human,谁杀死了芯片?,桂林山水

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摘要: 谁杀死了芯片?...

从草图到产品,“半导体器材在制作前后往往面对许多损害,这将导致它们过早失效”。“芯片的作业环境恶劣,半导体职业现已学会了怎么应对这些应战。但跟着制作尺度越来越小或选用了新的封装技能,新的问题随之呈现。”规划、制作、静电处理、相关问题、操作……许多细节都是导致芯片毛病的首恶,本文就将详细介绍导致芯片之死的五大原因。

作者丫鬟阿福 |BRI鹿眠灵AN BAILEYhuman,谁杀死了芯片?,桂林山水

译者 | 苏本如

责编 | 仲培艺

出品 | CSDN(ID:CSDNNews)

以下为译文:

半导体器材包括数亿个晶体管,它们在极点温度和恶劣环境下作业,因而,许多器材未能如预期那样作业或寿数有限,这并不古怪。有些器human,谁杀死了芯片?,桂林山水件永久无法走出实验室,还有许多器材则死于车间。人们期望发布到产品中的大多数器材在过期之前都能存活下来,但许多作业都或许发作,让它们无法走到那一步。即便是运转正常的器材也会受损,导致它们不能发作正确的成果。

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器材失利及其原因能够列出一大长串。但它们一般分为几个类别,详细如下。

死于规划

Mentor/Wilson 的功用验证研究成果指出,2018 年 ASIC 芯片的一次投片成功率只需 26%,这个值低于之前的研究成果。成功率低的部分原因是新的工艺节点引起了一些没有彻底了解的问题。在此之前,现已存在了一段时刻的问题被整合到东西和流程中,使这些已知的问题不那么具有要挟性。可是,在 2018 年,混合信号接口、串扰(Crosstalk)、时序和 IR-Drop,所有这些已知的问题导致了芯片改版的份额大大上升。

导致芯片改版的 ASIC 缺点类型 | 来历:2018 年功用验证研究报告,由 Wilson圣甲幻瞳 Research Group 和西门子 Mentor 事业部发布

“一些客户的芯片之所以失利,是由于它们的规划进程较为特别。”Synopsys 的产品司理 Kenneth Chang 说道。“一位客户进行了 block 级功耗剖析,然后进行了集成。他们以为在那个阶段他们能够修正问题,可是适得其反,芯片也就失利了——原因在于旧办法不再适用于新的先进技能。”

并非说一个芯片只需在不能作业时才是失利。Cadence 公司 Digital 和 Signoff 部分产品办理总监 Jerry Zhao 以为,“假如一个芯片没有抵达功用方针,那也是失利”,“假如芯片的运转速度比预期低 10%,那么它在市场上或许就没有竞争力了。”

电源正成为一个应战,特别是当电源是在芯片上的时分。ARM 公司的物理规划团队高档解决方案营销司理 Lisa Minw诸界邪魔ell 标明,“电力传输网络(小牛钱庄PDN)是一个分布式 RLC 网络,能够分为沈爱栩是谁三部分:片上、封装和板上”,“片上需求更快的时钟频率、更低的作业电压和更高的晶体管密度。尽管先进的 finFET 技能完成了功用的继续进步,但功率密度的添加使 IR Drop 闭合成为一个应战。准确建模和最小化电压裕度关于平衡能量功率和鲁棒性至关human,谁杀死了芯片?,桂林山水重要。”

但裕度或许是失望的,然后重生之长征小赤军约束了竞争力。尽管发现了问题,一些公司仍是冒着危险继续前进。 “一家大型存储器公司在明知有许多的 IR Drop 问题的情况下照样出带(tape out)”,Kenneth Chang 说道 ,“只需看起来不太糟糕,他们就会挑选 tape out,由于日程表对他们来说愈加重要。客户正在学习,在这种情况下,他们的芯片并没有失利。假如他们不失利,他们就会继续做他们正在做的。当它们抵达更具进步性的节点时,它们就需求变得愈加受方针驱动,并履行 EMIR 剖析。”

