eng
Выпуск #8/2025
О. Бордюжа, М. Горлов
Cравнительная оценка надежности партий транзисторов и диодов
Cравнительная оценка надежности партий транзисторов и диодов
Просмотры: 513
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.250.8.82.90
В статье предложено шесть способов сравнительной оценки качества и надежности партий полупроводниковых приборов. Описаны варьируемые параметры и характеристики, проанализирована достоверность методов. Все способы запатентованы
и опробованы на партиях полупроводниковых изделий, изготовленных на предприятиях электронной промышленности РФ.
Ключевые слова: сравнительная оценка, качество
и надежность, партия полупроводниковых приборов, коэффициент передачи тока транзистора
В статье предложено шесть способов сравнительной оценки качества и надежности партий полупроводниковых приборов. Описаны варьируемые параметры и характеристики, проанализирована достоверность методов. Все способы запатентованы
и опробованы на партиях полупроводниковых изделий, изготовленных на предприятиях электронной промышленности РФ.
Ключевые слова: сравнительная оценка, качество
и надежность, партия полупроводниковых приборов, коэффициент передачи тока транзистора
Cравнительная оценка надежности партий транзисторов и диодов
О. Бордюжа1, М. Горлов2
Известно множество способов сравнительной оценки партий транзисторов и диодов по качеству и надежности, например [1, 2, 3, 4]. Однако эти методы имеют ряд недостатков, в частности необходимы дополнительные измерения нестандартных параметров, недостаточна достоверность, методы являются разрушающими и др. В статье предложено шесть способов оценки качества и надежности партий полупроводниковых приборов, нацеленных на устранение указанных недостатков
и повышение функциональных возможностей методов оценки.
Описаны варьируемые параметры и характеристики, проанализирована достоверность методов. Все способы запатентованы и опробованы
на партиях полупроводниковых изделий, изготовленных
на предприятиях электронной промышленности РФ.
Первый способ оценки основан на измерении коэффициента передачи тока транзисторов
в схеме с общим эмиттером в выборке партии транзисторов. Метод включает в себя подготовку одинаковых по численности выборки транзисторов из двух и более партий транзисторов и измерение коэффи-
циента передачи тока h21ЭН транзисторов при нормальной температуре около 20 °С. Затем проводят испытания транзисторов на безотказность в течение приблизительно 100 ч при повышенной температуре около
125 °С и непосредственно после испытаний измеряют коэффициент передачи тока транзисторов h21Э100 при повышенной температуре. Далее после выдержки выборок транзисторов в течение, по крайней мере, 24 ч
с обеспечением нормальных условий, измеряют коэффициент передачи тока транзисторов h21Э24 при нормальной температуре около 20 °С. По результатам выполненных измерений для каждого транзистора каждой i-й выборки рассчитывают значения K1i и K2i относительного изменения коэффициента передачи тока транзисторов до и после выдержки в течение 24 ч, соответственно, по формулам:
K1i = h21Э100 /h21ЭН, K2i = h21Э24 /h21ЭН. (1)
Затем для каждой i-й выборки транзисторов вычисляют произведение П1i значений K1i всех транзисторов в выборке и произведение П2i значений K2i всех транзисторов в выборке и, на основании измерений и расчетов, как более качественную и надежную из двух и более партий транзисторов оценивают партию транзисторов
с наименьшими значениями П1i, П2i.
Способ был опробован на выборках по 10 шт. из двух партий маломощных кремниевых n-p-n-транзисторов типа 2Т312Б.
По техническим условиям (ТУ) электрическими нормативными параметрами для данных транзисторов при испытаниях на безотказность являются коэффициент передачи тока h21Э в схеме с общим эмиттером и обратный ток перехода коллектор – база IКБО. Методом случайной выборки из партии №1 и №2 было отобрано
по 10 транзисторов. Измерение параметра IКБО показало, что у всех транзисторов в обеих выборках его значение при напряжении коллектор – база UКБ = 30 В не превышает 0,01 мкА при норме не более 1 мкА. Поэтому за информативный параметр был принят коэффициент передачи тока h21Э.
Испытания на безотказность проводились в режиме UКБ = 30 В; IЭ = 5,6 мА; T = 125±5 °С. В табл. 1 и 2 представлены результаты измерений следующих параметров:
коэффициента передачи тока h21ЭН транзисторов при нормальных условиях и температуре около 20 °С;
коэффициента передачи тока h21Э100 транзисторов после испытания транзисторов на безотказность
в течение 100 ч при повышенной температуре;
коэффициента передачи тока h21Э24 транзисторов при нормальной температуре около 20 °С после выдержки 24 ч по окончании испытания транзисторов на безотказность.
