行键合强度试验。完成试验后，将每组的键合强度数据确定为该组的敏感参数。
步骤S4：用步骤S3中的3组器件的敏感参数作为实验数据，每组试验数据均代入线性函数模型、幂函数模型、指数函数模型和对数函数模型中，并进行拟合，且用误差平方和(SSE)和相关系数的平方(R2)这两个指标来评价各个模型的拟合优度。误差平方和(SSE)取值越接近0，相关系数的平方(R2)取值越接近1就代表拟合度越高，拟合度最高的即为该组的退化轨迹模型。
步骤S5：结合步骤S4中的3个退化轨迹模型，以及GJB548B-2005方法2011.1范围内器件的失效阀值，外推至失效阀值处的时间为每个器件的伪寿命。
步骤S6：每个器件的伪寿命数据均进行指数、正态、对数正态和威布尔分布检验，仿真判断最优拟合分布，从而得到器件寿命的统计分布函数表达式f(x,λ)＝λe-λx。例如，如果器件的失效时间服从参数为λ的指数分布，其密度函数为f(x,λ)＝λe-λx,x≥0，其中，x指代器件的失效时间，e是自然常数。
步骤S7：根据步骤S6所得的寿命分布函数，计算3组器件在加速应力试验下的平均寿命。采用极大似然法对寿命分布函数的参数进行拟合，得出正常应力退化试验，以及加速应力退化试验下器件的寿命分布函数均为
Figure BDA0002423649600000051
(器件的平均寿命的极大似然估计＝1/模型分布参数＝器件的平均失效时间)。具体如下：
由步骤S5中得到的n个器件(n≥20)的失效时间(器件的失效时间即为器件寿命)分别为x1、x2、…、xn，对λ及平均寿命的极大似然函数为：
Figure BDA0002423649600000052
解似然方程得：
Figure BDA0002423649600000053
为模型分布参数；
根据极大似然估计的不变原则，器件的平均寿命的极大似然估计为：
Figure BDA0002423649600000061
步骤S8：将器件的平均寿命代入温度循环应力加速模型(Coffin-Manson模型)中，采用图示法，
Nf＝C0(ΔT)-q
根据以上方程，在方程式两端取对数，可以得到温度循环次数的对数与温度应变范围对数关系的线性方程：
ln(Nf)＝-q·ln(ΔT)+ln(C0)
其中，如上式及图2所示，图2中直线的斜率即为-q，直线的截距为ln(C0)，以此计算出温度循环应力加速模型的模型参数ΔT，通过ΔT计算出加速因子为：
Figure BDA0002423649600000062
(9)采用最高温度循环加速应力条件下的平均寿命乘以加速因子，得出器件在正常温度循环应力条件时的平均寿命，通过得出的平均寿命值评价键合金丝的可靠性。当平均寿命值越大，键合金丝的可靠性越高，做到准确评估键合金丝可靠性，方便直观的评价键合金丝质量的优劣。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种键合金丝可靠性评价方法，包括以下步骤：
1)抽取至少200只合格器件样品，对每只器件进行编号，将抽取的待测器件随机分为4组，每组至少50只器件；
2)随机抽取1组作为对照组，并对其进行键合强度试验，记录该组键合强度数据；
3)其余3组器件先进行温度循环加速寿命试验，后进行键合强度试验，得出每组的键合强度数据为该组敏感参数；
4)将3组器件的敏感参数，均用至少四类退化轨迹模型函数进行拟合，确定拟合程度最高的即为该组器件敏感参数的退化轨迹模型；
5)根据步骤4)得到的敏感参数退化轨迹模型，结合GJB548B-2005方法2011.1范围内器件的失效阀值，外推得到每个器件的伪寿命；
6)将步骤5)的各器件的伪寿命利用寿命分布图示法进行分析，确定器件敏感参数伪寿命的统计分布类型，然后采用极大似然法对寿命分布函数的参数进行拟合，从而得到加速应力试验下试验器件的寿命分布函数；
7)根据步骤6)得到的寿命分布函数，计算试验器件在加速应力试验下的平均寿命；
8)根据步骤7)得到的平均寿命计算温度循环应力加速模型的模型参数和加速因子；
9)通过步骤8)得出的加速因子与步骤7)得出的加速应力条件下的平均寿命，计算出器件正常温度循环应力条件时的平均寿命，通过此平均寿命值评价键合金丝的可靠性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所有键合强度试验均依据GJB548B-2005方法2011.1进行，试验环境温度为25±3℃，湿度为45％RH～80％RH。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中的温度循环加速寿命试验，温度循环应力为-55℃～125℃，总循环次数为500次。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中的四类退化轨迹模型函数分别为线性函数、幂函数、指数函数和对数函数，拟合后，用误差平方和以及相关系数的平方这两个指标来评价各个函数的拟合优度，误差平方和取值越接近0，相关系数的平方取值越接近1就表示拟合度越高，拟合度最高的即为该组退化轨迹模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤6)中所述统计分布类型为指数、正态、对数正态和威布尔分布，代入伪寿命数据后，仿真判断最优拟合分布，从而得到器件寿命的统计分布函数表达式f(x,λ)＝λe-λx，x≥0，x指代器件的失效时间，e是自然常数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：根据步骤6)所得的寿命分布函数，计算3组器件在加速应力试验下的平均寿命，采用极大似然法对寿命分布函数的参数进行拟合，得出正常应力退化试验，以及加速应力退化试验下器件的寿命分布函数均为
Figure FDA0002423649590000021
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将器件的平均寿命代入温度循环应力加速模型中，采用图示法，Nf＝C0(ΔT)-q，在上式方程式两端取对数，可以得到温度循环次数的对数与温度应变范围对数关系的线性方程：
ln(Nf)＝-q·ln(ΔT)+ln(C0)
其中，直线的直线的斜率即为-q，直线的截距为ln(C0)，以此计算出温度循环应力加速模型的模型参数ΔT的数值，通过ΔT计算出加速因子为：
Figure FDA0002423649590000031
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：采用最高温度循环加速应力条件下的平均寿命乘以加速因子，得出器件在正常温度循环应力条件时的平均寿命。
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