通訊是我們日常生活中如此重要的一部份,手機以及其他無線裝置的可靠度已經變得非常關鍵;這似乎一直是軍事與航太裝置的特性,但這類應用已經不再獨佔對高可靠度的要求。

美國通訊零組件廠商Communications & Power Industries (CPI)的Beverly Microwave事業群資深工程專案經理Chandra Gupta,在9月中旬於麻省理工學院林肯實驗室(MIT Lincoln Labs)對來自IEEE Reliability Society波士頓分會(Boston chapter)的成員發表專題演說時表示,工程師們有責任將可靠度納入RF元件的設計與測試之中。

尺寸、重量、功率與成本(Size, weight, power, and cost;SwaP-C)的要求讓可靠的RF元件設計任務變得前所未有的艱難,Gupta表示:「所有東西都變得很薄、很小,但你沒辦法把什麼變不見;更小的尺寸會導致更高的電流密度。」

「一切會因為元件物理學而失敗;」他接著表示,那些設計失敗原因來自於電遷移、熱載子注入效應(hot-carrier injection effects)、腐蝕效應(galvanic effects)、運作溫度過高、晶鬚生長(whisker growth)、靜電放電(ESD)以及過度電性應力(EOS)等:「我們想讓元件能維持長時間使用,」而這都是與電遷移相關的平均故障間隔時間(MTTF),公式如下:

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焊接也會導致缺陷;因為在焊接過程中,來自各個空隙(void,即金屬內部的間隙)之金屬擴散(metals diffuse)可能會增加,更纖薄的打線也會產生空隙。這些問題在wire-to-pad接合過程中發生,導致電路斷開;這是線寬的函數,而現在線寬已經小至0.6毫米。Gupta表示:「在打線寬度為2毫米的時候我們並沒有看過這種空隙問題。」

2.5D與3D封裝,還有低間距球閘陣列(low-pitch ball-grids)也帶來其他問題;Gupta表示,3DIC採用矽穿孔來連結,這會產生潛在的弱點。

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ESD是一個特別棘手的可靠度問題,因為其效應不一定會馬上顯現;元件內來自ESD的電流強度可能不致於燒毀元件,但會導致元件弱化,而這種問題得在元件使用中才看得到,有時還需要一段長時間。EOS問題則得看干擾源的脈衝寬度;Gupta表示在測試元件時會限制EOS脈衝持續10ms,而100ms以上的脈衝可能導致元件燒起來。

除了元件的可靠度,Gupta還對元件的修改以及淘汰提出警告;他舉例指出,元件「升級」或是為了節省成本會影響到零組件的可靠度:「要特別注意採購的元件並管理你的供應鏈。

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編譯:Judith Cheng

(參考原文: RF devices: Reliability is critical,by Martin Rowe)