Коэффициенты К1 и К2 представляют собой отношения коэффициентов передачи тока транзисторов до и после выдержки в течение 24 ч и определены по формулам:
К1 = h21Э100 /h21ЭН, К2 = h21Э24 /h21ЭН. (2)
Для каждой выборки транзисторов вычислены произведения П11 и П12 значений К1 всех транзисторов в выборках и произведения П21 и П22 значений К2 всех транзисторов в выборках; значения произведений также приведены в табл. 1 и 2 для каждой выборки транзисторов.
Как видно из таблиц, по результатам расчетов получено:
по выборке из 1-й партии: П11 = 1060,67; П21 = 2,02;
по выборке из 2-й партии: П12 = 361,64; П22 = 0,87.
На основании измерений и расчетов в соответствии
с заявляемым способом как более качественная и надеж-
ная партия оценивается партия транзисторов с наименьшими значениями произведений П1, П2 в выборке. Так из полученных значений произведений видно, что П12 <П11; П22<П21, откуда следует, что партия №2 транзисторов более качественна и более надежна.
Предложенный второй способ сравнительной оценки партии полупроводниковых изделий (ППИ) основан на измерении среднего значения коэффициента увеличения квадрата напряжения низкочастотного шума после воздействия электростатическим разрядом (ЭСР) потенциалом, предельно допустимым по техническим условиям.
Способ осуществляется следующим образом: от каж-
дой партии изделий одного типа (количество партий неограниченно) методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий. Для каждого
из отобранных изделий измеряют значение интенсивности шума на частоте до 200 Гц на транзисторах по выводам «эмиттер – база» и на интегральных схемах по выводам «вход – общая точка» [5]. Затем на каждое изделие подают не менее пяти импульсов электростатических разрядов обеих полярностей потенциалом, допустимым по техническим условиям, на выводы «эмиттер – база» транзисторов и «вход – общая точка» интегральных схем, имеющие наибольшую чувствительность к ЭСР [6]. Вновь измеряют значение шума Uшср2, находят отношение K = Uшср2 / Uш2. Затем для каждой выборки находят среднее значение К,
по величине которого оценивают надежность ППИ выборки, то есть и партии изделий. Способ был опробован на выборках из двух партий интегральных схем типа ОРА735 (операционные усилители, выполненные
по КМОП-технологии). Измеренные значения и коэффициент K представлены в табл. 3.
Первая колонка представляет собой порядковый номер ИС. Во вторую и третью колонки занесены результаты измерения шума до и после воздействия ЭСР. В четвертой колонке приведены результаты расчета коэффициента К. КСР представляет собой среднее значение коэффициента К для данной выборки и определяется как КСР = ΣΚ/n, где п – число ИС. В последующих колонках представлены аналогичные результаты для выборки
из второй партии интегральных схем. Из таблицы видно, что среднее значение коэффициента К для второй выборки меньше, чем для первой, поэтому считаем, что вторая партия более надежная.
Достоинством третьего предложенного способа является то, что сравнительная оценка партий ППИ основывается на измерении среднего значения квадрата напряжения низкочастотного шума Uш2 до и после воздействия электростатическим разрядом. Значение Uш2 измеряется на частотах 160 и 1 000 Гц. Напряжение ЭСР равно допустимому значению по техническим условиям (подается на половину выборки), а половина допустимого значения – на другую половину выборки.
Способ осуществляется следующим образом:
от каждой партии одного типа (количество партий неограниченно) методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий не менее 20 шт.
У каждого из отобранных изделий проверяют значение Uш2 на частотах 160 и 1 000 Гц. Затем на половину отобранных изделий воздействуют ЭСР величиной, равной половине допустимой по техническим условиям, а на вторую половину – ЭСР величиной, равной допустимому значению. После воздействия ЭСР вновь проверяют значение Uш2 на частотах 160 и 1 000 Гц. Для каждого изделия определяется параметр – показатель формы спектра до воздействия ЭСР и после по следующей формуле (3):
γ = , (3)
где Uш1602 и Uш10002 – значения низкочастотного шума
на частотах 160 и 1 000 Гц соответственно. Известно, что чем меньше значение показателя, тем выше надежность изделий [1].
