Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 5

Это позволяет сократить продолжительность испытаний по оценке надежности СБИС и их элементов.Прогнозирование показателей надежности элементов СБИС проводятисходя из параметров закона распределения наработки до отказа и значениякоэффициента ускорения, определяемых по результатам испытаний элементов в форсированных режимах. Как правило, принимают логарифмическинормальный закон распределения отказа во времени по формуле 1.20.0,434 1 12F t  exp  2 lg t     dt ,2  0 t 2t(1.20)где  - стандартное отклонение; - логарифм медианы наработки до отказа [45, 46, 47].2.Для проведения ускоренных испытаний тестовых структур форми-руют две выборки равной удвоенной выборке СБИС при испытаниях на безотказность тестовых структур.33При использовании сочетания двух ускоряющих факторов (тока и температуры, напряжения и температуры) формируют три выборки.

Каждуювыборку формируют не менее чем из трех партий пластин.Для каждой выборки устанавливают различные режимы испытаний впределах области допустимого форсирования, определяемых в соответствиис приложением 8 [2].Наиболее жесткий режим рекомендуется выбирать несколько ниже границы области допустимого форсирования. Отличие в режимах испытанийвыборок должно быть: по температуре – не менее 50ºС; по току – не менеечем в 2 раза; по напряжению – не менее 20% (от верхнего значения).При использовании двух ускоряющих факторов принимают следующиесочетания температуры и электрической нагрузки:− для выборки 1 – T1 , I 1 ( U 1 );− для выборки 2 – T2 , I 2 ( U 2 );− для выборки 3 – T3 , I 3 ( U 3 ).При этом должны выполняться соотношения T1  T2  T3 и I1 (U1 )  I 2 (U 2 ) .T3выбирают таким образом, чтобы температура тестовых элементов в вы-борках 2 и 3 было одинаковой.Перед началом испытаний измеряют параметры-критерии годности(ПКГ) тестовых структур в нормальных условиях и в режимах испытаний.Определяют зависимости значений ПКГ от режимов испытаний, по которымустанавливают нормы для ПКГ в форсированном режиме.В процессе испытаний фиксируют время наработки на отказ испытываемых образцов.

Контроль функционирования проводят без изъятия образцовиз испытательного стенда. Рекомендуется обеспечить непрерывный автоматизированный контроль функционирования.В качестве критерия отказа принимают уход ПКГ за установленныенормы или полную потерю работоспособности (пробой окисла, обрыв тонко-34пленочных проводников и т.п.). Отказавшие образцы проверяют в нормальных условиях после изъятия из испытательного стенда.Испытания каждой выборки продолжают до наступления не менее 70%отказов.Обработку результатов испытаний производят графически для определения параметров распределения наработки до отказа  ,  и аналитическидля определения коэффициента ускорения К У .Для каждой испытанной выборки тестовых структур на логарифмическинормальной вероятностной бумаге методом наименьших квадратов строятинтегральные графики распределения наработки до отказа.

По этим графикам определяют для каждой выборки параметры 1 ,  2 (  3 ) и  1 ,  2 (  3 ) изсоотношений 1.21.  lgT0,5 ;   lg T0,5  lg T0,16 ,(1.21)где T0,5 - значение наработки, соответствующее накопленной доле отказовd ОТК  0,5(50% отказов в выборке);T0,16 - значение наработки, соответствующее накопленной доле отказовd ОТК  0,16(16% отказов в выборке).Определяют энергию активации процесса развития механизма отказа виспытываемых тестовых структурах по формуле 1.22.Ea  2 10 4 1   2 T1KPT2 KP,T2 KP  T1KP(1.22)где 1 и  2 - логарифмы медиан наработки до отказа тестовых структур ввыборках 1 и 2 соответственно при температурах кристалла (элементов)тестовых структур T1KP и T2 KP (в ºК).При использовании двух ускоряющих факторов по результатам испытаний трех выборок по п.2.2 [2] рассчитывают константы ускорения в моделяхкоэффициента ускорения от тока n и напряжения  по формулам 1.23 и 1.24.n3  2lg J 2  lg J 3,(1.23)353   2U2  U3,(1.24)где  2 и 3 - логарифмы медиан наработки до отказа тестовых структур ввыборках 2 и 3 при плотностях тока (напряжения)J2( U 2 ), J 3 ( U 3 ) и приT2 KP  T3KP .В случае если температура элементов тестовых структур при испытаниях выборки 2 отличается от температуры элементов в выборке 3, то в расчетах констант n и  следует вместо значения  2 использовать значение  23 ,рассчитанное по формуле 1.25. 23   2  5,03 103T2 KP  T3KP.T2 KPT3 KP(1.25)Коэффициент ускорения отказов тестовых структур рассчитывают поформулам (2), (4) раздела 2 основного текста [2].3.

В качестве исходных значений  ,  , К У для дальнейших расчетовпоказателей надежности тестовых структур в нормальных режимах выбирают значения, полученные для той выборки, у которой больше значение  .Значение логарифма медианы наработки до отказа в нормальном режимеопределяют по формуле 1.26. Н    lg K y .(1.26)Оценку показателей долговечности СБИС ( TP. , TН .М ) проводят графически, в следующем порядке:1)находят точку с координатами d ОТК  0,5 и  Н ;2)параллельно линии распределения отказов, построенной для уско-ренного режима испытаний и использованной для определения величины  Н ,через найденную точку проводят линию распределения наработки до отказа внормальном режиме;3)определяют величину логарифма гамма-процентной наработки доотказа ( lg T0,05q ), как значение ординаты, соответствующей накопленной долеiотказов, равной 0,05qi , где qi - доля отказов и рекламаций микросхем, связан-36ных с отказом i-го типа элемента СБИС, тестовые структуры которого подвергались испытаниям.

