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  • 元器件老煉試驗相關技術

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    PCT

    一、概念

    試驗使用設備為丹泊儀器研發生產的鹽霧腐蝕試驗箱、高低溫試驗箱、恒溫恒濕試驗箱、三綜合四綜合試驗箱、高低溫低氣壓試驗箱、PCT老化箱等環境試驗箱儀器設備。老煉試驗也稱“老化試驗”,是指在一定的環境溫度下、較長的時間內對元器件連續施加一定的電應力,通過電-熱應力的綜合作用來加速元器件內部的各種物理、化學反應過程,促使隱藏于元器件內部的各種潛在缺陷及早暴露,從而達到剔除早期失效產品的目的。


    二、作用

    1.對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熱點等都有較好的篩選效果。

    2.對于無缺陷的元器件,老煉也可促使其電參數穩定。


    三、半導體器件常用的老煉篩選方法

    1.常溫靜態功率老煉

    常溫靜態功率老煉就是使器件處在室溫下老煉。半導體的PN結處于正偏導通狀態,器件老煉所需要的熱應力,是由器件本身所消耗的功率轉換而來的。由于器件在老煉過程中受到電、熱的綜合作用,器件內部的各種物理、化學反應過程被加速,促使其潛在缺陷提前暴露,從而把有缺陷的器件剔除。這種老煉方法無需高溫設備,操作也很簡便,因此被普遍采用。在器件的安全范圍內,適當加大老煉功率(提高器件結溫)可以收到更好的老煉效果,并且可以縮短老煉時間。

    為了使老煉取得滿意的效果,應注意下面幾點:

    ① 老煉設備應有良好的防自激振蕩措施。

    ② 給器件施加電壓時,要從零開始緩慢地增加,去電壓時也要緩慢地減小,否則電源電壓的突變所產生的瞬間脈沖可能會損傷器件。老煉后要在標準或規范規定的時間內及時測量,否則某些老煉時超差的參數會恢復到原來的數值。

    ③ 為保證晶體管能在最高結溫下老煉,應準確測量晶體管熱阻。

    對于集成電路來說,由于其工作電壓和工作電流都受到較大的限制,自身的結溫溫升很少,如不提高環境溫度很難達到有效地老煉所需的溫度。因此,常溫靜態功率老煉只在部分集成電路(線性電路和數字電路)中應用。

    2.高溫靜態功率老煉

    高溫靜態功率老煉的加電方式及試驗電路形式均與常溫靜態功率老煉相同,區別在于前者在較高的環境溫度下進行。由于器件處在較高的環境溫度下進行老煉,集成電路的結溫就可達到很高的溫度。因此,一般說來,集成電路的高溫靜態功率老煉效果比常溫靜態功率老煉要好。

    我國軍用電子元器件標準中明確規定集成電路要進行高溫靜態功率老煉,具體條件是:在產品標準規定的額定電源電壓、額定負載、信號及線路下進行老煉。老煉條件是:125±3 ℃,168 h(可根據需要確定)。老煉過程中至少每8 h監測一次。

    3.高溫反偏老煉

    在高溫反偏老煉中,器件的PN結被同時加上高溫環境應力和反向偏壓電應力,器件內部無電流或僅有微小的電流通過,幾乎不消耗功率。這種老煉方法對剔除具有表面效應缺陷的早期失效器件特別有效,因而在一些反向應用的半導體器件老煉中得到廣泛的應用。

    4.高溫動態老煉

    高溫動態老煉主要用于數字器件,這種老煉方法是在被老煉器件的輸入端由脈沖信號驅動,使器件不停地處于翻轉狀態。這種老煉方法很接近器件的實際使用狀態。

    高溫動態老煉有兩種基本試驗電路:串聯開關和并聯開關試驗電路。

    (1)串聯開關試驗電路又稱“環形計數器”電路。其特點是:把全部受試器件的輸出輸入端串聯起來,組成一個環形計數電路。由于前級的輸出就是后一級的輸入,即后一級就是前一級的負載,這就無須外加激勵信號和外加負載,故設備簡單,容易實現。缺點是任一被試器件失效,都會使整個環形系統停止工作,使試驗中。直到換上新的試驗電路或短接有問題的器件,試驗才恢復正常。

    (2)并聯開關試驗電路的特點是,被測器件與激勵電源相并聯,因此每個被試器件都能單獨由外加的開關電壓來驅動,每個被試器件的輸出端均可接一模擬最大值的負載,從而克服了串聯開關老煉的缺點。

    高溫動態老煉的試驗條件一般是在最高額定工作溫度和最高額定工作電壓下老煉168~240 h。例如:民用器件通常為幾小時,軍用高可靠性器件可選擇100~168 h,宇航級器件可選擇240 h甚至更長的周期。


    四、元件的老煉

    1.電阻元件老煉試驗一般按照規范的要求施加功率和溫度環境,要特別注意的是老煉是否有散熱的要求。

    2.電容器老煉試驗一般采用高溫電壓老煉。這種方法是:在電容器最高額定工作溫度下施加額定電壓,持續96~100 h,以剔除因介質有缺陷而造成擊穿和短路的產品。例如,有機薄膜電容器介質中的針孔、疵點和導電微粒,在高溫電壓老煉中會導致電容器短路失效;有嚴重缺陷的液體鉭電解電容器在高溫電壓老煉時,流經缺陷處的短路電流很大,使產品溫度驟然升高。電解質與焊料迅速氣化,使壓力達到足以使產品遭到破壞的程度。

    對于沒有潛在缺陷的電容器,高溫電壓老煉能消除產品中的內應力,改善介質性能,提高電容器的容量穩定性。高溫電壓老煉能使介質有缺陷的金屬化紙介(或塑料箔膜)電容器產生“自愈”,恢復其性能。


    五、高溫老煉注意事項

    1.各種元器件的電應力選擇要適當,可以等于或稍高于額定條件,但應注意高于額定條件不能引入新的失效機理。例如,有些元器件負荷瞬時超過最大額定值時會立即劣化或擊穿,即使一些劣化的器件以后能暫時工作,其壽命也將會縮短。

    2.經過高溫老煉試驗后要求殼溫冷卻到低于35 ℃時才允許給器件斷電。由于在高溫無電場作用下,可動離子能作無規則運動,使得器件已失效的性能恢復正常,從而可能會掩蓋其曾經失效的現象。

    3.老煉試驗后的測試一般要求在試驗結束后96 h內完成。


    2018年11月28日 15:07
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