越来越多的问题也开端并发呈现,例如功率、IR Drop、发热、时序、电搬迁都是彼此联络的,但对大部分问题的剖析都是分隔进行的。Jerry Zhao 指出,“电源噪音是个问题”,“电压供给正在下降,一起用户期望取得更高的功用。电池没有供给太多动力,或许有 850 毫伏,但你依然想要 3GHz 的功用。电源噪声会发作严重影响,特别是当晶片中存在改变时,这种噪声会随时刻和方位而改变。因而,不同方位的同一个电池或许会因电压下降而失效,然后导致时序推迟。你有必要在电压下降的布景下剖析电池,并进行静态电压感知时序剖析。有些途径对电压改变十分灵敏。”

跟着问题得到更好的了解,东西能够履行更好的剖析,而且能够运用规划办法来躲避问题。 “复杂性导致更大的功率密度,这反过来又在芯片内发作可乐球教育视频部分加热(热门)。” Moortec 公司的营销副总裁 Ramsay Allen 解说道,“栅极密度的添加也会导致供电电压更大的下降。在整个规划中,高精度的温度传感器和电压监控器使体系能够办理和习惯这些条件,经过为热办理和电源反常检测供给解决方案,进步设备可靠性并优化功用。这在数据中心和人工智能规划中特别重要,由于功用要求的进步使规划在温度和国学常识1000题电压方面承受了巨大的压力。”

死于制作

半导体器材的制作涉及到仅有几纳米的结构。作为参照,人类的 DNA 链直径为 2.5 纳米,而人类的头发直径为 80000 至 100000 纳米。一粒尘埃能够炸毁晶圆上的几个单元裸片。假如裸片的尺度变大,随机失效的几率就会添加。关于老练的工艺节点,能够取得 80% 到 90% 的出片率。可是,关于较新的节点,出片率或许明显低于 50%,尽管实践的数字是严厉保密的。

晶圆缺点图画 | 材料来历:Marvell Semiconductor,ITC 2015。

即便是不受灾难性影响的裸片也或许不被划在可作业的范围内。制作过程不完善时,即便只需一个原子的工艺改变也会发作明显的差异。尽管这或许不会对规划的某些部分发作影响,但假如工艺改变刚好与要害的时序途径相吻合,则或许会使器材不符合规范。

ANSYS 公司的 ESD/Thermal/Reliability 产品司理 Karthik Srinivasan 标明,“跟着规划演变为具有先进封装的深亚微米技能,613邯大主教楼事情现有的模仿东西和规划办法不能很好地捕捉到变异性及其对可靠性的影响”,“这会导致规划流程中呈现human,谁杀死了芯片?,桂林山水缝隙,然后引发一些毛病。”

规划流程越来越多地答应在开发前期就考虑到改变,以最大程度地削减其影响,而冗余等利特说宋茜电话难要规划技能能够削减需求丢掉的“简直能够作业”的芯片的数量。“简直能够作业”的芯片在大型内存阵列中十分常见,依照它们在测验中表现出的功用进行相应的分类(binning)是常用于处理器的另一种做法。也便是,在高频率下运转的优秀器材能够以更高的价格出售,而那些只需在低频率时才干成功作业的器材则以折扣价出售。

测验的作用是找出哪些裸片功用无缺。那些处于临界状态的裸片一般会被丢掉,可是一些有功用缺点的裸片也会被漏检,并终究进入正式产品中。

死于静电处理

有许多种办法能够杀死芯片。假如将 0.5V 的电压施加到芯片的外部,就会在 1 纳米的电介质上发作 0.5MV/m 的电场。这足以使高压电线起弧。现在幻想一下当你触摸芯片的引脚时会发作什么。

“一般情况下,这是一个很高的电压,依据引白佩言脚的触摸办法,会有不同的模型,例如人体模型或电荷分布模型(CDM)。”Jerry Zhao 解说说,“这些模型界说了电流怎么被引张女珍入引脚,这是一种随时刻改变的动态波形。”

一般,芯korea1818片都会有静电放电(ESD)维护。“关于封装内的单个裸片,它们的方针是像 2KJ 这样的规范,”Karthik Srinivasan 指出,“像 HBM 这样的多芯片解决方案的规范稍低一些。选用 2.5D 或 3D IC 的一个原因是为了功用,而 ESD 是功用的妨碍。你企图最小化 ESD,乃至在这些 Wide I/O 接口或任何类型的多芯片接口通道上消除它,这意味着你不能真实地依照针对单个裸片的相同规范来测验每个裸片。它们有必要经过更专业的测验办法,由于它们的 ESD 维护十分小,乃至或许没有 ESD 维护。”

