第1页共8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8页电子元器件加速寿命试验方法的比较介绍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试验方法第2页共8页第1页共8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8页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(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,第3页共8页第2页共8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8页代入沟道温度T0=125℃,求其对应的x0,x0=1000/(273+125)=2.512562MTTF=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℃。总试验时第4页共8页第3页共8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4页共8页间约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。这个结果和常应...