Способ был опробован на выборках по 20 шт. из двух партий транзисторов типа КТ209 (кремниевые маломощные, п-р-п-типа). После измерения Uш2 на частотах
160 Гц и 1 кГц подавалось по пять импульсов ЭСР на выводы: коллектор «+», эмиттер «–», по модели «тела человека» [6]. Типовые значения и изменение значения квадрата
напряжения шума до и после воздействия ЭСР представлено в табл. 4. Расчет значения коэффициента γ представлены в табл. 5.
Если по табл. 4 нельзя сказать о тенденциях по надежности партий, то по табл. 5 четко определяется, что партия 2 является более надежной.
В предлагаемом четвертом способе ЭСР подается отдельно на переходы «эмиттер – база» и «коллектор – база» потенциалом, начиная с допустимого, а затем увеличивая его, но не более чем в два раза, с числом воздействий соответственно 5, 4, 2, 1 различной полярности. Значения величины низкочастотного шума Uш2 измеряются на различных переходах до испытаний и после каждого последующего воздействия ЭСР. По разности значений интенсивности шума на переходах «коллектор – эмиттер»
и «коллектор – база» судят о потенциальной надежности сравниваемых партий транзисторов.
Способ апробирован на 10 транзисторах типа КТ838А (мощные биполярные транзисторы р-п-р-проводимости), у которых измеряли величину интенсивности шума Uш2 при прямом рабочем токе 3 мА до и после воздействия ЭСР. Воздействие ЭСР осуществляли по модели тела человека с потенциалом 500 (допустимое значение по ТУ), 650, 850, 1000 В с числом воздействий ЭСР соответственно 5, 4, 2, 1 различной полярности. Результаты измерений Uш2, а также значения изменения величины ∆ = Uшэб2 – Uшкб2 (разность напряжения шума эмиттерного и коллекторного перехода) после воздействий ЭСР приведены в табл. 6 и 7.
В табл. 6 и 7 показаны результаты измерений Uш2 при различных напряжениях с целью представления изменения низкочастотного шума с увеличением напряжения. Практически замеряют Uш2 начальное и после 1000 В.
На второй партии замеры проведены только после воздействия ЭСР напряжением 1 000 В (рис. 1).
Так как в этом способе воздействие ЭСР осуществляют напряжением больше допустимого, то он может применяться только для выборочной оценки партий транзисторов по потенциальной надежности. Из рисунка видно, что партия 1 более надежна, чем партия 2.
Известно, что пластмасса, используемая для корпусирования ППИ, не является абсолютно герметичной. Поэтому кристаллы ППИ защищаются или оксидом кремния, или различными лаками. Устойчивость ППИ к влаге зависит от конструкции изделий и от свойств применяемой пластмассы. Если ППИ в полых корпусах, например металлостеклянных, проверяют на герметичность, то ППИ в пластмассовых корпусах на герметичность не проверяют.
Наиболее близок к реальным условиям стандартный способ испытаний [7], например, интегральных схем
в полых корпусах на воздействие повышенной влажности в камере влаги продолжительностью 4 или 10 суток при температуре 40±2 °С и относительной влажности (93±2) %. Эти испытания не могут быть использованы для сравнительных ускоренных испытаний партий ППИ одного типа по стойкости к влаге из-за их длительности и применения специальных камер.
Пятый способ направлен на устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что испытание изделий проводится в течение двух-трех часов в кипящей дистиллированной (или деионизованной) воде, чтобы загрязнения из простой воды не попадали на корпуса изделий и не вызывали повышенных значений токов утечки.
Способ осуществляют следующим образом.
На одинаковой представительной выборке от каждой сравниваемой партии измеряются электрические параметры до испытаний и после двухчасовой выдержки
в нормальных условиях после испытаний в кипящей воде в течение двух-трех часов. Партия, в которой имеются катастрофические отказы или электрические параметры изделий изменяются более значительно, чем в сравнительной партии, является менее стойкой к воздействию влаги, то есть менее надежной.
Время испытаний изделий в кипящей воде выбиралось исходя из полученных экспериментальных данных на транзисторах КТ3107И (табл. 8).
Полученные данные показывают, что испытанная выборка транзисторов имела два катастрофических отказа. Изменение электрических параметров незначительное. На выборке из второй партии имелся только один отказ после двух часов кипячения в воде. Поэтому партия № 2 более надежная.
