Die Zuverlässigkeit von Elektronik- und Mikrosystemen und ihr Zusammenhang mit Physik, Chemie und Metallkunde: mit 21 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Renningen
expert-Verl.
2003
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DIE ZUVERLAESSIGKEIT VON ELEKTRONIK- UND MIKROSYSTEMEN UND IHR
ZUSAMMENHANG MIT PHYSIK, CHEMIE UND METALLKUNDE PROF. EM. DR. SC. TECHN.
HANS EIGLER MIT 65 BILDERN UND 21 TABELLEN INHALTSVERZEICHNIS VORWORT
FORMELZEICHEN, ABKUERZUNGEN, AKRONYME I HAUPTMERKMALE DER ZUVERLAESSIGKEIT
DER MIKRO- UND SUBMIKROMETERTECHNIK 1 1.1 ENTWICKLUNG DER
ZUVERLAESSIGKEITSARBEIT, STAND UND TENDENZEN 1 1.1.1 QUALITAET UND
ZUVERLAESSIGKEIT 1 1.1.2 UNZUVERLAESSIGKEIT 2 1.1.3 KONZEPTE DER
ZUVERLAESSIGKEITSARBEIT 3 1.2 EVOLUTION DER TECHNOLOGIE UND DER
ERZEUGNISQUALITAET 5 1.2.1 INTEGRIERTE SCHALTKREISE 5 1.2.2 MIKROMECHANIK
UND MIKROSYSTEME 12 1.3 ZUKUNFT DER INTEGRATION 15 1.3.1 GRENZEN DER
MIKROELEKTRONIK 15 1.3.2 NANOTECHNOLOGIE 17 1.4 SICHERUNG UND ERHOEHUNG
DER ZUVERLAESSIGKEIT 24 1.5 WAHRSCHEINLICHKEITSMODELLE DER
ZUVERLAESSIGKEIT 29 1.6 AUSFALLRATEN, AUSFALLARTEN, AUSFALLURSACHEN 33
1.6.1 DIE AUSFALLRATE 33 1.6.2 KLASSIFIZIERUNG DER AUSFAELLE, ARTEN UND
URSACHEN 40 1.6.3 ERGAENZUNGEN UND ERSTE SCHLUSSFOLGERUNGEN 46 II
PHYSIKALISCHE UND STATISTISCHE UNTERSUCHUNGEN DER ZUVERLAESSIGKEIT 57 2.1
DIAGNOSE UND FEHLERMECHANISMEN 57 2.1.1 ALLGEMEINER ABLAUF EINFACHER
UNTERSUCHUNGEN ZUR FEHLERFESTSTELLUNG IN INTEGRIERTEN SCHALTUNGEN 57
2.1.2 SIMULATION VON AUSFALLBEDINGUNGEN 58 2.1.3 FESTSTELLUNG
INTRINSISCHER DEFEKTE, DIE DURCH MATERIAL UND TECHNO- LOGISCHE PROZESSE
HERVORGERUFEN WERDEN 59 2.1.4 OXIDATION, PASSIVIERUNG, METALLISIERUNG 61
2.1.5 MATERIALEIGENSCHAFTEN 63 2.2 ZUVERLAESSIGKEITSPROGNOSE,
MODELLIERUNG DER AUSFALLMECHANISMEN 65 2.2.1 EINSCHAETZUNG 65 2.2.2
PROGNOSE STOCHASTISCHER PROZESSE 68 2.2.3 PROGNOSEPROBLEME UND ZEITPUNKT
DER PROGNOSE 69 2.2.4 MATHEMATISCHE PROGNOSEMETHODEN 70 2.2.5 PHYSIK UND
ZUVERLAESSIGKEIT 73 2.2.6 PHYSIK UND STATISTIK, WIRTSCHAFTLICHKEIT 74
2.2.7 QUALITAETSSTEUERUNG UND ZUVERLAESSIGKEIT 76 2.2.8 EIN PHYSIKALISCHES
ZUVERLAESSIGKEITSMODELL FUER DIE MIKROTECHNNK 79 2.2.9 BEISPIELE FUER
