Reliability and Failure of Electronic Materials and Devices pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Milton Ohring

出品人:

页数:692

译者:

出版时间:1998-6-12

价格:148

装帧:Hardcover

isbn号码:9780125249850

丛书系列:

图书标签:

电子材料
可靠性
失效分析
电子器件
材料科学
半导体
测试与评估
寿命预测
电子封装
质量控制

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具体描述

Suitable as a reference work for reliability professionals or as a text for advanced undergraduate or graduate students, this book introduces the reader to the widely dispersed reliability literature of microelectronic and electronic-optional devices. Reliability and Failure of Electronic Materials and Devices integrates a treatment of chip and packaging level failures within the context of the atomic mechanisms and models used to explain degradation, and the statistical handling of lifetime data. Electromigration, dielectric radiation damage and the mechanical failure of contacts and solder joints are among the failure mechanisms considered. An underlying thread of the book concerns product defects--their relation to yield and reliability, the role they play in failure, and the way they are experimentally exposed.

The reader will gain a deeper physical understanding of failure mechanisms in electronic materials and devices, acquire skills in the mathematical handling of reliability data, and better appreciate future technology trends and the reliability issues they raise.

Key Features

* Discusses reliability and failure on both the chip and packaging levels

* Handles the role of defects in yield and reliability

* Includes a tutorial chapter on the mathematics of reliability

* Focuses on electromigration, dielectric breakdown, hot-electron effects, electrostatic discharge, corrosion, radiation damage and the mechanical failure of packages, contacts, and solder joints

