Диссертация (Методы ускоренных испытаний сверхбольших интегральных микросхем на надежность), страница 8

Испытанныевыборки учитываемые при расчете испытаний должны быть изготовлены заодин и тот же период времени.Испытания должны быть проведены при 125˚С – температура испытаний на безотказность, 150˚С – допустимая температура для кристалла.Остальные значения выбирают между этими температурами. Продолжительность каждого испытания должна быть не менее 240 ч. Допускается опреде-53ление Еа по накопленным результатам испытаний в двух различных режимах(температурах), например, по результатам испытаний на безотказность инаработку до отказа. В этом случае продолжительность испытаний на безотказность рекомендуется увеличивать в 3 раза.В соответствии с требованиями [1] испытания на наработку до отказапроводят при температуре окружающей среды (65+5ºС).По согласованию с институтом Заказчика испытания на наработку доотказа могут проводиться на одном типе от серии одинакового конструктивно технологического исполнения микросхем или принципиально новых конструкций и технологий на данном предприятии по перечню согласованному сНИИ Заказчика.В настоящее время, отсутствуют накопленные данные, в пределах 5 последних лет, по результатам испытаний на безотказность, наработку до отказа для микросхем с проектными нормами 0,6–0,13 мкм и менее.2.2.2Определениезначенияэнергииактивациипорезультатамиспытаний со случайно возрастающей нагрузкойДля определения значения энергии активации проводят испытания наодной или нескольких выборок при постоянной электрической нагрузке сослучайно изменяющейся температурой окружающей среды.Объем выборки должен быть в соответствии с [1].Испытания проводят при ступенчато-изменяющейся температуре окружающей среды, начиная с повышенной рабочей температуры среды по ТУили на 5÷10 ºС выше.

Величину ступени рекомендуется выбирать10÷15 ºС. Максимальная температура кристалла не должна превышать 150˚С.54Электрический режим для испытаний устанавливается равным предельно-допустимому режиму, установленному в ТУ для испытаний на безотказность.Допускается для ступенчатого повышения температуры перехода ужесточать электрический режим на второй и последующих ступенях, если ужесточение режима приведет к увеличению рассеиваемой мощности и увеличению температуры перехода и не приведет к развитию механизмов отказовсущественно ускоряемых напряжением и током.Однако, учитывая то, что при переходе на проектные нормы 0,6÷0,13мкм и менее значительно уменьшаются напряжения и токи, то увеличениерассеиваемой мощности и температуры практически не большое.Длительность испытаний на каждой ступени участка должна быть неменее 24 ч.

На начальных ступенях рекомендуется устанавливать длительность испытаний 96÷168 ч.После каждой ступени измеряют параметры. Возможно измерение дополнительных параметров не указанных в ТУ и проведение оценки результатов испытаний по условным нормам.При наличии на любой ступени двух и более отказов приращение температуры окружающей среды (или перехода) для следующей ступени должнобыть уменьшено в 1,5÷2 раза.Испытания продолжают до достижения не менее 50% отказов.Учитывая то, что микросхемы прошедшие ЭТТ обеспечивают высокуюбезотказность, то достижение 50% отказов потребует весьма длительных испытаний.

Если при заданных режимах это возможно.552.2.3ОпределениезначенияэнергииактивациипорезультатамэлектротермотренировкиЕсли результатов испытаний выборок СБИС недостаточно для достоверной оценки значений Еа, возможно использование результатов электротермотренировки нескольких партий при ступенчато возрастающей нагрузке.Испытания и оформление результатов испытаний проводят в соответствии со следующей методикой:Определение значения энергии активации по результатамэлектротермотренировки при ступенчато возрастающей нагрузкеИспытания проводят на партии или выборке из партии СБИС объемомне менее 600 шт.Испытания проводят в предельно допустимом электрическом режиме,установленном в ТУ для испытаний на безотказность.

Испытания проводят вдва этапа. Продолжительность первого этапа (t1) не менее 168 ч., продолжительность второго этапа (t2) не менее 72 ч.Температура окружающей среды на первом этапе устанавливается равной повышенной температуре, указанной в ТУ для проведения ЭТТ или испытаний на безотказность при 125°С.

Температура окружающей среды навтором этапе устанавливается на 15-25°С выше, чем на первом этапе в пределах ранее определенной области допустимого форсирования.Контроль параметров-критериев годности проводят перед началом испытаний, через 48 ч. (t11), по окончании второго этапа (t2).Обработку результатов испытаний проводят в следующем порядке:1. Определяют накопленное число отказов:d11 - за время t11; d12- за время с начала испытаний до окончания первого этапа t12 ; d2 — за время с начала испытаний до окончания второго этапаt2 ( включая отказы d11, d12). Отказы, связанные с нарушением работы испыта-56тельного оборудования, ошибки операторов, а также вызванные грубымипроизводственными дефектами, в расчетах не учитывают.2.

Для моментов времени испытаний t11, t12, t2 определяют накопленнуюдолю отказов по формулам 2.1-2.3.F11F12F2dn11 pd,12 pnd2pn(2.1),(2.2),(2.3)где d11p, d12p, d2p – верхние доверительные границы накопленного числа отказов к моментам времени t11, t12, t3 при доверительной вероятности Р = 0,6 [72,73].3. По значениям F11, F12, t12, t11 определяют параметр формы распределения отказов во времени (β) по формуле, представленной в 2.4.1 1 ln ln  ln ln 1  F 11 1  F 12 ln t,(2.4)11t124.