FEHLENMECHANISMEN AUS DER ALLGEMEINEN TECHNOLOGIE DER PLANARTECHNIK 89
2.2.9.1 DER KIRKENDALL-EFFEKT 89 2.2.9.2 DIFFUSION IN MEHREREN PHASEN
UND BILDUNG INTERMETALLISCHER VERBINDUNGEN 90 2.2.9.3 VOLUMENDIFFUSION
VON GOLD IN FESTKOERPERSCHALTKREISEN 94 2.2.9.4 OXIDATION METALLISCHER
LEITBAHNEN UND RESISTIVER SCHICHTEN 95 2.2.9.5 DEGRADATION INTEGRIERTER
SCHALTUNGEN DURCH ELEKTROCHEMISCHE KORROSION 95 2.2.9.6 KURZSCHLUSS
ZWISCHEN LEITBAHNEN ODER BEI DEN ELEKTRODEN VON KONDENSATOREN 97 2.2.9.7
ELEKTROMIGRATION 98 2.2.9.8 VERUNREINIGUNG DES HALBLEITERKRISTALLS DURCH
IONEN 99 2.2.10 METRISCHE (PARAMETRISCHE) ZUVERLAESSIGKEITSMODELLE FUER
MIKRO- TECHNISCHE SCHALTUNGEN UND FUNKTIONSELEMENTE 105 III FUNKTIONALE
SCHICHTEN UND PASSIVE SCHALTUNGSELEMENTE 107 3.1 GRENZFLAECHEN UND DUENNE
SCHICHTEN 107 3.2 RESISTIVE SCHICHTEN, WIDERSTAENDE 107 3.2.1 UEBERBLICK
107 3.2.2 PHYSIK RESISTIVER SCHICHTEN, KURZER UEBERBLICK 110 3.2.3
ZUVERLAESSIGKEIT VON DUENNSCHICHTWIDERSTAENDEN 115 3.2.3.1 UEBERBLICK 115
3.2.3.2 DEGRADATIONSPROZESSE IN DUENNEN SCHICHTEN 116 3.2.3.3 KINETIK DER
CHEMISCHEN UND ELEKTROCHEMISCHEN KORROSION 119 3.3 KAPAZITAETEN 122 3.3.1
UEBERBLICK 122 3.3.2 ZUVERLAESSIGKEIT KAPAZITIVER SCHALTUNGSELEMENTE 124
3.3.2.1 AUSFALLURSACHEN UND ZUVERLAESSIGKEITSPARAMETER 124 3.3.2.2
UNTERSUCHUNG DER DEGRADATION 126 3.4 METALLISIERUNG 137 3.4.1 DAS
LEITBAHNSYSTEM 137 3.4.1.1 ALLGEMEINE KENNZEICHNUNG, HERSTELLUNG 137
3.4.1.2 DIE STRUKTUR KONDENSIERTER ELEKTRISCH LEITENDER SCHICHTEN 141
3.4.1.3 ZUVERLAESSIGKEIT VON LEITBAHNSYSTEMEN 141 3.4.1.4 AUSFAELLE DURCH
ELEKTROMIGRATION 142 3.4.1.5 SPANNUNGSINDUZIERTE DEGRADATION 148 3.4.1.6
KOMBINATION DER MIGRATIONSMECHANISMEN 151 3.4.1.7 EINFACHES LISTENMODELL
DER MIGRATION 153 IV STEUERBARE SCHALTUNGSELEMENTE INTEGRIERTER
SCHALTUNGEN 155 4.1 UEBERBLICK UEBER STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN 155 4.2
BIPOLARE SILIZIUM-SCHALTUNGSELEMENTE 164 4.2.1 DIE BAUELEMENTE UND DIE
AUSFALLMECHANISMEN 154 4.2.2 SOFORTAUSFAELLE VON PN-UEBERGAENGEN UND
TRANSISTOREN, DURCHBRUCHMECHANISMEN 166 4.2.2.1 KURZSCHLUSS 166 4.2.2.2
ELEKTRISCHER DURCHBRUCH DES PN-UEBERGANGS 166 4.2.3 SOFORTAUSFAELLE VON
