集成电路的工作原理及可靠性分析

2019-07-14

探索科学(学术版) 2019年12期

成都信息工程大学通信工程学院四川成都 610225

引言

集成电路是一种体积较小的半导体电子器件或者部件，它是经过氧化、光刻等半导体制造工艺，制作形成的半导体电子器件或部件。集成电路的广泛应用使得我国的电路产业发展迅猛，但是同国外先进的技术相比，还有较大的进步空间。下面将对集成电路的工作原理及种类进行简述，并着重分析集成电路的可靠性以及在未来的发展方向。

1 集成电路的工作原理及分类

1.1 集成电路的工作原理将电路所需电容、电感等元件与布线连接在一起，制作在半导体晶片或者介质基片上，具有电路功能的小型化结构，被称为集成电路。现阶段我国的集成电路都是采用硅作为主板材料，在晶片上利用各种工艺和技术形成半导体，将功能不同的电子元件经过加工和连接组成一种电路模型，形成集成电路。集成电路又被称为半导体集成电路，因为集成电路大多数是利用半导体材料的电子空穴导电进行通电的，通过电流信号的传输完成集成电路的功能输出。目前集成电路中半导体都是经过氧化、光刻、扩散、外延以及蒸铝等工艺形成的，然后再将电阻、电容、二极管等集成元件连接到制作好的半导体上，最终形成半导体集成电路，半导体集成电路有圆、双列直插式等形态，不同类型的集成电路具有不同的电路功能。

1.2 集成电路的分类集成电路按照晶体管的数量可以分为小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、特大规模集成电路(ULSI)和巨大规模集成电路(GSI)；根据制作工艺的不同可以分为膜形式集成电路和半导体形式集成电路；根据结构又分为数字集成电路和模拟集成电路等；根据导电类型又可以分为单极型集成电路和双极型集成电路；集成电路还可以根据外形、用途等进行分类，不同的种类具有不同的特征和功能。

2 集成电路的失效及失效原因

集成电路的失效通常是由于制作工艺、组成元件、设计方面等不合理造成的，主要分为内部失效和外部失效两种形式。内部失效就是在设计制作集成电路的时候，因为制作工艺不精湛，导致形成的半导体材料在功能和导电能力上具有一定的漏洞，最终导致集成电路的失效，随着高新技术不断应用于集成电路的制作中，使得集成电路的制作更加精准和高效，出现工艺上的疏漏现象越来越少；外部失效就是由于封闭集成装置或是内、外部金丝键合时出现的失效，目前我国集成电路行业对封闭工艺和金丝键合工艺的要求不断提升，使得外部失效的情况逐渐增加，所以应该采取有效的改良措施，减少集成电路的失效问题产生。

3 集成电路的可靠性分析

3.1 集成电路失效形式的控制措施集成电路的物理失效模型分为静电放电模型和抗闩锁损伤模型，在集成电路的实际操作中，静电放电失效和抗闩锁失效是集成电路失效的绝大多数形式。集成电路生产商要想提升自身企业的形象和集成电子产品的销量，就要解决集成电路模型的失效问题。生产厂家应该将静电放电的等级与抗闩锁能力作为集成电路元件的生产的指标，有效提高元件的质量，进而提高集成电路的使用寿命。还要对已经制作好的集成电路样品进行检测，避免失效的集成电路流入市场。在对集成电路失效的检查过程中，也具有很多的检查方式，例如对集成电路进行开封前的检查，就是在不拆除集成电路外包装的情况下进行检查，查看集成电路是否具有失效的现象发生，对外观进行仔细地分析，看看电线等装置是否具有明显的损坏，检查焊接连接处是否有断裂现象；还可以利用X射线进行外部的扫描检测，一般有瑕疵的集成电路在X射线扫描后会呈现不一样的影像。如果确认集成电路已经失效，就可以进行进一步的开封检查，利用剥离法将电路外部与芯片进行分离，集中检查内部的各个元件，这种方法虽然很直观，但是却将线路剪断，导致无法进行通电测试，所以还可以利用局部去除法或是全自动法等进行集成电路失效性的检测，对失效的集成电路进行合理地改进措施，保证集成电路的整体质量。

3.2 可靠性对集成电路发展的重要作用集成电路在实际的生产和应用中，都是需要对相关的指标进行检测的，通过真实的检测来判定集成电路的可靠性等级，生产厂家在设计和试生产等过程中都会对集成电路的可靠性进行仔细地分析，使得集成电路的生产能够更加顺畅；而购买集成电路器件的用户也会对集成电路的可靠性进行检测，衡量自身购买该批器件的经济利益。可以说集成电路的可靠性是这个市场发展的重要指标，只有加强集成电路的可靠性能，才能让集成电路行业得到持续稳定的发展。

3.3 具有可靠性的集成电路的未来发展虽然我国的集成电路产业在不断更新，但是相对于很多的发达国家而言，各方面还有不小的差距，所以集成电路产业必须时刻具有创新精神，只有将可靠性作为产业发展的中心，将制作设备和先进的科学技术相结合才能打造一个全新的集成电路产业链。同时，政府相关部门也应该完善制度，给予集成电路产业更大的优惠措施，大力支持集成电路产业的进步和改革。