М. Горлов, А. Строгонов

Геронтология кремниевых интегральных схем. Часть 3

Прогнозирование стойкости ИС к длительным механическим воздействиям

С целью изучения влияния механических нагрузок на поведение параметров кремниевых логических ИС были проведены ресурсные испытания на одиночные и многократные удары ИС типа 134ЛБ1А в количестве 20 шт. на каждый вид испытания. За один удар принимается удар в двух направлениях — перпендикулярно и параллельно плоскости кристалла. Всего произведено 30000 многократных ударов с пиковым ударным ускорением 150g и 300 одиночных ударов с ускорением 1000g [1]. До и после каждых 10 одиночных и 2000 многократных ударов проводился замер статических электрических параметров. При многократных ударах длительность импульса составляла 3 мс, форма импульса — полуволна синусоиды. Испытания показали, что наибольшей деградации подвержены выходные напряжения низкого (U_OL) и высокого (U_OH) уровней. Катастрофиче-ских отказов не было, но наблюдался обрыв внешних выводов корпусов, что объясняется многократной загрузкой и выгрузкой ИС в испытательные и измерительные кассеты.

Проведённый регрессионный анализ показал отсутствие функциональной связи между механическими воздействиями (ударами) и процессом деградации параметров. Экспериментальные данные не удаётся однозначно описать детерминированной компонентой так же, как и в случае при испытаниях на долговечность, что говорит о вероятностной природе процесса деградации.

Рис. 1. Прогноз поведения параметра U_OL типа 134ЛБ1 до наступления параметрического отказа при ресурсных испытаниях на стойкость к одиночным ударам: 1 - наихудшие значения по прогнозу модели АРПСС(0,1,1); 2 - средние значения по прогнозу модели АРПСС(1,1,0)

По данным ресурсных испытаний проведено прогнозирование стойкости ИС типа 134ЛБ1 по средним и наихудшим значениям параметров U_OL и U_OH в выборке к воздействию одиночных ударов до наступления параметрических отказов с использованием моделей АРПСС (рис. 1 и 2). Прогнозы построены с учётом верхних и нижних значений 90-% доверительных интервалов. В таблице приведена сводка различных моделей АРПСС, подогнанных для различных рядов деградации параметров U_OL и U_OH при воздействии одиночных и многократных ударов [2]. Для получения интервалов отсчёта через 1000 ударов в случае многократных ударов, недостающие значения были получены аппроксимацией линейной регрессией. В таблице также приведена прогнозируемая стойкость ИС к воздействию одиночных и многократных ударов по наихудшим и средним значениям параметров U_OL, U_OH при ужесточении критерия отказа до 0,19 В, вместо 0,3 В по ТУ для параметра U_OL, и до 2,95 В, вместо 2,4 В для параметра UOH, соответственно. Прогнозируемое число ударов включает испытываемое число плюс прогнозируемое.

Рис. 2. Прогноз поведения параметра U_OH ИС типа 134ЛБ1 до наступления параметрического отказа при ресурсных исаытаниях на стойкость к одиночным ударам: 1 - средние значения по прогнозу модели АРПСС (1,2,0); 2 - наихудшие значения по прогнозу модели АРПСС (2,2,0)

Сравнение полученных результатов с результатами испытаний на долговечность позволило сделать следующие выводы:

1. Процесс деградации параметров U_OL и U_OH ИС типа 134ЛБ1 при ресурсных испытаниях на стойкость к воздействию механических факторов носит нестационарный временной характер и может быть описан случайными временными рядами.
2. Установлено, что процесс деградации наихудших значений параметров ИС типа 134ЛБ1 при механических воздействиях адекватно описывается моделью АРПСС(0,d,q) для параметра U_OL и моделью АРПСС(p,d,0) — для U_OH, применяемыми для прогнозирования процесса деградации наихудших значений параметров U_OL и U_OH ИС типа 106ЛБ1, 134ЛБ1, 134РУ6, 1804ИР1 и 582ИК1 при испытаниях на долговечность в течение 25–130 тыс.ч., что позволяет сделать вывод об отсутствии направленного процесса деградации рассматриваемых параметров высоконадёжных биполярных ИС в условиях механических и длительных испытаний на долговечность.
3. По результатам ресурсных испытаний ИС типа 134ЛБ1 (при ужесточённых критериях параметрических отказов) на стойкость к воздействию 300 одиночных ударов прогнозируемое дополнительное число одиночных ударов составит не менее 370, а по результатам при 30000 многократных ударах — не менее 120000 одиночных.
4. Аппроксимация недостающих значений приводят к тому, что ряд становится “гладким”, как в случае, например, применения кубических сплайнов или “резким”, например, при заполнении пропусков прогнозами значений линейной регрессии, а это, в свою очередь, ведёт к неоднозначности подбора модели АРПСС. Найти универсальные модели по параметрам U_OL и U_OH ИС достаточно сложно. Поэтому необходимо прибегнуть к методу нескольких прогнозов, сделанных с помощью разных моделей АРПСС. Тем не менее, использование АРПСС-моделей позволяет с высокой степенью достоверности подтвердить гарантийную наработку исследуемых ИС.

Таблица. Сводка моделей АРПСС, идентифицированных для временных рядов деградации параметров U_OL и U_OH ИС типа 134ЛБ1 при ресурсных испытаниях на стойкость к одиночным и многократным ударам

*) - по верхней для параметра U_OL и нижней для параметра U_OH границам 90-% доверительного интервала.

Литература

1. Горлов М.И., Строгонов А.В. Стойкость ИС серии 134 к ресурсным испытаниям на многократные удары // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. науч.-техн. семинара (Москва, 20-25 ноября 1995 г.). — М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова. — 1996. — С. 247–249.
2. Горлов М.И., Строгонов А.В., Мартынов В.В., Башкатов М.В. Влияние длительных механических воздействий на дрейф электрических параметров ИС серии 134 // Изв. вузов. Электроника. — 1999. — № 6. — С. 55–60.

Тел.: (0732) 77 3714
E-mail: mart@fil1.vrn.ru