TRANSISTOREN DURCH OXIDDEFEKTE 171 4.2.4 DRIFTAUSFAELLE BEI PN-UEBERGAENGEN
UND TRANSISTOREN 175 4.2.4.1 KENNDATEN FUER LEBENSDAUERUNTERSUCHUNGEN 175
4.2.4.2 SAETTIGUNGSSTROM UND REKOMBINATION IM PN-UEBERGANG 177 4.2.4.3
EINFLUSS DER SI-OBERFLAECHE UND DER GRENZE SI-SIO 2 AUF EINEN PN-UEBERGANG
179 4.2.4.4 DER EINFLUSS DER OBERFLAECHE AUF DIE STROMVERSTAERKUNG EINES N
+ PN-TRANSISTORS 187 4.2.4.5 INSTABILITAET DER OXIDLADUNG UND
VERSCHIEDENE WIRKUNG VON IONEN AUF DIE DEGRADATION 188 4.3
FELDEFFEKTTRANSISTOREN MIT ISOLIERTEM GATE 194 4.3.1 BAUELEMENTE,
AUSFALLARTEN UND AUSFALLMECHANISMEN 194 4.3.1.1 UEBERBLICK 194 4.3.1.2
BESCHRAENKUNGEN 195 4.3.1.3 GRENZWERTE FUER UDO, DAS PRODUKT (D OX L D ),
E M 198 4.3.1.4 AUSFALLARTEN 200 4.3.2 TOTALAUSFAELLE, DURCHBRUCH DES
GATE-DIELEKTRIKUMS 203 4.3.2.1 ELEKTRISCHE UEBERLASTUNG BEI ANLIEGEN
EINER AEUSSEREN SPANNUNG, URSACHEN, WIRKUNGEN, VORKEHRUNGEN 203 4.3.2.2
ELEKTROSTATISCHE ENTLADUNG, URSACHEN, WIRKUNGEN, VORKEHRUNGEN 206
4.3.2.3 DEGRADATION UND ZEITABHAENGIGER DURCHBRUCH DES GATEOXIDS 208
4.3.3 DEGRADATION UND DRIFTAUSFAELLE DURCH LADUNGSEFFEKTE UND
LONENWANDERUNG 214 4.3.3.1 LADUNGSEINFANG DURCH GRENZFLAECHENZUSTAENDE
(SLOW TRAPPING) 214 4.3.3.2 DEGRADATION DURCH HEISSE LADUNGSTRAEGER 216
4.3.3.3 SECONDARY SLOW TRAPPING 223 4.3.3.4 LONENWANDERUNG AUF EINER
ISOLATORFLAECHE 223 4.4 GAAS-TRANSISTOREN UND ANDERE
HOCHGESCHWINDIGKEITSBAUELEMENTE. 226 4.4.1 UEBERSICHT 226 4.4.2
ZUVERLAESSIGKEIT VON HETEROBIPOLARTRANSISTOREN 228 4.4.3
LANGZEITSTABILITAET VON PHEMTS 230 V MECHANISCHE ZUVERLAESSIGKEIT
ELEKTRONISCHER BAUELEMENTE 235 5.1 DIE BETRIEBSFESTIGKEIT 235 5.2
SCHEIBENPROZESSE, AUFBAU- UND VERBINDUNGSTECHNIK 236 5.2.1 ENTSTEHEN VON
SPANNUNGEN UND DEFEKTEN BEIM SCHEIBENPROZESS 236 5.2.2 CHIPBONDEN 237
5.2.2.1 BEGRIFFE 237 5.2.2.2 MONTAGE DES CHIPS AUF EINE BONDFLAECHE,
KURZER ABRISS 237 5.2.3 ELEKTRISCHE ZWISCHENVERBINDUNGEN ZUM CHIP 240
5.2.3.1 SIMULTANBONDEN, KURZER ABRISS 240 5.2.3.2 PRESSSCHWEISSEN 244 5.2.4
VERSCHLIESSEN ELEKTRONISCHER BAUELEMENTE, UEBERSICHT 258 5.3 SPANNUNGEN
UND VERZERRUNGEN IN SCHICHTEN 260 5.4 ZUVERLAESSIGKEIT DER VERBINDUNGS-
UND AUFBAUTECHNIK 261 5.4.1 CHIPBONDEN, KRISTALLFESTIGKEIT,
