電子元器件常用的老化篩選方法有哪些?
日期:2022-11-09 15:07:21 瀏覽量:1091 標(biāo)簽: 老化測試
常規(guī)應(yīng)用最廣泛的篩選方法就是老化,讓半導(dǎo)體器件在高溫、高電壓條件下進(jìn)行超負(fù)荷工作,從而使缺陷在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。老化也稱“老練”,是指在一定的環(huán)境溫度下、較長的時(shí)間內(nèi)對(duì)元器件連續(xù)施加一定的電應(yīng)力,通過電-熱應(yīng)力的綜合作用來加速元器件內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)過程,促使隱藏于元器件內(nèi)部的各種潛在缺陷及早暴露,從而達(dá)到剔除早期失效產(chǎn)品的目的。
電子元器件常用的老化篩選方法
1.常溫靜態(tài)功率老化
常溫靜態(tài)功率老化就是使器件處在室溫下老化。半導(dǎo)體的PN結(jié)處于正偏導(dǎo)通狀態(tài),器件老化所需要的熱應(yīng)力,是由器件本身所消耗的功率轉(zhuǎn)換而來的。由于器件在老化過程中受到電、熱的綜合作用,器件內(nèi)部的各種物理、化學(xué)反應(yīng)過程被加速,促使其潛在缺陷提前暴露,從而把有缺陷的器件剔除。這種老化方法無需高溫設(shè)備,操作也很簡便,因此被普遍采用。在器件的安全范圍內(nèi),適當(dāng)加大老化功率(提高器件結(jié)溫)可以收到更好的老化效果,并且可以縮短老化時(shí)間。
為了使老化取得滿意的效果,應(yīng)注意下面幾點(diǎn):
① 老化設(shè)備應(yīng)有良好的防自激振蕩措施。
② 給器件施加電壓時(shí),要從零開始緩慢地增加,去電壓時(shí)也要緩慢地減小,否則電源電壓的突變所產(chǎn)生的瞬間脈沖可能會(huì)損傷器件。老化后要在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)測量,否則某些老化時(shí)超差的參數(shù)會(huì)恢復(fù)到原來的數(shù)值。
③ 為保證晶體管能在結(jié)溫下老化,應(yīng)準(zhǔn)確測量晶體管熱阻。
對(duì)于集成電路來說,由于其工作電壓和工作電流都受到較大的限制,自身的結(jié)溫溫升很少,如不提高環(huán)境溫度很難達(dá)到有效地老化所需的溫度。因此,常溫靜態(tài)功率老化只在部分集成電路(線性電路和數(shù)字電路)中應(yīng)用。
2.高溫靜態(tài)功率老化
高溫靜態(tài)功率老化的加電方式及試驗(yàn)電路形式均與常溫靜態(tài)功率老化相同,區(qū)別在于前者在較高的環(huán)境溫度下進(jìn)行。由于器件處在較高的環(huán)境溫度下進(jìn)行老化,集成電路的結(jié)溫就可達(dá)到很高的溫度。因此,一般說來,集成電路的高溫靜態(tài)功率老化效果比常溫靜態(tài)功率老化要好。
我國軍用電子元器件標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定集成電路要進(jìn)行高溫靜態(tài)功率老化,具體條件是:在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定電源電壓、額定負(fù)載、信號(hào)及線路下進(jìn)行老化。老化條件是:125±3℃,168 h(可根據(jù)需要確定)。老化過程中至少每8 h監(jiān)測一次。
3.高溫反偏老化
在高溫反偏老化中,器件的PN結(jié)被同時(shí)加上高溫環(huán)境應(yīng)力和反向偏壓電應(yīng)力,器件內(nèi)部無電流或僅有微小的電流通過,幾乎不消耗功率。這種老化方法對(duì)剔除具有表面效應(yīng)缺陷的早期失效器件特別有效,因而在一些反向應(yīng)用的半導(dǎo)體器件老化中得到廣泛的應(yīng)用。
4.高溫動(dòng)態(tài)老化
高溫動(dòng)態(tài)老化主要用于數(shù)字器件,這種老化方法是在被老化器件的輸入端由脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng),使器件不停地處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。這種老化方法很接近器件的實(shí)際使用狀態(tài)。
