原创 有关芯片trim之poly fuse 和metal fuse问题

2010-4-6 15:39 4683 1 1 分类: 模拟

有关芯片trim之poly fuse 和metal fuse问题


 来源: 半导体技术天地


传统的Fuse主要有三种:以大电流烧断的金属熔线(Metal Fuse)和多晶硅熔线(Poly Fuse),或是以激光烧断之金属熔线(Laser Fuse)。

Fuse为电子产品中之关键性零组件,其功能为掌管备用内存(Redundancy Memory)切换,或用于射频电路(RF)中,提供可调整之电阻与电容特性(RC trimming),以及常见使用于安全码(Security Code)、电子卷标之低字码(Low Bit Count)数据储存。

现有市售产品因使用激光烧断、大电流烧断等制程,往往面临不可回复性等问题,如以大电流烧断之金属熔线(Metal Fuse)或是复晶硅熔线(Poly Fuse),需以较大电流进行,将受限于烧录设备与接脚的设计,而以激光烧断之金属熔线(Laser Fuse) 仅能在芯片封装前进行,应用范围受限,且制程的良率较差。传统制程所衍生之不可回复性与不便利性俱为产业界亟欲改良之缺点,且随着半导体制程技术的进步,市场需要快速适应变化与突破限制的零组件。

  Mix电路中常常要用到FUSE,用来trim电路的电阻、电容,以精确修调电压/电流基准源的精度;实际CP烧Poly Fuse和烧Metal Fuse方法基本都一样,都是使用探针probe引接 大电流(视线宽不同,一般150mA,50mS足亦)熔断,一旦熔断之后便不可恢复;(但实际良率可能不大好,会有烧不断的情况发生)这个成本低,使用很普遍。而Laser Fuse的烧断需要专门的Laser Trimming 设备,Laser trim电路的精度比烧Poly Fuse和烧Metal Fuse要好,不过,成本自然也高得多。具体使用哪一种纯粹是公司/个人的偏好,有的人喜欢搞poly,有的人喜欢搞metal。

1、在trim的过程中经常会遇到烧不断或烧坏芯片的问题。

  这个问题相信只要做trim的芯片都可能会遇到这样的问题,只不过有些圆片这种问题出 现的少,没有引起测试者的注意,其中烧不断的主要原因在于电流太小,一般烧铝要在 100-500MA左右,甚至更大些,其中MOS工艺的芯片,适当小一些,双极的工艺,可以大 一些,另外还要看铝线的宽度,越宽电流要越大,还有烧时候的等待时间一般5-15MS, 最后,一般做trim的PAD间距很近,探针容易碰到一起,造成短路,那就肯定烧不断了, 这种情况一般出现在针卡用了一段时间之后,造成针偏而短路。

  烧坏芯片的原因就更复杂一些,一般烧熔丝控制的嵌位电压为5V左右,但实际上在烧的瞬间,trim PAD上的电压可能会达到10V左右(不相信的兄弟可以用示波器抓一下看看),为什么呢,这就是你的引线中存在寄生电感,以及寄生电容,从而构成一个升压电路,抬高了你的电压,这个电压虽然是瞬间的,但对于5V以下工艺的芯片来讲,可能会存在致命的打击!最好、最方便的解决办法是,在靠近trim PAD的位置加上一个较大的电容(可以从0.01~0.1uf之间)来滤掉这个尖峰电压,如果效果还是不佳,可以尝试在trim的源上串一个5欧姆左右的功率电阻(功率要足够大,不然会冒烟的哦)来限制一下电流,另外请注意铝的熔丝电阻在2欧姆左右,多晶的熔丝电阻在100欧姆左右,所以在选择电阻和电容的大小时候要注意一下,两者是有区别的。

2、trim后封装引起的电压偏差问题

  此问题也是很头疼的一个综合问题,它涉及到测试、封装工艺、封装材料等因素,总的说来是封装后电压偏差主要是封装造成的,但又不可避免,尤其是当芯片尺寸很小的时候,在封装划片、塑封时产生的应力将会导致电压的变化,可以通过晶圆减薄的厚度不同,和封装材料来控制,作为测试工程师要注意数据统计,根据成测的结果来调整中测的规范。

以下为网上摘录:

poly fuse ...
我看到的fuse很少有用poly fuse
通常是用metal fuse...  