KRISTALLBRUCH 261 5.4.2 ZWISCHENVERBINDUNGEN 261 5.4.2.1 FESTIGKEIT DER
BONDDRAEHTE 261 5.4.2.2 ZUVERLAESSIGKEIT BEIM SIMULTANBONDEN 264 5.4.3
FEHLER UND FEHLERMECHANISMEN BEI HERMETISCHEN UND NICHTHERMETISCHEN
GEHAEUSEN 267 5.4.3.1 VERGLEICH ZWISCHEN DER ZUVERLAESSIGKEIT VON KERAMIK-
UND PLASTGEHAEUSEN 267 5.4.3.2 FESTIGKEIT, FESTIGKEITSVERTEILUNG 269
5.4.3.2 RISSBILDUNG, GEHAEUSEBRUCH 270 5.4.3.3 ZUSAMMENHALT, ENTSCHICHTEN,
DEPOLIMERISATION 271 5.4.3.4 LEBENSDAUER BEI ZYKLISCHER
TEMPERATURBELASTUNG 272 VI SCHALTKREISZUVERLAESSIGKEIT 277 6.1 TREND 277
6.2 EIN EINFACHES QUANTITATIVES MODELLBEISPIEL 277 VII ZUVERLAESSIGKEIT
AUSGEWAEHLTER OPTISCHER BAUELEMENTE FUER UEBERTRAGUNGSSYSTEME 281 7.1 LASER
281 7.1.1 UEBERBLICK 281 7.1.2 DEGRADATION UND TOTALAUSFAELLE 283 7.1.2.1
KLASSIFIZIERUNG 383 7.1.2.2 DEGRADATION DER WERKSTOFFE 283 7.1.2.3
KORRELATION ZWISCHEN DEGRADATION DU KENNDATEN 284 7.1.2.4 ERGAENZUNGEN
288 7.2 PHOTODIODEN 289 7.3 DEGRADATION OPTISCHER FASERN AUS QUARZGLAS
289 7.3.1 ALLGEMEINE URSACHEN 289 7.3.2 WIDERSTANDSFAEHIGKEIT OPTISCHER
FASERN AUS QUARZGLAS 290 7.3.3 DEFEKTE IN GLASFOERMIGEM SIO 2 (V-SIO 2 ),
QUARZGLAS 291 7.3.3.1 FEHLSTELLEN, PUNKTDEFEKTE, UEBERBLICK UEBER DIE
ENTSTEHUNG 291 7.3.3.2 UEBERBLICK UEBER ZENTREN UND NETZWERKDEFEKTE 292
7.3.3.3 EINFLUSS VON NETZWERKDEFEKTEN UND EIGENFEHLSTELLEN AUF DIE
QUALITAET OPTISCHER FASERN AUS QUARZGLAS 293 VIII ZUVERLAESSIGKEIT IN DER
MIKROMECHANIK 297 8.1 UEBERBLICK UEBER STAND UND KONZEPTIONEN 297 8.1.1
BEHANDLUNG KLEINER STRUKTUREN ALS MAKROSYSTEME 297 8.1.2 KRITIK DER
KLASSISCHEN KONZEPTION DER BRUCHMECHANIK 299 8.2 MESOSKOPISCHE MODELLE
299 8.2.1 RISSWACHSTUM, ENERGETISCHE METHODE 299 8.2.2 EIN MOEGLICHER
MECHANISMUS DES FEINVERSCHLEISSES 304 IX DER TREND ZU KLEINEREN
ABMESSUNGEN UND DIE ZUVERLAESSIGKEIT 307 9.1 SUBMIKROMETER/NANOTECHNIK
UND FEHLERANALYSE 307 9.2 ELEKTRONENDICHTE UND KRISTALLEIGENSCHAFTEN 310
ANHANG 319 I DIE VERTEILUNGSDICHTE UND DIE PARAMETER DER
NORMALVERTEILUNG 319 II BERECHNUNG DER FUNKTIONEN DER PARAMETRISCHEN
ZUVERLAESSIGKEIT FP(R),/J (R), MF) FUER VERSCHIEDENE X(F) 320
LITERATURVERZEICHNIS 323 GLOSSAR 355 SACHWORTVERZEICHNIS 369 |
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