大功率器件可靠性的驗證

張婷婷

西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)股份有限公司 陜西西安 710000

半導(dǎo)體元器件具有重量輕、體積小以及功耗低等特點(diǎn)，在電子學(xué)中占據(jù)重要的地位。但由于構(gòu)成設(shè)備以及系統(tǒng)工程的復(fù)雜性，容易導(dǎo)致器件工程出現(xiàn)退化和失效的現(xiàn)象。文章主要是對大功率半導(dǎo)體元器件可靠性展開了研究和探討。

1 提升半導(dǎo)體元器件可靠性的意義

當(dāng)前國防和電子系統(tǒng)裝備的發(fā)展，半導(dǎo)體設(shè)備的可靠性與元器件的數(shù)量密切相關(guān)已經(jīng)有過了數(shù)量越多，危害就越嚴(yán)重的問題[1]。如果一個組件發(fā)生故障，整個系統(tǒng)將失敗。因此研究半導(dǎo)體器件的可靠性非常是重要的。那半導(dǎo)體器件的可靠性是所用元器件可靠性的產(chǎn)物，半導(dǎo)體設(shè)備的可靠性越高，對半導(dǎo)體器件的可靠性要求就越高，半導(dǎo)體器件是否具有很高可靠性取決于其使用形式。當(dāng)前半導(dǎo)體器件的使用范圍的增加，它們的工作條件變得更加復(fù)雜，并且設(shè)備可能面臨諸如輻射的惡劣環(huán)境條件下的高溫，高壓，低壓，振動等的問題，如輻射，設(shè)備的可靠性也將得到改善，組件的可靠性要求將更高更高，如導(dǎo)彈系統(tǒng)，電子系統(tǒng)如果無法保證設(shè)備的可靠性，則傳輸過程將失敗，已成為巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不可接受的后果。

2 半導(dǎo)體元器件可靠性的內(nèi)容

裝置的可靠性設(shè)計應(yīng)與所報告廢物的使用相一致。其影響因素包括技術(shù)、組織管理、設(shè)計思想、生產(chǎn)和使用過程。因此，從設(shè)備設(shè)計階段開始就有必要為可靠性打下基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件的可靠性是指在一定的時間和條件下實現(xiàn)預(yù)定功能的能力。它對預(yù)定的條件、時間和功能有很大的影響。一般來說，我們可以用概率來衡量半導(dǎo)體元件在規(guī)定時間內(nèi)完成預(yù)定功能的時間。半導(dǎo)體器件的可靠性應(yīng)從設(shè)計之初就應(yīng)加以控制[2]。裝置投產(chǎn)后，應(yīng)進(jìn)行抽樣、篩選，并進(jìn)行可靠性試驗。對裝置進(jìn)行初步分析、調(diào)查、目測和特性檢查。對設(shè)備的失效模式進(jìn)行了分類，并對設(shè)備進(jìn)行了失效機(jī)理、電氣分析、微觀分析和先進(jìn)設(shè)備分析，找出了設(shè)備的失效模式，制定了糾正措施，改進(jìn)了設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和試驗，并加以改進(jìn)。

3 常見的失效分布及失效分析

半導(dǎo)體器件可靠性的定量特性之間存在很大的關(guān)系，并且不同類型的故障分布不同。由于半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)，最明顯的早期故障狀況是長期的故障，損耗效率緩慢降低。通常，難以進(jìn)入明顯的失敗階段。在早期失敗階段，損失效率較高，但當(dāng)前時間的推移，損失效率將逐漸減少。失敗的主要原因是設(shè)計和制造過程中的缺陷，如原料缺陷，制造過程質(zhì)量差或?qū)捤少|(zhì)量檢驗，在離開工廠之前，應(yīng)合理篩選半導(dǎo)體元件以消除早期故障產(chǎn)品[3]。失敗階段的發(fā)生是隨機(jī)的，接近正常，故障率低。因此，它被稱為意外故障時期，這也是產(chǎn)品的最佳工作階段。在損失方面，由于磨損，老化，疲勞和損失，半導(dǎo)體器件的效率得到了改善，當(dāng)前時間的推移逐漸提高。半導(dǎo)體元件與時間的關(guān)系是一條曲線，稱為桶形曲線。桶形曲線是半導(dǎo)體故障組裝的一個更準(zhǔn)確的總結(jié)。按照不同的類型、不同的制造工藝、不同的生產(chǎn)批次和工作要求、不同的失效規(guī)律，這些差異只體現(xiàn)在不同的功能上，給實際工作帶來極大的方便。威布爾分布廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的失效分布。它能反映故障函數(shù)、故障密度和故障率函數(shù)。計算公式包括形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)。其中，形狀參數(shù)最為重要，它代表了一批產(chǎn)品的分散指數(shù)，能具體反映產(chǎn)品的早期失效期、意外失效期和損失，位置參數(shù)能反映失效分布的起點(diǎn)。要分析大功率半導(dǎo)體故障器件的故障原因，提高了誤差的可靠性更正。篩選只能在成品上進(jìn)行產(chǎn)品[4]。更多主動的方法是預(yù)先了解設(shè)備的故障模式和機(jī)理，解決驗收和使用問題規(guī)范半導(dǎo)體元件必須在選定的產(chǎn)品中進(jìn)行，形成完整的配方機(jī)器計劃和生產(chǎn)可靠性方案，完整的故障分析包括：現(xiàn)場原始記錄，故障模式識別，故障特征描述，故障機(jī)理假設(shè)，驗證，實施糾正措施，半導(dǎo)體元件故障模式模型是一種利用故障物理原理分析和預(yù)測可靠性的方法，通過量化各種故障模式的統(tǒng)計規(guī)律和總故障的比例，建立大功率元件故障模式模型，在元件故障中，通常是在監(jiān)測后觀察到的，監(jiān)測后確定電氣試驗和敞開式外殼。

4 可靠性試驗及可靠性篩選

可靠性測試是在試驗片上施加某個外力，觀察其性能是否穩(wěn)定，以及結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否在外力的作用下完成或變形，以確定它是否無效。按照試驗項目，高功率半導(dǎo)體器件的可靠性測試分為篩選試驗，驗證驗收測試和常規(guī)測試，以及按照測試項目的環(huán)境測試和壽命測試，可靠性篩選是以各種方式刪除和消除不合格的部件，留下合格和優(yōu)異的部件[5-6]。篩選應(yīng)在生產(chǎn)或半成品的生產(chǎn)后立即進(jìn)行。理想的篩選條件和應(yīng)力應(yīng)在早期失敗結(jié)束和意外失敗開始之間的曲線的拐點(diǎn)處進(jìn)行篩選部件的故障率。可靠性篩選是一種有效的措施，可確保產(chǎn)品的高可靠性。

5 結(jié)語

由上可知，半導(dǎo)體元器件可可靠性的實現(xiàn)能夠有效保障到產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足人們對生產(chǎn)生活的需求，同時能夠有效促進(jìn)到我國社會經(jīng)濟(jì)以及國防建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程。