По значениям F12, F2, t12, t2, β определяют значение энергии активациипо формуле 2.5.11  ln 1  F 12 t1ln   Ea   t 2  ln 1  F 2   ln 1  F 12  ,11 Т273273Т пер.2 пер.18,6 *10 5(2.5)где Тпер.1 и Тпер.2 — температура перехода СБИС при испытаниях напервом и втором этапах соответственно, °С.5. В случае если расчеты по п.4 показывают, что Еа > 1,0 эВ, то приоценке коэффициента ускорения используют значение Еа = 1,0 эВ.6.

В случае если виды и механизмы отказов, выявленные на первом ивтором этапах, существенно отличаются, то проводят новые испытания. Приэтом испытываемая партия должна пройти предварительную ЭТТ в течение5748-96 ч., продолжительность этапов испытаний увеличивается, а разница втемпературах уменьшается.Поскольку ограничение температуры кристалла в [1] установлено150 ºС, то в п.1.2 увеличение температуры на втором этапе устанавливается25 ºС. Накопленных данных по ЭТТ СБИС за 5 лет не достаточно.2.2.4 Определение значения энергии активации на основе параллельныхвыборок в различных режимахЗначение энергии активации (Еа) определяют путем проведения параллельных испытаний выборок в различных режимах с последующей математической обработкой результатов испытаний.Испытаниям подвергают не менее трех выборок объемом в соответствиис [1].

Рекомендуется объем выборки при испытаниях в режиме, близком кпредельно допустимому по ТУ, увеличить в Ку раз, где Ку – ориентировочноезначение коэффициента ускорения по сравнению с максимальным выбранным режимом.Испытания проводят не менее чем при трех значениях Тпер. Минимальное значение берут 125˚С – температура испытаний на безотказность, максимальное значение Тпер. берут 150˚С – допустимая температура для кристалла.Остальные значения выбирают между этими температурами.Продолжительность испытаний должна быть такой, чтобы накопленнаядоля отказов в каждой выборке достигала 20-40 %. Для этого рекомендуетсяустанавливать условные нормы на ПКГ более жёсткие, чем нормы в ТУ дляиспытаний на безотказность, и условные нормы на дополнительные параметры.

Для СБИС рекомендуется дополнительно в качестве критерия отказаустанавливать потерю функциональности СБИС на границе области наихудших режимов функционирования. Эту область определяют на основе оценки58наихудшего сочетания значений питающих напряжений, амплитуды и частоты входных сигналов, нагрузки и температуры, при которых СБИС ещефункционируют, а за пределами – перестают функционировать. При этом невозникает необратимой потери работоспособности, т.е. в номинальных режимах по ТУ СБИС полностью восстанавливают свою работоспособность.Контроль параметров и функционирования СБИС проводят перед началом и в процессе испытаний. Рекомендуется в процессе испытаний контролировать параметры и (или) функционирование СБИС без изъятия СБИС изиспытательного стенда.Периодичность измерения параметров рекомендуется устанавливать сучётом жесткости режима так, чтобы по возможности точнее фиксироватьмоменты отказов СБИС.Результаты испытаний и расчётов заносят в таблицу 2.1.Таблица 2.1 – Результаты испытанийzTпер.zQпер.ztznzdzqztizyizxzμz12...SОбозначения:z - номер режима испытаний;S - общее количество режимов испытаний;Tпер.z и Qпер.z - температура перехода соответственно в градусах Цельсия иКельвина (Qпер = Тпер+273);Tz - полное время испытаний в z-режиме,ч;nz - объем выбоки, шт.;59dz - количество отказов (должно быть одинаковым в каждом режиме приодинаковых испытываемых выборках), шт.;qz - накопленная доля отказов (должна быть одинакова в каждом режиме), %;tiz - время наработки до отказа i-й СБИС в z-режиме, ч;yiz = ln tiz - зависимая переменная (функция времени);310x Qz- независимая переменная (функция режима);пер.

zdzydi 1iz- математическое ожидание логарифма времени наработки доzотказа.Для каждого режима «z» приводится столько значений tiz и yiz, сколькоотказов было зафиксировано в данной выборке.Значение Еа определяют, используя данные таблицы, из соотношения,представленного в формуле 2.6.Еа=8,62*10-2ß1 ,(2.6)где ß1 — коэффициент регрессии. Характеризующий наклон линии регрессии.Коэффициент регрессии определяется по формуле 2.7.  x   S     x 1S1z 1zzSz 1z1 SxxzzS  z 1 z 1SSz 12z.(2.7)2При выявлении в процессе испытаний нескольких механизмов отказоврасчёты проводят отдельно по каждому механизму отказа, при этом объемиспытаний должен быть достаточным для наличия не менее четырех отказов,обусловленных каждым из механизмов отказов.

В этом случае определяютэнергию активации (Еа) по каждому механизму отказа и в дальнейшемрасчеты общего коэффициента ускорения проводят с учётом доли отказов поотдельным механизмам в общем потоке отказов в соответствии срекомендациями, изложенными в разделе 1.2.60Метод может быть использован для определения энергии активации дляотдельных механизмов отказов (Еа) на основе испытаний тестовых структур,соответствующих элементам СБИС, в которых развиваются исследуемыемеханизмы отказов.На основании рассмотренного выше метода можно сделать следующиезаключения:1.Испытаниям подвергают не менее трех выборок объемом в соот-ветствии с [1].2.