即便在操作进程中,静电放电事情也会引起问题。ARM 公司的 Minwell标明:“在便携式电子产品中,ESD 能够导致许多类型的软过错。”在 ESD 事情期间,由于某些集成电路(振荡器集成电路、CPU 和其他集成电路)的灵敏度,human,谁杀死了芯片?,桂林山水或由于其与配电体系(PDN)的场耦合,都或许导致在配电体系上发作噪声。

死于相关问题

“软过错能够以多种办法发作,假如是体系性的规划过错,它能够使芯片看起来如同不作业。三维集成电路(3D IC)正在添加对电磁感知规划办法的需求,”Helic 公司的营销副总裁 Magdy Abadir 指出,“这是由于发作的功率密度更高,叠加层的数量也在添加,然后引发了添加天线的危险,这会扩大整个规划进程中发作的磁场。”

供电少女映画是什么缺乏也会带来问题。Jerry Zhao 指出,“芯片的功用取决于晶体管的跃迁”,“这取决于供电电压。假如它能在 1V 电压下作业,它或许会再下降 10% 或忧思华光玉 20% 也依然能够正常作业。但时序会有所不同,因而或许需求下降最大时钟频率。”

跟着电压的下降,电路更简单遭到噪声的影响。“电磁搅扰(EMI)是芯片对环境发作的噪音,”Ansys 公司的半导体事业部首席技能专家 Norman Chang 标明,“噪声源来自有源电路,它将在电源地线和信号线上发作电流。电源线/接地线将经过封装到 PCB,假如它看到封装或 PCB 有天线结构,就会引起空中辐射,然后经过天线结构辐射到环境中并发作搅扰。”

但出去的东西也会进来。“电磁灵敏性(EMS)是人们不得不忧虑的一个新问题,” Norman Chang 指出,“电力注入测验是从 150kHz 开端注入 1W 电量,一直到 1GHz。在每个频率,你将向体系注入 1W 的电量。假如你没有满足的维护,就会损坏沿途径进入芯片的电路。测验的意图不是为了损坏芯片,而是测验这种噪声是否会影响电路。或许引脚处的电压或许过高,假如电压过高,则会发作过电应变。”

死于操作

此刻,芯片现已抵达“现场”并被以为是能够作业的。“可靠性是个大问题,”Microchip 公司模仿电源和接口部分的首席产品营销工程师Fionn Sheerin 指出,“在许多情况下,糟糕的热规划并不会导致瞬间灾难性的毛病,乃至human,谁杀死了芯片?,桂林山水不会发作平凡的产品。可是它会使器材的索星金服运用寿数缩短。调查布局中的热门或最佳布局实践以及杰出的层次规划或许会发作不同的作用。这也是验证和可靠性测验真实重要的当地,一起也是轿车使用的功用安全问题。”

西门子 Mentor 事业部的产品营销总监 Joe Davis 也附和这一观念,“发热导致的问题不只是是你的手机在口袋里变热。它会导致晶体管和它们之间的衔接退化。这会影响功用和可靠性。”

热量由两个来历发作,“首先是路由层,” Jerry Zhao 剖析标明,“这是与导线中的电流有关的热量。模仿电路的电流比数字电路大。因而,模仿电路的规划人员不得不忧虑的一个问题便是,假如温度过高,会使电线熔化;第二个来历是晶体管。当咱们搬迁到 finFET 时,其间一个新的现象是自热。热量沿着弱电阻途径运动,然后从晶体管的散热片中笔直逸出,这会添加电线中的热量。”

当高电流和高热量集合在一起时,电搬迁效应会渐渐损坏导线。相同地,负偏压温度不稳定性(NBTI)等物理效应也会有相同的作用。当电流很大时会对器材发作应力,假如继续满足长的时刻,则会导致永久性损害。

定论

本文董淑妃只是包括了芯片从规划到产品,再到产品的整个生命周期中所面对的一些应战。

芯片的作业环境恶劣,半导体职业现已学会了怎么应对这些应战。但跟着制作尺度越来越小或选用了新的封装技能,新的问题随之呈现。有时,这些新的影响会导致器材失利毛病。但从历史上看,该职业很快学会了躲避新的问题或将问题最小化的办法。

原文:https://semiengineering.com/why-chips-die/

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