CC BY
57
УДК 621.382
СПОСОБЫ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ПАРТИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
ПО КАЧЕСТВУ И НАДЕЖНОСТИ
М.И. Горлов, Е.А. Антонова, Р.М. Тихонов
Предложены способ сравнительной оценки партий транзисторов по надежности и способ сравнительной оценки партий интегральных схем по стойкости к электростатическим разрядам
Ключевые слова: электростатический разряд, низкочастотный шум, качество, надежность
В первые годы выпуска интегральных схем (ИС) повышенной надежности одно из предприятий, разрабатывающих и
изготавливающих системы управления ракетнокосмического комплекса (РКК), одновременно с проведением входного контроля, заключающего в измерении основных электрических параметров, строило гистограммы распределения значений этих параметров. Партии ИС, имеющие распределение с большим запасом по электрическим параметрам, использовались для производства систем управления РКК, с худшим распределением -использовались для изготовления наземной аппаратуры. Вышесказанное - пример простейшего способа сравнительной оценки партий полупроводниковых изделий (ППИ) по качеству и надежности. За последние 20 лет изобретено множество диагностических способов
сравнительной оценки партий ППИ, в том числе и учеными кафедры полупроводниковой электроники и наноэлектроники [1,2.3].
СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ПАРТИЙ ТРАНЗИСТОРОВ ПО НАДЕЖНОСТИ
Известно [4], что с увеличением подаваемого напряжения электростатического разряда (ЭСР) на ППИ, в том числе и на транзисторы, их электрические параметры изменяются в худшую сторону. Известен способ [5] сравнительной оценки надежности партий транзисторов по влиянию величины ЭСР на появление параметрических и катастрофических отказов. При этом на транзисторы подается ЭСР потенциалом вдвое большим, чем допустимый по техническим условиям (ТУ) с последующим его увеличением ступенчато на 20-30 В.
Недостаток данного метода: необходимость проведения воздействия ЭСР, начиная с удвоенной величины допустимого по ТУ напряжения разряда и продолжения увеличения напряжения до
Горлов Митрофан Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 2437695
Антонова Екатерина Александровна - ВГТУ, аспирант, е-шай: [email protected]
Тихонов Роман Михайлович - ВГТУ, аспирант, тел. (473) 2437695
появления параметрического или
катастрофического отказа.
Мы же предлагаем подавать ЭСР отдельно на переходы эмиттер-база и коллектор-база потенциалом, начиная с допустимого по ТУ, а затем увеличивая его, но не более чем в два раза, с числом воздействий соответственно 5,4,2,1 различной полярности. Значения величины
-2
низкочастотного шума и ш измеряются на различных переходах до испытаний и после каждого последующего воздействия ЭСР. По разности значений интенсивности шума на переходах эмиттер-база и коллектор-база судят о потенциальной надежности сравниваемых партий транзисторов.
Были выбраны мощные биполярные транзисторы р-п-р проводимости типа КТ838А, у которых измеряли величину интенсивности шума
и ш при прямом рабочем токе 3мА до и после воздействия ЭСР. Воздействие ЭСР осуществлялось по модели тела человека [4] с потенциалом 500В (допустимое значение по ТУ), 650В, 850В, 1000В с числом воздействий
соответственно 5,4,2,1 различной полярности.
--2
Результаты измерений и ш , а также значения
изменения величины А = и ШЭБ — и шкб (разность напряжения шума эмиттерного и коллекторного перехода) после воздействия ЭСР приведены в таблицах 1 и 2.
В табл. 1 и 2 показаны результаты измерений
— 2
и ш при различных напряжениях с целью представления измерения низкочастотного шума с увеличением напряжения. Практически замеряют
— 2
иш начальное и после 1000В. На второй партии замеры проведены только после воздействия ЭСР напряжением 1000В (рис.1).
Так как в данном методе воздействие ЭСР осуществляют напряжением больше допустимого, то он может применяться только для выборочной оценки партий транзисторов по потенциальной надежности. Из рис.1 видно, что партия I более надежна, чем партия II.
Таблица1
№ транзи стора —2 2 Значения и ш ,мкВ , переходов транзисторов типа КТ838А после воздействия ЭСР потенциалом, В
0 (нач) 5 ЭСР 500В 4 ЭСР 650В 2 ЭСР 850В 1 ЭСР 1000В
кб эб кб эб кб эб кб эб кб эб
1 60,96 62,24 61,1 63,3 63,5 66,3 69,97 74,2 83,04 88,5
2 47,86 51,99 49,6 54,5 50,4 56,1 55,09 61,9 72,09 79,79
3 51,95 53,67 54,24 56,9 54,91 58,2 58,47 63,8 74,84 81,47
4 54,93 56,93 57,21 60,4 59,38 63,4 62,52 68 77,39 84,73
5 47,38 50,72 48,83 52,3 48,77 53 53,18 58,3 70,95 78,52
6 60,3 63,04 62,18 65,6 64,06 68,6 71,44 77,5 82,48 90,84
7 58,55 59,49 57,87 59,49 61,7 64,1 70,16 73,5 82,41 87,29
8 43,63 47,26 43,32 47,26 46,53 51,7 48,59 54,7 67,06 75,06
9 47,16 50,96 48,7 52,9 49,1 53,8 52,9 58,4 70,98 78,76
10 60,55 62,95 63,64 67,4 66,84 71,7 75,24 81,4 83,75 92,4
Таблица 2
№ транзи стора Значения А, мкВ2 после воздействия ЭСР потенциалом, В
0 (нач) 5 ЭСР 500В 4 ЭСР 650В 2 ЭСР 850В 1 ЭСР 1000В
1 1,28 2,2 2,8 4,23 5,46
2 4,13 4,9 5,7 6,81 7,7
3 1,72 2,66 3,29 5,33 6,63
4 2 3,19 4,02 5,48 7,34
5 3,34 3,47 4,23 5,12 7,57
6 2,74 3,42 4,54 6,06 8,36
7 0,94 1,62 2,4 3,34 4,88
8 3,63 3,94 5,17 6,11 8
9 3,8 4,2 4,7 5,5 7,78
10 2,4 3,76 4,86 6,16 8,65
изменению которого судят о надежности ИС. Так как эти испытания считаются разрушающими, то их применяют для сравнительной оценки партий ИС по надежности и стойкости к ЭСР.