高溫動(dòng)態(tài)老化有兩種基本試驗(yàn)電路:串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)電路。
(1)串聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)電路又稱“環(huán)形計(jì)數(shù)器”電路。其特點(diǎn)是:把全部受試器件的輸出輸入端串聯(lián)起來,組成一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)電路。由于前級(jí)的輸出就是后一級(jí)的輸入,即后一級(jí)就是前一級(jí)的負(fù)載,這就無須外加激勵(lì)信號(hào)和外加負(fù)載,故設(shè)備簡單,容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是任一被試器件失效,都會(huì)使整個(gè)環(huán)形系統(tǒng)停止工作,使試驗(yàn)中。直到換上新的試驗(yàn)電路或短接有問題的器件,試驗(yàn)才恢復(fù)正常。
(2)并聯(lián)開關(guān)試驗(yàn)電路的特點(diǎn)是,被測器件與激勵(lì)電源相并聯(lián),因此每個(gè)被試器件都能單獨(dú)由外加的開關(guān)電壓來驅(qū)動(dòng),每個(gè)被試器件的輸出端均可接一模擬值的負(fù)載,從而克服了串聯(lián)開關(guān)老化的缺點(diǎn)。
高溫動(dòng)態(tài)老化的試驗(yàn)條件一般是在額定工作溫度和額定工作電壓下老化168~240 h。例如:民用器件通常為幾小時(shí),軍用高可靠性器件可選擇100~168 h,宇航級(jí)器件可選擇240h甚至更長的周期。
元器件老化篩選作用
1.對(duì)于工藝制造過程中可能存在的一系列缺陷,如表面沾污、引線焊接不良、溝道漏電、硅片裂紋、氧化層缺陷和局部發(fā)熱點(diǎn)等都有較好的篩選效果。
2.對(duì)于無缺陷的元器件,老化也可促使其電參數(shù)穩(wěn)定。
元件的老化
1.電阻元件老化試驗(yàn)一般按照規(guī)范的要求施加功率和溫度環(huán)境,要特別注意的是老化是否有散熱的要求。
2.電容器老化試驗(yàn)一般采用高溫電壓老化。這種方法是:在電容器額定工作溫度下施加額定電壓,持續(xù)96~100 h,以剔除因介質(zhì)有缺陷而造成擊穿和短路的產(chǎn)品。例如,有機(jī)薄膜電容器介質(zhì)中的針孔、疵點(diǎn)和導(dǎo)電微粒,在高溫電壓老化中會(huì)導(dǎo)致電容器短路失效;有嚴(yán)重缺陷的液體鉭電解電容器在高溫電壓老化時(shí),流經(jīng)缺陷處的短路電流很大,使產(chǎn)品溫度驟然升高。電解質(zhì)與焊料迅速氣化,使壓力達(dá)到足以使產(chǎn)品遭到破壞的程度。
對(duì)于沒有潛在缺陷的電容器,高溫電壓老化能消除產(chǎn)品中的內(nèi)應(yīng)力,提高電容器的容量穩(wěn)定性。高溫電壓老化能使介質(zhì)有缺陷的金屬化紙介(或塑料箔膜)電容器產(chǎn)生“自愈”,恢復(fù)其性能。
高溫老化注意事項(xiàng)
1.各種元器件的電應(yīng)力選擇要適當(dāng),可以等于或稍高于額定條件,但應(yīng)注意高于額定條件不能引入新的失效機(jī)理。例如,有些元器件負(fù)荷瞬時(shí)超過額定值時(shí)會(huì)立即劣化或擊穿,即使一些劣化的器件以后能暫時(shí)工作,其壽命也將會(huì)縮短。
2.經(jīng)過高溫老化試驗(yàn)后要求殼溫冷卻到低于35 ℃時(shí)才允許給器件斷電。由于在高溫?zé)o電場作用下,可動(dòng)離子能作無規(guī)則運(yùn)動(dòng),使得器件已失效的性能恢復(fù)正常,從而可能會(huì)掩蓋其曾經(jīng)失效的現(xiàn)象。
3.老化試驗(yàn)后的測試一般要求在試驗(yàn)結(jié)束后96 h內(nèi)完成。
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