电子元器件加速寿命试验方法的比较VIP免费

第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共6页电子元器件加速寿命试验方法的比较刘婧，吕长志，李志国，郭春生，冯士维（北京工业大学电子信息与控制工程学院可靠性实验室，北京100022）1引言加速寿命试验分为恒定应力、步进应力和序进应力加速寿命试验。将一定数量的样品分成几组，对每组施加一个高于额定值的固定不变的应力，在达到规定失效数或规定失效时间后停止，称为恒定应力加速寿命试验（以下简称恒加试验）；应力随时间分段增强的试验称步进应力加速寿命试验（以下简称步加试验）；应力随时间连续增强的试验称为序进应力加速寿命试验（以下简称序加试验）。序加试验可以看作步进应力的阶梯取很小的极限情况。加速寿命试验常用的模型有阿伦尼斯（Arrhenius）模型、爱伦（Eyring）模型以及以电应力为加速变量的加速模型。实际中Arrhenius模型应用最为广泛，本文主要介绍基于这种模型的试验。Arrhenius模型反映电子元器件的寿命与温度之间的关系，这种关系本质上为化学变化的过程。方程表达式为式中：为化学反应速率；E为激活能量（eV）；k为波尔兹曼常数0.8617×10-4eV/K；A为常数；T为绝对温度（K）。式⑴可化为式中：式中：F0为累计失效概率；t(F0)为产品达到某一累计失效概率F(t)所用的时间。算出b后，则式⑵是以Arrhenius方程为基础的反映器件寿命与绝对温度T之间的关系式，是以温度T为加速变量的加速方程，它是元器件可靠性预测的基础。2试验方法2.1恒定应力加速寿命试验目前应用最广的加速寿命试验是恒加试验。恒定应力加速度寿命试验方法已被IEC标准采用[1]。其中3.10加速试验程序包括对样品周期测试的要求、热加速电耐久性测试的试验程序等，可操作性较强。恒加方法造成的失效因素较为单一，准确度较高。国外已经对不同材料的异质结双极晶体管第2页共6页第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共6页（HBT）、CRT阴极射线管、赝式高电子迁移率晶体管开关（PHEMTswitch）、多层陶瓷芯片电容等电子元器件做了相关研究。Y.C.Chou等人对GaAs和InPPHEMT单片微波集成电路（MMIC）放大器进行了恒加试验[2]。下面仅对GaAsPHEMT进行介绍，InPPHEMT同前。对于GaAsPHEMTMMIC共抽取试验样品84只，分为三组，每组28只，环境温度分别为T1=255℃，T2=270℃，T3＝285℃，所有参数均在室温下测量。失效判据为44GHz时，|ΔS21|>1.0dB。三个组的试验结果如表1所示，试验数据服从对数正态分布。表中累计失效百分比、中位寿命、对数标准差（σ）均由试验数据求得。其中累计失效百分比＝每组失效数/（每组样品总数＋1）；中位寿命为失效率为50%时的寿命，可在对数正态概率纸上画寿命-累计失效百分比图得出：σ≈lgt（0.84）-lgt（0.5）。由表1根据恒定应力加速寿命试验结果使用Origin软件可画出图1。图中直线是根据已知的三个数据点用最小2乘法拟合而成，表示成y=a+bx。经计算y＝-12.414+8.8355x，代入沟道温度T0＝125℃，求其对应的x0，x0=1000/（273+125）=2.512562第3页共6页第2页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共6页MTTF=lg-1y（x0）=6.1×109h拟合后直线的斜率b为8.8355×103，则激活能Ea=2.303bk≈1.7eV因此，沟道温度为125℃时，估计GaAs的MTT大于1×108h，激活能为1.7eV。2.2步进应力加速寿命试验步加试验时，先对样品施加一接近正常值的应力，到达规定时间或失效数后，再将应力提高一级，重复刚才的试验，一般至少做三个应力级。步进应力测试条件见表2。FrankGao和PeterErsland对SAGFET进行了步加试验[3]。温度从150～270℃划为六级，每70h升高25℃；沟道温度约比环境温度高30℃。总试验时间约400h。根据Arrhenius模型[4]式⑶可化为将式⑷看作y=a+bx，式中：，则根据试验数据做温度的倒数——某参数改变量（本试验选取Idss，Ron等），即关系。拟合后，斜率b可直接读出，乘以k可得激活能。本文估算出Ea=1.4eV，再由MTTF（T0）=MTTF（T1）×exp[Ea（T1-T0）/kT1T0]由试验得到某一高温时器件的MTTF（T1），进而可得到样品在125℃时的寿命大于107h。这个结果和...