Предлагаемый шестой способ основан на измерении электрических информативных параметров на одинаковых выборках из партий (количество партий не ограничено) ППИ до и сразу после воздействия высокочастотным электромагнитным полем с плотностью потока мощности не менее 5,9 кВт/м². Путем сравнения значений электрических информативных параметров до и после воздействия высокочастотным электромагнитным полем судят о сравнительном качестве и надежности партий изделий. Чем больше среднеарифметическое по выборке изменение информативных параметров изделий после воздействия высокочастотным электромагнитным полем, тем ниже качество и надежность соответствующей партии ППИ.
Способ опробован на выборках двух партий диодных сборок 2Д269ГС, содержащих по два диода Шоттки. Методом случайной выборки из партий № 1 и № 2 было отобрано
по 10 диодных сборок. В качестве информативного параметра было принято среднеквадратическое значение напряжения шума, которое измерялось у каждого диода сборки до и после воздействия ВЧ электромагнитным полем с плотностью потока мощности не менее 5,9 кВт/м2; в результате для каждой диодной сборки получено по четыре значения информативных параметров. Для каждой диодной сборки была вычислена разность значений информативных параметров, измеренных до и после воздействия ВЧ электромагнитным полем, и затем для каждой выборки подсчитано среднеарифметическое значение разности информативных параметров, путем сравнения которых и судят
о сравнительном качестве и надежности партий изделий.
В табл. 9 и 10 приведены среднеквадратические значения напряжения шума для каждого диода диодных сборок, измеренные до Uшik и после UшikВЧ воздействия ВЧ электромагнитным полем и результаты вычисления их разности ∆ik = UшikВЧ – Uшik, где i – номер диодной сборки
в выборке, k – номер диода в сборке. Для каждой выборки подсчитано среднеарифметическое значение разности информативных параметров ∆срm = 1/(n–1) ∑i=1n ∑k=1l ∆ik, где n – число диодных сборок в выборке, l – число диодов в сборке, m – номер партии.
Из сравнения среднеарифметических по выборкам разностей значений информативных параметров
∆ср2 < ∆ср1 следует, что партия № 2 более качественная
и более надежная.
Заключение
В статье предложено шесть новых способов сравнительной оценки партий полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов) по качеству и надежности. Все приведенные способы защищены патентами РФ.
В научной электронной библиотеке e-library на конец 2024 года было представлено 100 наших патентов, из них 69 патентов были просмотрены и отмечены,
в том числе:
способ отбраковки ИС 20.03.2000 (патент 2146827) –
21 отметка;
способ определения потенциально ненадежных полупроводниковых приборов 10.06.2004 (патент №2230335) – 10 отметок;
способ выделения ИС повышенной надежности 10.02.2006 (патент №2729790) – 10 отметок;
способ разбраковки ИС 27.12.99 (патент №2143704) –
9 отметок;
способ выборочного контроля надежности транзисторов в партиях 10.05.2003 (патент № 2204142) –
9 отметок;
способ разделения биполярных транзисторов
по стабильности обратных токов 20.12.2004 (патент № 2242018) – 8 отметок;
способ определения потенциально нестабильных полупроводниковых приборов 27.03.2005 (патент № 2249227) – 8 отметок.
Остальные из 69 отмеченных патентов имеют от шести и менее отметок.
Публикации в ведущих отраслевых журналах, таких как «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес», позволяют повысить информированность широкого круга специалистов об актуальной патентной деятельности по различным направлениям электроники.
ЛИТЕРАТУРА
Патент РФ №2226698, опубл. 10.04.2004, бюллетень № 10.
Патент РФ №2490656, опубл. 20.08.2013.
Патент РФ №2357263, опубл. 17.05.2009. Способ отбраковки полупроводниковых изделий. Авторы: Горлов М.И., Жарких А.И.
Патент РФ №2538032, опубл. 10.01.2015. Способ сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых изделий. Авторы: Горлов М.И., Смирнов Д.Ю.
Горлов М.И., Ануфриев Л.И., Достанко А.К.,
Смирнов Д.Ю. Диагностика твердотельных структур
по параметрам низкочастотного шума. Мн.: Интеграл
полиграф, 2006. 112 с.
Горлов М.И., Емельянов А.В., Плебанович В.М.
Электростатические заряды в электронике.
Мн.: Бел. наука, 2006. 295 с.
ОСТ 11 073.013-83. Микросхемы интегральные.
