某型混合集成電路長期貯存壽命研究

（1.中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗研究所，廣州 510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點實驗室，廣州 510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣州 510610；4.中國人民解放軍77546部隊，拉薩 850000）

某型混合集成電路長期貯存壽命研究

李坤蘭1,2,3，青林4

（1.中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗研究所，廣州 510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點實驗室，廣州 510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣州 510610；4.中國人民解放軍77546部隊，拉薩 850000）

目的研究某型混合集成電路在自然環(huán)境下的貯存壽命。方法選用某型混合集成電路在 A（寒溫）、B（亞濕熱）、C（亞濕熱）、D（熱帶海洋）等4地開展為期172個月的庫房貯存試驗，跟蹤測試其性能參數(shù)增益。應(yīng)用灰色預(yù)測理論中的灰色 GM（1，1）模型，對該型混合集成電路的貯存壽命進行預(yù)測，結(jié)果D地的壽命最長，為32年；A地的壽命最短，為21年。結(jié)論溫度較差是增益退化的最優(yōu)影響因素。就該型混合集成電路而言，B地和C地的環(huán)境應(yīng)力對其影響無明顯差異。

混合集成電路；貯存試驗；性能參數(shù)；貯存壽命；預(yù)測

混合集成電路具有組裝密度大、可靠性高、參數(shù)范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好等特點。其使用范圍日益擴大，已滲透到了許多工業(yè)部門，主要應(yīng)用于航天電子設(shè)備、衛(wèi)星通訊設(shè)備等領(lǐng)域，在微波領(lǐng)域中的應(yīng)用尤為突出[1—5]。

電子元器件是組成電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，因此，研究其貯存可靠性對產(chǎn)品而言，非常重要。貯存壽命是產(chǎn)品貯存可靠性的重要指標，因此，研究其組成元器件的貯存壽命對評估產(chǎn)品的貯存壽命、定壽延壽等具有重要意義[6—10]。文中通過開展貯存試驗、整理、分析和研究某型混合集成電路的貯存試驗數(shù)據(jù)，利用灰色預(yù)測理論預(yù)測了其貯存壽命，并從環(huán)境溫度和退化量等方面進行了分析。

1 試驗

參加庫房貯存試驗的某種混合集成電路共 40只，于2000年4月被平均分配到A（寒溫）、B（亞濕熱）、C（亞濕熱）、D（熱帶海洋）等4地開展貯存試驗。在試驗期間，長期跟蹤測試了增益。到目前，試驗了172個月后，各項性能參數(shù)均合格。

2 灰色GM（1,1）模型的建立

利用灰色預(yù)測理論預(yù)測了該型號混合集成電路的貯存壽命。灰色GM（1,1）模型的建立、檢驗和壽命預(yù)測的理論方法參考了文獻[11—15]。該型號混合集成電路GM（1,1）的參數(shù)求解和檢驗情況如下。

2.1 GM(1,1)模型參數(shù)的求解

將該型號混合集成電路的性能參數(shù)測試數(shù)據(jù)的平均值作為原始序列x0，那么A地、B地、C地、D地的原始序列分別為：

A地

B地

C地

D地

GM（1,1）模型的參數(shù)a和b的計算公式為[11]：

對A，B，C，D四地的GM（1,1）模型的參數(shù)進行求解，結(jié)果見表1。

表1 混合集成電路在四地的模型參數(shù)Table 1 Model parameters of the HIC in its warehouse

由表 1可知，該種混合集成電路的增益在 A地、B地、C地和D地的發(fā)展系數(shù)都有a∈(-2,2)，且a≥-0.3時，所建GM(1, 1)模型可用于中長期預(yù)測。于是，該型號混合集成電路的GM（1,1）模型分別為：

A地

2.2 模型檢驗

為了確保所建灰色模型有較高的預(yù)測精度，需要對灰色預(yù)測模型進行檢驗。一般情況下，最常用的是相對誤差檢驗指標。平均相對誤差越小越好。

對所建立的GM（1，1）模型進行了檢驗，A，B，C，D地的平均相對誤差分別為 0.4356%，0.5261%，0.3989%，0.3305%。

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度的計算

灰色絕對關(guān)聯(lián)度是系統(tǒng)行為特征序列和影響因素序列之間關(guān)聯(lián)程度的度量。特征序列的變化速率與影響因素序列的變化速率越接近，關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小。

