軍用電子元器件篩選的可靠性模型研究

李娜　楊恒

電子元器件的可靠性篩選是指通過鑒別性能良好的電子元器件和誘發(fā)有潛在缺陷的電子元器件失效的方式，保證整機系統(tǒng)的性能。本文通過對軍用電子元器件篩選可靠性模型的分析與建立，明確了器件的退化失效模式和其所對應(yīng)的沖擊損傷量之間的函數(shù)關(guān)系，為進一步甄別篩選失效器件提供了嚴格的數(shù)據(jù)模型，此外，還可以借此進一步完善軍用電子元器件篩選的可靠性模型和設(shè)計方案。因而，軍用電子元器件篩選可靠性模型的建立與應(yīng)用對于軍用電子元器件的可靠性篩選具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

當軍用電子元器件總退化量XS（t）超出其退化失效閡值TS時，器件會失效。為建立器件的退化失效模型，首先應(yīng)計算產(chǎn)品的總退化量：

式1中，X（t）表示產(chǎn)品的總退化量，X（t）表示產(chǎn)品自身的退化量，Y（t）表示由于隨機沖擊過程所帶來的累積突增退化量。假設(shè)器件的自身連續(xù)性退化進程為線性退化，可以將以上模型簡化為：

以上就是元器件失效判據(jù)的可靠性模型，考慮到?jīng)_擊類型的種類繁多，以及失效閾值和器件退化量之間的線性關(guān)系，現(xiàn)有的可靠性模型可以通過分類討論進一步明確沖擊損傷量和產(chǎn)品可靠性之間的關(guān)系。

通過對元器件上的器件進行高溫反偏試驗，觀測器件在高溫反向偏置時的退化情況來驗證其芯片電流泄露，檢測其高溫性能和可靠性水平，同時對建立的可靠性模型進行驗證。對器件進行電學特性測試，其參數(shù)包括VF@5A，VR@0.1mA，IR@1200V。將元器件放置在標準的HTRB測試室中，在溫度為175℃，DC反向偏壓為960V的HTRB條件下暴露168小時。經(jīng)過試驗驗證，元器件在高溫反偏試驗當中正向壓降偏移率低，因而其正向特性未發(fā)生退化。為進一步分析器件的電學特性參數(shù)，對器件的電學特性參數(shù)進行試驗測量，觀察其在高溫反偏應(yīng)力前后的數(shù)據(jù)變化。分別從反向電壓，反向漏電流兩個角度來進一步分析器件高溫反偏試驗下的性能變化。試驗結(jié)果如表1所示。

由圖可知，器件VF值試驗前后相差0.03V，變化率為0.6%，變化幅度極小可以忽略，因而其正向特性沒有退化。反向漏電流則從59.946nA增大到了1522.99nA，變化幅度接近1000%，反向特性退化嚴重。試驗前該器件的反向電壓為1466V，試驗后反向電壓降至1306V左右，變化率在10.9%。反向特性發(fā)生退化。由以上試驗數(shù)據(jù)可以得知。高溫反偏會使該器件漏電流增加，耐壓值降低，產(chǎn)品性能退化。同時，還可以據(jù)此確定出器件在高溫反偏條件下的失效條件，這跟所建立的函數(shù)模型結(jié)果保持一致，也符合實際的工況。

將元器件放入HTRB測試系統(tǒng)前，在不同偏置電流下（I=10mA和I=80mA）測量器件的噪聲，然后將器件放入高溫反偏測試系統(tǒng)，在溫度為175℃，DC反向偏壓為860V的HTRB條件下暴露168小時，168小時后于不同偏置條件下測量器件的噪聲。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以知道10mA條件下，電壓噪聲在試驗之后發(fā)生了明顯增大，80mA時噪聲電壓值大，并且在試驗前后也發(fā)生了明顯增大，因而可以知道，高溫反偏應(yīng)力會使器件噪聲變大，可靠性降低。同樣的，在不同偏置電流下器件退化量與沖擊損傷量之間的關(guān)系與所建立的函數(shù)關(guān)系保持一致，并且符合實際工況。

為進一步確定元器件的可靠性表征參量，計算了每個參量試驗前后的變化率，根據(jù)變化率大小對比分析最終選定器件的表征參量。對于高溫反偏應(yīng)力，試驗前后器件的反向漏電流電參量變化顯著，變化率達6800%，所以，將反向漏電流lR作為表征元器件在高溫反偏應(yīng)力下的參量。即將高溫反偏量作為函數(shù)可靠性模型中的沖擊損失量，將反向漏電流和反向高壓作為產(chǎn)品可靠性的表征參量。據(jù)此，可以認為，高溫反偏試驗中關(guān)于產(chǎn)品可靠性表征參量的研究符合的函數(shù)表達式模型，也與實際的工況相吻合，該模型可以準確反映出器件受到;中擊損失量與其可靠性之間的關(guān)系。

軍用電子元器件的可靠性是必須首先保證的重要指標，篩選是對這一指標的把關(guān)審核。對此過程進行分析研究是提升本質(zhì)可靠性的有效手段。在工作中將可靠性模型分析結(jié)果與實測結(jié)果互相印證，可以為元器件的改進提升提供重要的數(shù)據(jù)資源。因而，這一可靠性模型的建立對于軍用電子元器件篩選工作具有重要的理論和現(xiàn)實意義，極大地節(jié)約了人力和資源成本，具有進一步推廣應(yīng)用的價值。