塑封微电路老炼过程热稳定方法研究

老炼是元器件可靠性评估的重要方法。由于半导体工艺和集成度不断提高导致器件漏电流及漏功耗的急剧增加，以及最新工艺导致芯片间的参数差异大等原因，老炼时PEM（塑封微电路）可能会出现高结温及热失控现象，导致不能有效剔除早期失效且还可能会引入潜在失效。而且，随着工艺及集成度进一步增加，这个问题会更加突出。从查阅的资料看，国内目前还没有相关深入研究，国外总体来讲也只处于探索阶段。. .针对上述问题，本申请拟提出PEM老炼过程精确热稳定性控制方法，对热控制相关各影响因素的作用边界和相互作用规律进行深入研究，建立相应的自适应预测模型，并进行试验验证。提出老炼过程热稳定控制方法，实现芯片温度高稳态精度和对温度变化快速的响应能力。除了满足高可靠领域应用，使进一步提高老炼温度，缩短老炼时间成为可能，提高产业界生产效率。该研究对器件长寿命工作在军事、航空航天及植入医疗等高可靠领域具有重要意义。

课题组依据国家自然科学基金申请书内容开展年度工作安排，已完成研究计划内容。在对PEM老炼过程热稳定方法研究中，课题组通过仿真和试验两种手段对热温度控制相关影响因素和相互作用规律进行深入探讨，并建立相应的自适应预测模型，实现PEM老炼温度高稳态精度和对温度变化快速的响应。在本课题研究中，课题组关注芯片温度差异对元器件老炼质量的影响，提出PEM老炼时等效热阻的获取方法及板级试验验证；结合老炼过程热失控及热控制方法的调研，提出增加散热器和加热器模块以改变等效热阻的温度闭环独立温控方案，软件仿真并试验验证各参数有效调节范围以及参数调节量之间不同参数匹配时老炼热失控的范围，建立了调节参数和芯片温度间的仿真模型；在对PEM老炼精确热稳定控制方法上，通过对比传统PID算法、改进PID算法控制效果，提出模糊自适应PID控制策略，实现了PEM老炼过程温度的精确控制，系统稳态精度达到±0.5℃，动态响应时间3分钟；提出了大规模集成电路在老炼过程中的黑盒结温获取方法，并实现老炼过程温度的精确闭环控制；基于SPICE软件，建立了老炼系统的仿真模型，并验证了模型和控制方法的有效性；结合可靠性相关工作需求，增加了国产和进口钽电容质量对比的研究，以及钽电容反压特性的可靠性研究。课题组开展的PEM老炼过程热稳定方法的研究，使得进一步提高老炼温度，缩短老炼时间成为可能，提高产业界生产效率，对器件长寿命工作在军事、航空航天及植入医疗等高可靠领域具有重要意义。