我以前看过有使用poly fuse  

1.因为process是0.6um所以电流较大(about 350mA) '
大部分的fuse都烧断了,但是还是有一些无法烧断
有用显微镜看(0.6 um还可以看啦)
发现到烧断的地方形成一个节球,又短路在一起了
才发现到layout的形状也是蛮重要的)
最好要有转角(电流集中)

2.fuse的地方通常会开window .....结果......水气跑进去,原来烧断的地方又短路了???

目前解决的方法是,封装前要烘干一次........

1.关于poly fuse的方面,其实我们公司已经放弃此做法
由於不是直接使用pad dirver , 是built-in buffer(nmos)
由于不是直接使用pad dirver ,是built-in buffer(nmos)

算起来还真的是不划算说,由于并没有量产所以良率并不是很准确
但是工程样品的数据大约80% . !

2.metal fuse的方面,目前的测试数据还算不错,随便都烧的断
不过要注意layout ,多个转角比较容易烧断,也不容易熔回去

3.关于开window的部分,也不知道是谁建议的(好像是fab.的人)
水气就是会累积啊,真是XXX,害我drc跑个半死....

4.其实我看过atmel ir demodulator fuse的做法,提出来仅供参考
它也是使用metal fuse ,也有开window ,但是.......
它是pad direct driver ,居然把fuse pad摆到切割道上,还比一般的 pad (90X90)还小,(70X70)啦,(测试针头可以容许较小的误差), 面积当然省啦.....

由于不会受限于buffer ,所以metal fuse阻抗可以大一点,就是可以长一点啦,yield当然好啊,像我们跟fab.没有那么深厚的交情,不给我们这样做,真是差很多说.......可以试着凹凹看....


铝线熔断

假设chip中,用到的metal为铝材料,以此为计算基础,来计算以下所要讲述的情况。www.2ic.cn A O ^3O$r @'M Z

铝的相关常量:
比重 : 2.7g/cm3
电阻率 : 2.7uO.cm
导电率 : 61.8% (20oC)
比热 : 0.211 cal/oC
融点 : 660oC
溶解潜热: 93 cal/g
热传导率:0.487 cal/oC.cm.s
计算:
V(体积)=长*宽*高
=100um*0.5um*0.25um
=12.5um3

G(质量)=比重*体积
=2.7g/cm3*V
=33.75E-12g
C(卡)=比热*融点*质量
=0.211 cal/oC.g
=0.47E-8cal

(这里计算,烧断所需的热量,不知道是否正确)
J(焦耳)=卡路里*4.185J/cal
=1.97E-8J

J1(焦耳)=热传导率*温度*长度*时间*4.185J/cal
=0.487cal/oC.cm.s*660oC*100um*10ns*4.185J/cal
} v1k X$T!N2I =0.013E-8J
(J1为在这段时间内所消耗的热量,如何产生和消耗相同即,
J=J1 s="1462ns",也就是说,烧断铝线是瞬间的,一般小于1462ns)
以下假定时间为10ns
W(瓦特)=(J-J1)/s
=J/10ns
=1.96E+3W
如下,假定一段长100um的铝线,宽0.5um,厚度设定为0.25umY
R(电阻)=电阻率*长度/面积
=2.7 uO.cm*100um/(0.25um*0.5um)
=21.6欧
m d Z e g3y j(通常metal1 1square=0.06欧,metal2 1square=0.03欧,这样下来
电阻值应为 12欧 和 6欧)
Q=Pt=I*IRt
KI*I=P/R
=0.09E+3A2
(电流)=9.49A
1D-R%_ V5z ^ rU(电压)=IR=204.9V
_ T Y @"X c1J T如上计算,即要将这段铝线在10ns内烧断,要有9.49A的电流的流过5A

最后计算,要保证铝线不被烧断,铝断要有多宽

J=I*IR
k,A W'r'n
L.](在这里,并没有漏掉时间(t),而是因为在计算时,用卡来计算,1卡是1克水升
高1oC所需的热量,这里隐含了时间)芯片

C*0.4185J/cal=I*I*电阻率*长/(高*宽)
h比热*融点*质量*0.4185J/cal=I*I*电阻率*长/(高*宽) M
比热*融点*比重*长*宽*高= I*I*电阻率*长/(高*宽)宽*宽=I*I*电阻率/(比热*融点*比重*高*高宽=I*0.87mm/A
由此可知,线宽取决于流过的电流,因为其它值为常量。3L1C
如果I=1mA,宽度应为0.87um,相对而言,要更加保险一点,线宽应大于0.87um.
(通常线宽 1um 能够承载 0.5mA 电流)

先整理这么多,仅供参考
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