2. РОЗРАХУНОК ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ
2.1 Вихідні дані:
- система відбраковочних випробувань по ГОСТ 18725 (з ЕТТ);
- тип корпуса 2121.28-5;
- площина кристала 10 мм2;
- спосіб прикріплення кристала до основи корпуса – клей;
- матеріали термокомпресійних з’єднань – Al;
- кількість термокомпресійних з’єднань – 28.
Для розрахунку інтенсивності відмов елементів кристала задаються:
- степінь інтеграції ІС – ІІІ.
- використовуємий активний елемент – біполярний транзистор;
- вид ізоляції елементів ІС – ДИКЕД;
- температура, для якої розраховується інтенсивність відмов – 300С;
- матеріал для металізації – Al;
- коефіцієнт навантаження по струму =1.4;
- коефіцієнт навантаження по напрузі =0.2, =10 В;
- механізми відмов і відносні долі імовірності відмови із-за окремого механізму відмови:
а) руйнування металізації внаслідок електроміграції, ,
б) зарядова нестабільність в шарі окислу та на границі окисла з напівпровідником, ,
в) електричний пробій окисла, p-n переходу, ,
г) витік по поверхні поміж дифузійними шипами, ;
- вид і товщина під затворного діелектрика – SiO2, ;
- значення імовірності безвідмовної роботи для розрахунку гамма-відсоткового напрацювання до відмови, .
Для розрахунку відмов міжелементних з’єднань:
- кількість різнонавантажених дільниць металізації, ;
- електричне навантаження дільниць металізації, яке характеризується значеннями , , .
- ширина металізованої доріжки - .
2.2 Розрахунки.
Розрахунок показників надійності інтегральної схеми проведемо за допомогою математичною програми MathCAD.
2.2.1 Для кількісної оцінки прискорюючого фактора вводиться поняття загального коефіцієнта прискорення :
(2.1)
де – доля імовірності відмови ІМС в загальному потоці відмов внаслідок розвинення механізму відмови при нормальних умовах і режимі роботи;
– коефіцієнт прискорення механізму відмови.
Якщо механізм відмови інтенсифікується декількома прискорюючими факторами, то коефіцієнт представляє собою добуток коефіцієнтів прискорення всіх діючих факторів.
В нашому випадку діють 4 механізма відмов.
а) при руйнуванні металізації внаслідок електроміграції .
(2.2)
(2.3)
де – енергія активації для алюмінієвої металізації;
– коефіцієнт, характеризуючий навантаження по температурі;
– стала Больцмана;
– коефіцієнт навантаження по струму.
б) при зарядовій нестабільності в шарі окисла і на межі окисла з напівпровідником .
(2.4)
(2.5)
де ;
(2.6)
де
– для біполярних структур.
в) при електричному пробої окисла, p-n перехода .
(2.7)
(2.8)
де ;
(2.9)
де .
г) при витоку поміж дифузійними шипами .
(2.10)
(2.11)
де .
2.2.2 Розрахунок інтенсивності відмов ІС.
Розрахунок інтенсивності відмов ІС передбачає використання інформації про надійність аналогічних елементів серійно випускаємих ІС, включаючи залежність показників надійності від впливу прискорюючих факторів (температура, електричний режим) і технології виготовлення.
При розрахунку передбачається, що відмова будь-якого елемента призведе до відмови ІС, і для розрахунку інтенсивності відмов ІС () використовується загальна модель виду:
(2.12)
де – коефіцієнт виду приймання, який характеризує систему відбраковочних випробувань;
– інтенсивність відмов конструктивних елементів;
– інтенсивність відмов елементів кристалу;
– інтенсивність відмов міжелементних з’єднань.
Інтенсивність відмов конструктивних елементів кристала знайдемо за формулою:
(2.13)
де – коефіцієнт, який залежить від площі кристала;
– кількість термокомпресійних з’єднань;
– інтенсивність відмов корпуса;
– інтенсивність відмов з’єднання кристала з основою корпуса;
– інтенсивність відмов термокомпресійного з’єднання.
Інтенсивність відмов елементів кристала.
(2.14)
де – коефіцієнт режиму;
– задається в залежності від використовуємого діелектрика.
;
.
Розрахунок інтенсивності відмов міжелементних з’єднань.
(2.15)
де – інтенсивність відмов металізації одиничної площі;
;
;
.
2.2.3 Розрахунок імовірності безвідмовної роботи при постійній інтенсивності відмов.
Під імовірністю безвідмовної роботи розуміється імовірність того, що в межах заданого часу напрацювання відмова не виникає. Конкретне чисельне значення імовірності безвідмовної роботи може бути розраховане тільки для заданого часу напрацювання t, під час якого можливе виникнення відмови.
(2.16)
де .
.
2.2.4 Розрахунок середнього гамма-відсоткового напрацювання до відмови при постійній інтенсивності відмов.
.
.
ВИСНОВКИ
В ході виконання курсової роботи були вивчені основні механізми відмов напівпровідникових приладів. А саме: відмови при руйнуванні металізації внаслідок електроміграції, при зарядовій нестабільності в шарі окислу та на межі окисла з напівпровідником, при електричному пробої окисла та p-n переходу, при витоку по поверхні по між дифузійними шипами.
Також були проведені розрахунки основних показників надійності інтегральних схем.
Інтенсивність відмов ІС: ;
Імовірність безвідмовної роботи при постійній інтенсивності відмов: ;
Середнє гамма-відсоткове напрацювання до відмови при постійній інтенсивності відмов: .
ЛІТЕРАТУРА
1. Д’Орль Ф. Электродиффузия и отказы в электронике. – ТИИЭР. – 1972. 216 с.
2. Ефимов И.Е., Кальман И.Г., Мартынов В.И. Надежность твердых интегральных схем. – М., Сов. Радио, 1976. – 320 с.
3. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. – М.: Сов. Радио, 1975. – 472 с.
4. Мазель Е.З., Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов. – М.: Энергия, 1974. – 384 с.
5. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. – М.: Высшая школа, 1970. – 270 с.
6. Чернышев А.А. основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. – М.: Радио и связь, 1988. – 256с.
Додаток А
Залежність безвідмовної роботи P(t) від часу напрацювання t.