Методы испытаний. Часть 2 (испытания на воздействие климатических факторов и сред заполнения). С. 15–17.
Патент РФ №2464583. Опубл. 20.10.2012, бюл. №29. Способ сравнительной оценки надежности полупро-
водниковых изделий в пластмассовых корпусах. Авторы: Горлов М.И., Тихонов Р.М., Мешкова М.П.
О. Бордюжа1, М. Горлов2
Известно множество способов сравнительной оценки партий транзисторов и диодов по качеству и надежности, например [1, 2, 3, 4]. Однако эти методы имеют ряд недостатков, в частности необходимы дополнительные измерения нестандартных параметров, недостаточна достоверность, методы являются разрушающими и др. В статье предложено шесть способов оценки качества и надежности партий полупроводниковых приборов, нацеленных на устранение указанных недостатков
и повышение функциональных возможностей методов оценки.
Описаны варьируемые параметры и характеристики, проанализирована достоверность методов. Все способы запатентованы и опробованы
на партиях полупроводниковых изделий, изготовленных
на предприятиях электронной промышленности РФ.
Первый способ оценки основан на измерении коэффициента передачи тока транзисторов
в схеме с общим эмиттером в выборке партии транзисторов. Метод включает в себя подготовку одинаковых по численности выборки транзисторов из двух и более партий транзисторов и измерение коэффи-
циента передачи тока h21ЭН транзисторов при нормальной температуре около 20 °С. Затем проводят испытания транзисторов на безотказность в течение приблизительно 100 ч при повышенной температуре около
125 °С и непосредственно после испытаний измеряют коэффициент передачи тока транзисторов h21Э100 при повышенной температуре. Далее после выдержки выборок транзисторов в течение, по крайней мере, 24 ч
с обеспечением нормальных условий, измеряют коэффициент передачи тока транзисторов h21Э24 при нормальной температуре около 20 °С. По результатам выполненных измерений для каждого транзистора каждой i-й выборки рассчитывают значения K1i и K2i относительного изменения коэффициента передачи тока транзисторов до и после выдержки в течение 24 ч, соответственно, по формулам:
K1i = h21Э100 /h21ЭН, K2i = h21Э24 /h21ЭН. (1)
Затем для каждой i-й выборки транзисторов вычисляют произведение П1i значений K1i всех транзисторов в выборке и произведение П2i значений K2i всех транзисторов в выборке и, на основании измерений и расчетов, как более качественную и надежную из двух и более партий транзисторов оценивают партию транзисторов
с наименьшими значениями П1i, П2i.
Способ был опробован на выборках по 10 шт. из двух партий маломощных кремниевых n-p-n-транзисторов типа 2Т312Б.
По техническим условиям (ТУ) электрическими нормативными параметрами для данных транзисторов при испытаниях на безотказность являются коэффициент передачи тока h21Э в схеме с общим эмиттером и обратный ток перехода коллектор – база IКБО. Методом случайной выборки из партии №1 и №2 было отобрано
по 10 транзисторов. Измерение параметра IКБО показало, что у всех транзисторов в обеих выборках его значение при напряжении коллектор – база UКБ = 30 В не превышает 0,01 мкА при норме не более 1 мкА. Поэтому за информативный параметр был принят коэффициент передачи тока h21Э.
Испытания на безотказность проводились в режиме UКБ = 30 В; IЭ = 5,6 мА; T = 125±5 °С. В табл. 1 и 2 представлены результаты измерений следующих параметров:
коэффициента передачи тока h21ЭН транзисторов при нормальных условиях и температуре около 20 °С;
коэффициента передачи тока h21Э100 транзисторов после испытания транзисторов на безотказность
в течение 100 ч при повышенной температуре;
коэффициента передачи тока h21Э24 транзисторов при нормальной температуре около 20 °С после выдержки 24 ч по окончании испытания транзисторов на безотказность.
Коэффициенты К1 и К2 представляют собой отношения коэффициентов передачи тока транзисторов до и после выдержки в течение 24 ч и определены по формулам:
К1 = h21Э100 /h21ЭН, К2 = h21Э24 /h21ЭН. (2)
Для каждой выборки транзисторов вычислены произведения П11 и П12 значений К1 всех транзисторов в выборках и произведения П21 и П22 значений К2 всех транзисторов в выборках; значения произведений также приведены в табл. 1 и 2 для каждой выборки транзисторов.
