反熔丝型FPGA电路过电应力失效分析

郑若成，王印权，孙杰杰，田海燕，郑良晨，吴素贞

（中科芯集成电路有限公司，江苏无锡 214072）

1 引言

反熔丝电路是广泛应用于航天航空领域中的核心器件，可靠性等级要求非常高，在国外已经有三十多年的应用历史[1-2]。在反熔丝产品筛选、考核以及使用中，国外对反熔丝产品失效问题高度关注，尤其是失效电路是否与反熔丝单元相关的问题[3-4]。本文对某款反熔丝FPGA电路的失效问题进行分析，并对其失效机理进行了确认。

2 失效现象

某批次448只反熔丝电路经过10天筛选后，发现有24只电路失效，表现为电源静态电流增大，分布在6.5～40 mA，且失效电流一般有6.5 mA整数倍的规律，另一个特征是失效电路有老化板集中现象，主要分布在30块老化板中的5块上。所以失效电路老化板集中以及静态电流整数倍是本次失效分析的重点突破方向。

从工艺角度对电路静态电流增大的失效机理分析，尽管工艺缺陷或者器件老化漏电增大也会造成电路漏电增大的失效，但老化板集中现象以及电流整数倍特征表明，工艺排查并不是重点。

3 问题分析和查找

3.1 问题排查和失效分析方案

对失效电路的老化板进行排查，电源层连接良好，失效电路在老化板上的位置也未发现明显规律。采用示波器对老化板电源信号波形进行检测，发现失效电路工位处电源电压有较大毛刺，2.5 V电源的毛刺电压脉冲达到3～4 V，而正常电路的工位处电源波形电压正常，因此初步确定电源毛刺电压过大是造成本次失效的原因。……