Смекни!
smekni.com

Розрахунок показників надійності інтегральних схем (стр. 3 из 3)

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.