Как видно из таблиц, по результатам расчетов получено:
по выборке из 1-й партии: П11 = 1060,67; П21 = 2,02;
по выборке из 2-й партии: П12 = 361,64; П22 = 0,87.
На основании измерений и расчетов в соответствии
с заявляемым способом как более качественная и надеж-
ная партия оценивается партия транзисторов с наименьшими значениями произведений П1, П2 в выборке. Так из полученных значений произведений видно, что П12 <П11; П22<П21, откуда следует, что партия №2 транзисторов более качественна и более надежна.
Предложенный второй способ сравнительной оценки партии полупроводниковых изделий (ППИ) основан на измерении среднего значения коэффициента увеличения квадрата напряжения низкочастотного шума после воздействия электростатическим разрядом (ЭСР) потенциалом, предельно допустимым по техническим условиям.
Способ осуществляется следующим образом: от каж-
дой партии изделий одного типа (количество партий неограниченно) методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий. Для каждого
из отобранных изделий измеряют значение интенсивности шума на частоте до 200 Гц на транзисторах по выводам «эмиттер – база» и на интегральных схемах по выводам «вход – общая точка» [5]. Затем на каждое изделие подают не менее пяти импульсов электростатических разрядов обеих полярностей потенциалом, допустимым по техническим условиям, на выводы «эмиттер – база» транзисторов и «вход – общая точка» интегральных схем, имеющие наибольшую чувствительность к ЭСР [6]. Вновь измеряют значение шума Uшср2, находят отношение K = Uшср2 / Uш2. Затем для каждой выборки находят среднее значение К,
по величине которого оценивают надежность ППИ выборки, то есть и партии изделий. Способ был опробован на выборках из двух партий интегральных схем типа ОРА735 (операционные усилители, выполненные
по КМОП-технологии). Измеренные значения и коэффициент K представлены в табл. 3.
Первая колонка представляет собой порядковый номер ИС. Во вторую и третью колонки занесены результаты измерения шума до и после воздействия ЭСР. В четвертой колонке приведены результаты расчета коэффициента К. КСР представляет собой среднее значение коэффициента К для данной выборки и определяется как КСР = ΣΚ/n, где п – число ИС. В последующих колонках представлены аналогичные результаты для выборки
из второй партии интегральных схем. Из таблицы видно, что среднее значение коэффициента К для второй выборки меньше, чем для первой, поэтому считаем, что вторая партия более надежная.
Достоинством третьего предложенного способа является то, что сравнительная оценка партий ППИ основывается на измерении среднего значения квадрата напряжения низкочастотного шума Uш2 до и после воздействия электростатическим разрядом. Значение Uш2 измеряется на частотах 160 и 1 000 Гц. Напряжение ЭСР равно допустимому значению по техническим условиям (подается на половину выборки), а половина допустимого значения – на другую половину выборки.
Способ осуществляется следующим образом:
от каждой партии одного типа (количество партий неограниченно) методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий не менее 20 шт.
У каждого из отобранных изделий проверяют значение Uш2 на частотах 160 и 1 000 Гц. Затем на половину отобранных изделий воздействуют ЭСР величиной, равной половине допустимой по техническим условиям, а на вторую половину – ЭСР величиной, равной допустимому значению. После воздействия ЭСР вновь проверяют значение Uш2 на частотах 160 и 1 000 Гц. Для каждого изделия определяется параметр – показатель формы спектра до воздействия ЭСР и после по следующей формуле (3):
γ = , (3)
где Uш1602 и Uш10002 – значения низкочастотного шума
на частотах 160 и 1 000 Гц соответственно. Известно, что чем меньше значение показателя, тем выше надежность изделий [1].
Способ был опробован на выборках по 20 шт. из двух партий транзисторов типа КТ209 (кремниевые маломощные, п-р-п-типа). После измерения Uш2 на частотах
160 Гц и 1 кГц подавалось по пять импульсов ЭСР на выводы: коллектор «+», эмиттер «–», по модели «тела человека» [6]. Типовые значения и изменение значения квадрата
напряжения шума до и после воздействия ЭСР представлено в табл. 4. Расчет значения коэффициента γ представлены в табл. 5.
Если по табл. 4 нельзя сказать о тенденциях по надежности партий, то по табл. 5 четко определяется, что партия 2 является более надежной.