γij(i=1，2，…，i；j=1，2，…，m)為系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度。灰色關(guān)聯(lián)度計算公式為[11]：

將每個貯存點的貯存環(huán)境和試驗樣品作為一個系統(tǒng)，以增益的退化量作為特征行為數(shù)據(jù)，用X表示。以平均溫度、最高溫度、最低溫度、溫度較差作為影響因素，分別以Y1，Y2，Y3，Y4表示。

對于A地有：

于是，通過計算可得灰色關(guān)聯(lián)矩陣：

3 結(jié)果與討論

3.1 長貯壽命的預(yù)測

利用通過檢驗的GM（1，1）模型進行預(yù)測，性能參數(shù)增益要求大于1.85。

由預(yù)測結(jié)果可知，該種混合集成電路在 D地的貯存壽命最長，為32年；在A地的貯存壽命最短，為21年；B地和C地相同，均為25年。

3.2 退化量的研究

該型混合集成電路在 A，B，C，D各地的電性能參數(shù)增益的退化量分別為 0.05，0.04，0.04，0.03。

由以上結(jié)果可知，A地的退化量最大，D地的退化量最小，B地和C地的退化量相同。退化量也說明了 A地的貯存壽命最短，D地的貯存壽命最長，B地和C地的貯存壽命相同。

3.3 增益與溫度的灰色優(yōu)勢分析

由灰色關(guān)聯(lián)矩陣ΓA，ΓB，ΓC，ΓD可知，增益的退化量與溫度較差的關(guān)聯(lián)度最大，而與平均溫度、最高溫度、最低溫度的關(guān)聯(lián)度均較小。因此，溫度較差為增益退化的最優(yōu)影響因素。

4 結(jié)論

通過對該型混合集成電路的貯存試驗數(shù)據(jù)的整理分析研究，得出如下結(jié)論。

1）該種混合集成電路在D地的貯存壽命最長，在A地的貯存壽命最短。

2）溫度較差是增益的退化的最優(yōu)影響因素。

3）就該混合集成電路而言，B地與C地的環(huán)境應(yīng)力對其影響無明顯差異。

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Long-term Storage Life of a HIC

LI Kun-lan1,2,3,QING Lin4
(1.China Electronic Products Reliability and Environment Institute, Guangzhou 510610, China; 2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology, Guangzhou 510610, China; 3.Guangdong Provincial Research Center of Electronic Information Products Reliability and Environment Engineering Technology, Guangzhou 510610, China; 4.The NO. 77546 Force of The People’s Liberation Army, Lhasa 850000, China)

ObjectiveTo study the storage life of a HIC in a natural environment.MethodsStorage test of a HIC was carried out in warehouses at 4 places, A (cold temperate climate), B (subtropical warm wet climate), C (subtropical warm wet climate) and D (tropical marine climate) for a period of 172 months. Their performance parameters were traced and tested. It’s storage life was predicted by GM (1, 1) model in the grey prediction theory.ResultsThe storage life at place D was the longest and the storage life at place A was the shortest. The storage life at place A was 21 years. The storage life at place D was 32 years.ConclusionThe temperature range is the primary parameter which affects degradation of gain. In terms of this HIC, there is little difference in the effect of environmental stress at B and C.

HIC; storage test; performance parameters; storage life; prediction

10.7643/ issn.1672-9242.2016.06.019

TJ04

A

1672-9242(2016)06-0110-04

2016-07-13；

2016-08-16

Received：2016-07-13；Revised：2016-08-16

李坤蘭（1973—），女，湖南人，高級工程師，主要研究方向為電子元器件貯存可靠性。

Biography：LI Kun-lan(1973—), Female, from Hunan, Senior Engineer, Research focus: storage reliability of electronic components.