Способ был апробован на случайно отобранных 10 ИС типа ЛБ711 (оперативный усилитель, выполненный по биполярной технологии), у которых измеряли величину тока потребления в статическом режиме, значение которого по ТУ не более 3мА, т.е. 1пор<3мА. Измерения проводили при нормальном напряжении питания ±15В, схема включения ИС - повторитель (интегрирующий вход соединен с выходом) с заземленным неинвентирующим входом. Воздействие ЭСР осуществляли по модели тела человека [4] с допустимым по ТУ потенциалом 2000В и превышающим допустимый в 2,5 раза, то есть потенциалом равным 5000В. На рис.2 показано экспериментально на четырех образцах, что этот потенциал увеличивает значение тока потребления, оставляя его в пределах норм ТУ.
Результаты измерений, а также значения относительного изменения величины тока потребления до и после воздействия ЭСР величиной 5000В М=1потрЭСР/1потр представлены в табл. 3.
3 т I I I I I I I I I
01 23456789 10
N
Рис.1 Пример осуществления способа
сравнительной оценки партий транзисторов по надежности
СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ПАРТИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ПО СТОЙКОСТИ К
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ РАЗРЯДАМ
В предлагаемом способе ЭСР подается на ИС только дважды: напряжением, допустимым по ТУ, и превышающим допустимое например в 2,5 раза, при котором еще не появляются параметрические или катастрофические отказы. Величина повышенного напряжения ЭСР определяется для каждого типа схемы экспериментально.
До испытаний и после подачи ЭСР измеряют информативный параметр, по относительному
Таблица 3
№ ИС Значение Іпотр, мА, после ЭСР напряжением, В М
Нач. значение 5000В
1 1,76 2,80 1,59
2 1,10 2,01 1,83
3 1,74 2,59 1,49
4 1,93 2,26 1,17
5 1,29 2,17 1,68
6 2,01 2,44 1,21
7 1,58 2,33 1,48
8 1,02 1,92 1,88
9 1,24 2,09 1,69
10 1,13 1,81 1,60
На рис. 3 показан график распределения значений М для двух партий. Видно, что партия №2 менее стойка к ЭСР.
Рис. 2. Зависимость 1потр, мА от напряжения ЭСР для четырех образцов
1,6
1,4
1,2
0,8
Парі ГИЯ 1 \
\
--Па рти? 1
10
N
Рис.3. График распределения значений М от номера ИС для двух партий
Таким образом, при использовании
— 2 —2
критерия А=иШЭБ —иШКБ (разность напряжения
шума эмиттерного и коллекторного перехода) для транзисторов и критерия М=1похрЭСР/1похр для ИС можно разделить партии по надежности.
Литература
1. Горлов М.И. Диагностические методы контроля качества и прогнозирущей оценки надежности полупроводниковых изделий / М.И. Горлов, В.А. Емельянов, А.Г. Адамян. - Мн.: Бел.наука. - 2003.- 96 с.
2. Горлов М.И. Диагностика твердотельных
полупроводниковых структур по параметрам низкочастотного шума / М.И. Горлов, Л.П. Ануфриев, А.П. Достанко, ДЮ. Смирнов. - Минск:
Интегралполиграф, 2006. - 112с.
3. Горлов М.И. Технологические отбраковочные и диагностические испытания полупроводни-ковых изделий / М.И Горлов, В.А. Емельянов, Д. Л. Ануфриев. -Мн.: Бел.наука. - 2006.-367с.
4. Горлов М.И. Электростатический заряд в электронике / М.И. Горлов, А.В. Емельянов, В.И. Плебанович. - Мн.: Бел.наука. - 2006.-295с.
5. Патент РФ №2226698. МПК 00Ш31/26. Опубликован 10.04.2004. бил. №10.
Воронежский государственный технический университет
METHODS OF COMPARISON OF PARTIES SEMICONDUCTOR PRODUCTS FOR QUALITY
AND RELIABILITY
M.I. Gorlov, E.A. Antonova, R.M. Tikhonov
Are offered a way of a comparative estimation of parties of transistors on reliability and a way of a comparative estimation of parties of integrated schemes on firmness to electrostatic categories
Key words: the electrostatic category, low-frequency noise, quality, reliability
