Смекни!
smekni.com

Оценка теплового режима ИМС Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам (стр. 2 из 2)

из-за дефектов, обусловленных диффузией (для одной стадии)

;

из-за дефектов металлизации (на 1 мм2 площади)

;

из-за дефектов оксида (на 1 мм2 площади)

;

из-за дефектов от посторонних включений в корпусе (на 1 мм2 площади кристалла)

;

из-за поверхностных и структурных дефектов кристалла (на 1 мм2 площади кристалла)

из-за некачественного крепления кристалла

;

из-за обрыва термокомпрессионного сварного соединения

;

из-за повреждения корпуса

(для пластмассового корпуса) и
(для металлокерамического корпуса).

По этим значениям можно определить интенсивности отказов активных и пассивных элементов и элементов конструкции полупроводниковых ИМС с учетом стадийности диффузионных или других высокотемпературных процессов, реальных площадей элементов, металлизации и кристалла.

Поэтому в качестве компонентов ненадежности используют элементы структуры и конструкции полупроводниковой ИМС, значения интенсивностей отказов которых определяются выражениями:

(4)
(5)
(6)

где

,
,
— интенсивности отказов элементов (транзистора, диода, диффузионного резистора, диффузионной перемычки или шины), металлизации и кристалла соответственно;
— число стадий диффузии при формировании того или иного элемента;
,
,
— площади (в мм2) элемента, металлизации и кристалла соответственно.

К компонентам ненадежности относится также корпус и соединения, характеризующиеся значениями

и
. Только после такого определения расчет можно свести, как и в случае гибридных ИМС, к суммированию интенсивностей отказов отдельных компонентов ненадежности с учетом поправочных коэффициентов на величину электрической нагрузки и состояние окружающей среды.

В данном случае интенсивность отказов

полупроводниковых ИМС с учетом того, что время появления внезапных отказов распределено по экспоненциальному закону, определяется выражением
(7)

где т — число групп элементов;

ni — число элементов данного типа с одинаковым режимом работы;

— поправочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей температуры и электрической нагрузки;

— поправочный коэффициент, учитывающий механические воздействия, относительную влажность и изменение атмосферного давления;

— интенсивность отказов элементов структуры (транзисторов, диодов, резисторов), металлизации, кристалла и конструкции (соединений, корпуса).

Порядок расчета надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам физическим методом следующий.

1. По заданной принципиальной электрической схеме и разработанной топологии определяют число ni структурных элементов каждого типа и число т, mi типов элементов.

2. По топологии и маршрутной карте технологического процесса изготовления полупроводниковой ИМС определяют число диффузий

для изготовления структурных элементов каждого типа.

3. По топологии определяют площади структурных элементов каждого типа

,
и площадь кристалла
.

4. Используя данные по интенсивностям отказов элементов структуры и конструкции, по выражениям (4) — (6) определяют значения

для элементов каждого типа.

5. По заданным электрическим параметрам и принципиальной электрической схеме производят расчет электрического режима и определяют коэффициенты нагрузки kHi для активных и пассивных элементов (как при расчете гибридных ИМС). Коэффициент нагрузки kНМi наиболее нагруженных проводников металлизации (шины питания, сигнальные выходные шины и др.) определяют из выражения

(8)

где

— ток через i-й проводник металлизации;
и
— ширина и толщина проводника металлизации;
— допустимая плотность тока через проводник металлизации.

6. Для заданной температуры и рассчитанных значений kнi по графикам рис. 6 и 8 определяют значения поправочных коэффициентов

(
,
,
и
).

7. По заданным условиям эксплуатации выбирают поправочные коэффициенты k1k2, и определяют ki = k1k2k3.

8. По полученным в п. 1, 4, 6 и 7 данным и выражению (7) рассчитывают интенсивность отказов

ИМС.

Для заданного времени t рассчитывают вероятность безотказной работы ИМС

(9)

ЛИТЕРАТУРА

1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.

2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.

3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с.

4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с.

5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.

6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.