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ReliabilityIssuesMohammadSharifkhaniReadingTextbookIChapter18TextbookIChapter20ThepaperonSERMotivationThereisalongdistancefromachipworkinginalabtoachipworkinginthefieldReliabilityRobustnessFatigueManyoftheculpritsareinriseastechnologyscalesIntroductionPackagingElectromigrationESDProtectionSERProtectionChipPackagingBondwires(~25m)areused

toconnectthepackagetothechip

Padsarearrangedinaframe

aroundthechipPadsarerelativelylarge

(~100min0.25mtechnology),

withlargepitch(100m)Manychipsareasare‘padlimited’PadFrameLayoutDiePhotoChipPackagingAnalternativeis‘flip-chip’:PadsaredistributedaroundthechipThesolderingballsareplacedonpadsThechipis‘flipped’ontothepackageCanhavemanymorepadsTristateBuffersInEnEnVDDOutOut=In.En+Z.EnVDDInEnEnOutIncreasedoutputdriveElectromigrationCurrentdensity(currentperunitarea)AreliabilityissuecreatesproblemovertimeDuetotransportofmetalionsACsignalswillbefineBreakingorshortingtoadjacentwireKeepingcurrentbelow0.5to1mA/umrelaxestheproblemForDCwires(power/GND)IRDroptransientproblem(peakcurrent)ElectromigrationDCproblem(ave.current)UsingcopperhelpsElectromigration(1)Electromigration(2)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Whichonefails?Electro-StaticDischarge(ESD)Secondbreakdownofthepathatalowervoltagethanthesecondbreak-downoftheESDpathSecondbreakdownofthepathatahighervoltagelevelthanthesecondbreak-downoftheESDpathElectro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Therearechallengesastechnologyscales!Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)DesignofESDprotectioncircuits:Aglimpse!Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)Electro-StaticDischarge(ESD)ESDprotectionisextremelyimportantwhendealingwithhighspeedinputoutputsignalsI/OCapacitanceSoftErrorSoftErrorSoftErrorSoftErrorSoftErrorSoftErrorSoftErrorSoftEr

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