用于电子元器件的温度应力极限评估方法

摘要

一种用于电子元器件的温度应力极限评估方法，包括如下步骤：对样本进行筛选；对样本进行初始电测试，各项指标参数应当满足详细规范；对样本分为两组：控制组和测试组；控制组用于与测试组进行对比。当对测试组的样品进行电测试的时候，控制组的样品也需要进行电测试。对测试组样品施加步进温度应力，进行温度应力极限评估试验；数据分析并得出结论。本发明的有益效果是：采用温度步进方式进行极限评估试验，得到的器件极限能力更逼近真实值。可以暴露元器件有效失效模式，以便改进器件设计。给出了方法探测元器件承受应力的限度和范围，满足更高的宇航元器件可靠性要求。掌握元器件实际能力与规范描述之间的裕度，保证了选用元器件的高可靠性。

主权项

一种用于电子元器件的温度应力极限评估方法，包括以下步骤：步骤1，样品选取；步骤2， 对样本进行初始电测试，各项指标参数应当满足详细规范；步骤3，将样本分为两组：对比组和实验组；对比组用于与实验组进行对比，当对实验组的样品进行电测试的时候，对比组的样品也需要进行电测试；步骤4，对实验组样品施加温度应力，进行温度应力极限评估实验；步骤5，数据分析并得出结论；其特征在于：所述的步骤4需要先确定以下参数：确定施加温度起始点，温度起始点设置在20℃至30℃范围或者在实验样品可靠性有充分保证的前提下，可以设置为接近规范极限的温度；确定温度应力的上下限：温度应力的下限选取不高于元器件详细规范中规定的最低温度；温度应力的上限选取不低于元器件工作环境中可能遇到的最高温度应力；确定温度的步进增量或减量，刚刚开始升温或降温时，选取的初始温度步长增量或初始温度步长减量稍大；当施加温度达到元器件规范极限后，温度步长增量或减量减小；确定温度应力施加停留时间，保持时间最小为10分钟，确保样品的温度达到预设温度；在温度应力实验参数已经确定的前提下，步骤4具体包括以下过程：步骤4‑1，将元器件放入测试设备；步骤4‑2，将测试设备调至指定温度；步骤4‑3，待测试设备达到指定温度后，停留至少10min，以保证元器件达到该温度；步骤4‑4，对元器件进行电测试；步骤4‑5，记录元器件电测试数据，判断元器件是否失效；步骤4‑6，如果元器件失效，对元器件进行失效分析；步骤4‑7，当有50%的元器件探测到所需极限时，实验中止，否则调整温度应力后实验继续；如果所述的电子元器件为GaAs微波单片集成功率放大器电路芯片，其频率范围覆盖8.5—11GHz，小信号增益大于15dB；其待测参数为输出功率、漏电流、信号增益值以及效率；在进行实验之前，先确定以下参数：本实验为高温实验，且起始温度为20℃；温度步进量距离研制方给定的产品规范极限温度较远时取初始步进温度值为10℃每步；当温度接近于研制方给定的规范极限温度时取后期步进温度值5℃每步，保温时间每步设定为10分钟，温度步进应力持续增加，直到达到高温极限温度，高温的极限温度以实验样品出现可恢复故障的温度或温度实验箱极限值为止；在确定实验项目参数后进行以下内容：芯片样品在实验和测试中电源电压始终保持在详细规范规定值上，即V_d=8V，V_g=‑5V，最高输入功率不超过+23dBm；高温极限评估实验中，在元器件详细规范中规定的工作温度范围内选取了9个温度点，分别为：20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、75℃、80℃、85℃；每个温度值采集一组数据，输入为微波信号输入；由于测试设备中的微波信号线难以在超过温度范围的高温下正常工作，因此从90°C开始只采集静态电流，采集范围：90°C、95°C、100°C、105°C、110°C、115°C、120°C、125°C；详细规范给出该芯片的频段为8.5—11GHz，通过对芯片测试系统进行设定，采取间隔为500MHz对整个频段的数据进行采集，为留出余量，从8GHz采集到11.5GHz：8GHz、8.5GHz、9GHz、10GHz、10.5