Значение qi рекомендуется определять в соответствии с приложением 6 [2]. В случае отсутствия статистически надежныхданных величина qi выбирается равной 1 m , где m - число доминирующихмеханизмов отказов СБИС;4)определяют величину логарифма гамма-процентной наработки доотказа ИС ( lg TН . ) как значение ординаты, соответствующей накопленной доле отказов dОТКН .М  1 PH .M qi , где PH .M - максимальная вероятность безотказной работы ИС в течение гамма-процентной наработки до отказа, устанавливаемой из ряда PH .M  0,99;0,995;0,999 .Интенсивность отказов элемента (фрагмента) тестовой структуры в течение гамма-процентной наработки до отказа наработки TН . определяют поформуле 1.27. 1lg TH .i   Hi 2 exp 2 2.i  0,173TH .i PH .M (1.27)Определенное таким образом значение i используют для расчета интенсивности отказов СБИС в целом в соответствии с приложением 12 [2].4.

В случае если при испытаниях тестовых структур не получено числоотказов, достаточное для определения параметров закона распределения доотказа, i определяют по формуле 1.28.i d 0,9ntи КУ,(1.28)где d 0,9 - верхнее доверительное значение числа отказов при доверительнойвероятности 0,9 (при числе отказов d  0,1,2,3 величина d 0,9 принимаетзначения соответственно 2,3; 3,9; 5,3; 5,7);tи- продолжительность УИ.371.2.7Прогнозированиеинтенсивностиотказовсверхбольшихинтегральных схем по результатам электротермотренировкиДанный метод основан на определении параметров Вейбулловского закона распределения отказов в начальный период работы СБИС и их использовании для прогнозирования интенсивности отказов СБИС, прошедшихЭТТ [18, 20, 48, 49].1.Испытания по определению параметров распределения Вейбуллаподвергают ИС, отобранные не менее чем из трех производственных партий.Количество испытываемых ИС должно быть достаточным для получения на первом этапе ЭТТ в течение 48 ч не менее 4 отказов, но не менее 600штук.Испытания проводят в режиме, установленном для проведения ЭТТ.Испытания проводят в течение 240 ч (t3) с промежуточным замером параметров через 48 (t1) и 168 (t2) ч после начала испытаний.

При этом фиксируют накопленное число отказавших изделий d1, d2 и d3 на момент времени t1,t2 и t3 соответственно и определяют накопленные доли отказов для этих моментов по формулам 1.29.F1 d1Pdd, F2  2 P , F3  3 P ,nnn(1.29)где d1P , d 2 P , d 3 P - верхние доверительные границы накопленного числа отказов к моментам времени t1, t2 и t3 при доверительной вероятности P=0,6(определяемой исходя из d1, d2 и d3 по таблице 5 [2]);n - объем испытываемой выборки.1.2.1 Рекомендуется в качестве критерия отказа устанавливать болеежесткие нормы на параметры, проводить контроль дополнительных параметров, а также устанавливать допустимые значения на изменение отдельныхпараметров в процессе ЭТТ (например, по току потребления, входным токам,выходному уровню логической единицы и др.) [50, 51].381.2.2 В случае если при анализе отказавших СБИС будет установлено,что причины отказа не связаны с воздействием ЭТТ, а обусловлены нарушением работы оборудования или оператора, то эти отказы в расчетах не учитывают.По значениям t1, t2, t3, F1 , F2 , F1 определяют значение параметра формыраспределения Вейбулла β по формулам 1.30 и 1.31 [52, 53, 54, 55]. ln 1  F1  ln ln 1  F2 ,12 tln 1t2(1.30) ln 1  F2 ln ln 1  F3   23 .tln 2t3(1.31)Если 12 отличается  23 не более чем в 2 раза, то средний коэффициент определяют по формуле 1.32.12   232.(1.32)Если 12 отличается  23 более чем в 2 раза, следует продолжить ЭТТ до336 ч и провести новый расчет  без учета отказов и продолжительностипервого этапа t1.Если при этом также не получены близкие по значениям коэффициенты по результатам различных этапов ЭТТ, то следует провести повторные ис-пытания после проведения мероприятий по исключению грубых производственных дефектов, повышению стабильности технологического процесса инадежности испытательного оборудования.2.)Среднее значение интенсивности отказов ( (ЭИ ) в течение установ-ленного времени t И в режиме ЭТТ для СБИС, прошедших ЭТТ, определяютпо формуле 1.33.(ИЭ )  tИ  tЭ   tЭ ln 1  q  ,Эt И tЭ(1.33)39где t Э - продолжительность ЭТТ;qЭ  FЭ d ЭР,n(1.34)где d ЭР - верхняя доверительная граница накопленного числа отказов к моменту времени t Э .Интенсивность отказов в режиме, отличающемся от режима ЭТТ, определяют по формуле 1.35.И (ИЭ )КУ,(1.35)где КУ - коэффициент ускорения, определяемый в соответствии с разделом 2основного текста [2].3.Для проведения оперативного контроля надежности каждой партииСБИС устанавливают допустимый процент дефектных СБИС за время ЭТТна основе результатов испытаний, полученных по п.