* Considers defect detection methods and failure analysis techniques

现代电子系统可靠性工程：从材料到系统集成本书导读：在当前高度依赖电子技术的时代，任何电子系统的可靠性都直接关乎其商业价值、安全性和用户体验。本书《现代电子系统可靠性工程：从材料到系统集成》旨在提供一个全面、深入且实用的框架，用以理解、预测、分析和提升现代复杂电子产品从基础材料选择到最终系统集成的全生命周期可靠性。本书的关注点是建立一套系统的、跨尺度的可靠性思维和工程方法论，以应对当前电子技术快速迭代带来的新挑战。第一部分：基础理论与失效物理的跨尺度理解本部分为后续所有分析奠定坚实的理论基础，重点探讨了材料科学、半导体物理学与宏观系统可靠性之间的内在联系。第一章：可靠性工程的基本原理与现代需求本章首先梳理了传统可靠性理论（如威布尔分析、指数分布）在面对先进微纳电子技术时的局限性。重点讨论了加速寿命试验（ALT）的设计原则，以及如何将这些试验结果外推至实际使用环境。此外，深入剖析了当前产业对“零缺陷”和“生命周期成本（LCC）”的关注，强调可靠性不再是事后补救，而是设计伊始就必须内置的属性。本章还引入了基于物理的可靠性建模（Physics-of-Failure, PoF）的基本概念，作为弥补纯统计模型的关键工具。第二章：材料本征失效机制的微观解析电子系统的可靠性始于材料。本章聚焦于构成现代电子设备的核心材料，并探讨其在电、热、力、湿作用下的本征失效模式。半导体材料缺陷与电迁移：深入讨论晶圆制造过程中引入的杂质、晶格缺陷如何作为耗尽区或陷阱中心，加速器件的性能退化。重点分析了电迁移（Electromigration, EM）在纳米级互连结构中的行为变化，特别是铜互连的晶界扩散与晶粒内漂移的相对贡献。介电材料的击穿与陷阱效应：探讨高介电常数（High-k）栅极材料、薄膜绝缘层在强电场下的时间依赖性介电击穿（TDDB）机理。分析了界面态密度对阈值电压漂移的影响，并讨论了不同钝化层材料（如氮化硅、氧化铝）在抗湿气渗透和应力缓释方面的差异。封装与互连材料的热机械行为：详细分析了低弹道热膨胀系数（CTE）失配导致的界面应力积累。探讨了铅锡焊料、无铅焊料（SAC系列）的蠕变、疲劳断裂机制，以及在热循环和热机械冲击（TMC）环境下的寿命预测模型。第二部分：关键电子组件的可靠性挑战与分析本部分将理论知识应用于实际的电子组件层面，分析集成电路、被动元件和电力电子设备所面临的特定可靠性瓶颈。第三章：集成电路（IC）的可靠性与设计考量本章着重于芯片级层面的失效分析与预防。静电放电（ESD）与闩锁（Latch-up）防护：阐述了标准I/O电路中保护元件的设计，以及如何通过布局布线来避免过高的瞬态电流密度导致的器件损坏。分析了闩锁效应的结构诱因和抑制策略。热管理与热点效应：探讨了芯片功耗密度与散热路径的关联。介绍热阻（Thermal Resistance）的精确量测与建模，特别是芯片封装（Package）与散热器之间的界面热阻对结温的影响，以及高温操作对半寿命的指数级缩短效应。先进封装技术（如2.5D/3D IC）的可靠性：讨论了硅通孔（TSV）的制造缺陷、介电层完整性以及在堆叠结构中热应力的重新分配问题。第四章：无源元件与电力电子器件的特殊失效模式本章聚焦于那些在功率处理和信号完整性中起关键作用的元件。电容器的可靠性：区分了MLCC（多层陶瓷电容器）、钽电解电容器和薄膜电容器的寿命限制因素。重点分析了MLCC在偏压（DC Bias）下的有效容量衰减、陶瓷基板内部的微裂纹扩展机理。功率半导体（SiC/GaN）的可靠性前沿：鉴于宽禁带半导体在电动汽车和高频通信中的应用激增，本章详细分析了碳化硅（SiC）MOSFET和氮化镓（GaN）HEMTs在高频开关过程中的瞬态过压、栅氧化层退化以及高温下的载流子注入效应。第三部分：系统集成、环境应力与预测方法可靠性工程的最终目标是将组件级的知识转化为对整个系统的预测能力。本部分侧重于环境因素、系统级交互作用和先进的预测技术。第五章：环境应力与加速模型构建本章系统阐述了电子系统在实际工作环境中遭受的各种应力源及其交互作用。湿热效应与吸湿老化：分析水分子在封装材料中的扩散过程，以及在高温高湿（$ ext{H}_{2} ext{O}$）环境下导致的电化学腐蚀和材料水解。介绍了湿气渗透模型（Permeability Models）。振动与冲击的结构完整性分析：针对航空航天、汽车电子，本章详细介绍如何利用有限元分析（FEA）模拟随机振动（Random Vibration）和阶跃冲击载荷，计算关键焊点和PCB层的随机载荷寿命预测（Random Load Fatigue），特别是疲劳累积模型的应用。多因素耦合加速模型：讨论了温度、电压、湿度和机械应力（TVSH）的非线性叠加效应，以及如何构建更贴近现实的多因素加速寿命模型，而非简单的线性叠加。第六章：可靠性数字化与先进预测工具本章展望了利用现代计算技术提升可靠性工程效率的方法。基于大数据的可靠性监控与健康管理（PHM）：探讨了如何集成物联网（IoT）传感器数据，实时监测关键参数（如温度、电压波动、振动频谱）。介绍剩余寿命预测（RUL）算法在状态监测中的应用，特别是如何利用机器学习识别早期退化特征。设计可靠性验证（DRV）流程：强调将设计可靠性评估（DFA）嵌入到EDA流程中的重要性。介绍了容错设计（Fault Tolerance）的基本架构，如冗余、错误校验码（ECC）和故障隔离技术，以实现系统级的高可用性。总结与展望：本书强调，现代电子系统的可靠性是一个跨学科的、多尺度的挑战。从原子级别的缺陷到系统层面的热点管理，每一个环节都需要精确的物理理解和严格的工程控制。本书旨在培养读者构建一个“从设计到报废”的闭环可靠性思维，确保电子产品在不断追求更高性能和更小尺寸的同时，依然能够满足严苛的长期可靠性要求。