GHz、11GHz、11.5GHz；每个频率值对应一组数据；输入信号功率采点为：10—22dBm，每隔1dBm采集一组数据；每组数据包括的关键性能指标有输入功率P_in、输出功率P_out、信号增益值Gp、效率η_add、静态电流I_d；或者若所述的电子元器件为微波固态功率管，其频率范围覆盖3.6—4.0GHz,小信号增益大于12dB；其待测参数为输出功率、漏电流、饱和电流、跨导、夹断电压、栅极截止电流；在进行实验之前，先确定以下参数：本实验为高温实验，高温实验起始温度选为25℃，下一个温度节点为30℃，步进量在温度距离研制方给定的产品规范极限温度较远时取初始温度步进值为10℃每步；当温度接近于研制方给定的规范极限温度时取后期温度步进值为5℃每步或更小，保温时间为每步设定为10分钟，高温的极限温度以实验样品出现可恢复故障的温度或温度实验箱极限值为止；在确定实验参数后进行以下内容：高温极限评估实验中，选取了34个温度点，进行交流参数测试，由于超出技术规范极限之后，获得的元器件参数仍然正常，因此为了缩短实验时间，提高实验效率，后期加大了温度步进步长，到达550℃之后测试设备已经无法承受，因此实验停止；这些温度点分别为：25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、90℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、320℃、330℃、335℃、350℃、370℃、390℃、420℃、450℃、500℃、550℃；每个温度值采集一组数据，输入为微波信号输入；高温极限评估实验中，选取了26个温度点，进行直流参数测试；由于超出技术规范极限之后，获得的元器件参数仍然正常，因此为了缩短实验时间，提高实验效率，后期加大了温度步进步长，到达260℃之后测试设备已经无法承受，因此实验停止；25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、75℃、80℃、85℃、87℃、89℃、91℃、93℃、100℃、120℃、140℃、150℃、170℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃，每个温度值采集一组数据，测试条件为直流测试条件；详细规范给出该芯片的频段为3.6—4.0GHz，为了提高实验效率并体现温度对元器件的影响，交流参数只在f=3.8GHz进行测试；输入信号功率固定为24dBm；每组交流参数中的关键性能指标有：输出功率、漏电流；每组直流参数中的关键性能指标有：饱和电流、跨导gm、夹断电压V_gs、栅极截止电流I_gss；或者若所述的电子元器件为FPGA芯片；其待测参数为核心供电静态电流、辅助供电静态电流、静态工作电流、引脚漏电流、指示灯状态、功能测试；在进行实验之前，先确定以下参数：本实验为高温实验，高温实验起始温度为60℃，步进量取5℃每步，保温时间为温度稳定时间加测试时间，本实验保温时间每步设定为10分钟；温度步进应力持续增加，直到达到高温极限温度；高温的极限温度以实验样品出现可恢复故障的温度或温度实验箱极限值为止；在确定实验参数后进行以下内容：芯片样品在实验和测试中电源电压始终保持在详细规范规定值上，即V_INT=1.200V，V_AUX=2.500V，V_IO=2.500V；高温极限评估实验中，在温度范围内每隔5℃选取1个温度点，每个温度值停留10分钟后采集一组数据，并进行功能测试；进行电特性测试，记录核心供电静态电流I_INT、辅助供电静态电流I_AUX、IO供电的静态工作电流I_IO，引脚到地漏电流I_L；进行功能测试，包括DLL功能测试，PS功能测试，BRAM全0、全1、0/1功能测试，IOB功能测试，配置功能测试；超过推荐工作条件后选取23号样品进行不加电温度步进测试，步进值25℃每步；选取26号进行加电温度步进测试，步进值5℃每步。