В предлагаемом четвертом способе ЭСР подается отдельно на переходы «эмиттер – база» и «коллектор – база» потенциалом, начиная с допустимого, а затем увеличивая его, но не более чем в два раза, с числом воздействий соответственно 5, 4, 2, 1 различной полярности. Значения величины низкочастотного шума Uш2 измеряются на различных переходах до испытаний и после каждого последующего воздействия ЭСР. По разности значений интенсивности шума на переходах «коллектор – эмиттер»
и «коллектор – база» судят о потенциальной надежности сравниваемых партий транзисторов.
Способ апробирован на 10 транзисторах типа КТ838А (мощные биполярные транзисторы р-п-р-проводимости), у которых измеряли величину интенсивности шума Uш2 при прямом рабочем токе 3 мА до и после воздействия ЭСР. Воздействие ЭСР осуществляли по модели тела человека с потенциалом 500 (допустимое значение по ТУ), 650, 850, 1000 В с числом воздействий ЭСР соответственно 5, 4, 2, 1 различной полярности. Результаты измерений Uш2, а также значения изменения величины ∆ = Uшэб2 – Uшкб2 (разность напряжения шума эмиттерного и коллекторного перехода) после воздействий ЭСР приведены в табл. 6 и 7.
В табл. 6 и 7 показаны результаты измерений Uш2 при различных напряжениях с целью представления изменения низкочастотного шума с увеличением напряжения. Практически замеряют Uш2 начальное и после 1000 В.
На второй партии замеры проведены только после воздействия ЭСР напряжением 1 000 В (рис. 1).
Так как в этом способе воздействие ЭСР осуществляют напряжением больше допустимого, то он может применяться только для выборочной оценки партий транзисторов по потенциальной надежности. Из рисунка видно, что партия 1 более надежна, чем партия 2.
Известно, что пластмасса, используемая для корпусирования ППИ, не является абсолютно герметичной. Поэтому кристаллы ППИ защищаются или оксидом кремния, или различными лаками. Устойчивость ППИ к влаге зависит от конструкции изделий и от свойств применяемой пластмассы. Если ППИ в полых корпусах, например металлостеклянных, проверяют на герметичность, то ППИ в пластмассовых корпусах на герметичность не проверяют.
Наиболее близок к реальным условиям стандартный способ испытаний [7], например, интегральных схем
в полых корпусах на воздействие повышенной влажности в камере влаги продолжительностью 4 или 10 суток при температуре 40±2 °С и относительной влажности (93±2) %. Эти испытания не могут быть использованы для сравнительных ускоренных испытаний партий ППИ одного типа по стойкости к влаге из-за их длительности и применения специальных камер.
Пятый способ направлен на устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что испытание изделий проводится в течение двух-трех часов в кипящей дистиллированной (или деионизованной) воде, чтобы загрязнения из простой воды не попадали на корпуса изделий и не вызывали повышенных значений токов утечки.
Способ осуществляют следующим образом.
На одинаковой представительной выборке от каждой сравниваемой партии измеряются электрические параметры до испытаний и после двухчасовой выдержки
в нормальных условиях после испытаний в кипящей воде в течение двух-трех часов. Партия, в которой имеются катастрофические отказы или электрические параметры изделий изменяются более значительно, чем в сравнительной партии, является менее стойкой к воздействию влаги, то есть менее надежной.
Время испытаний изделий в кипящей воде выбиралось исходя из полученных экспериментальных данных на транзисторах КТ3107И (табл. 8).
Полученные данные показывают, что испытанная выборка транзисторов имела два катастрофических отказа. Изменение электрических параметров незначительное. На выборке из второй партии имелся только один отказ после двух часов кипячения в воде. Поэтому партия № 2 более надежная.
Предлагаемый шестой способ основан на измерении электрических информативных параметров на одинаковых выборках из партий (количество партий не ограничено) ППИ до и сразу после воздействия высокочастотным электромагнитным полем с плотностью потока мощности не менее 5,9 кВт/м². Путем сравнения значений электрических информативных параметров до и после воздействия высокочастотным электромагнитным полем судят о сравнительном качестве и надежности партий изделий. Чем больше среднеарифметическое по выборке изменение информативных параметров изделий после воздействия высокочастотным электромагнитным полем, тем ниже качество и надежность соответствующей партии ППИ.
Способ опробован на выборках двух партий диодных сборок 2Д269ГС, содержащих по два диода Шоттки. Методом случайной выборки из партий № 1 и № 2 было отобрано
по 10 диодных сборок. В качестве информативного параметра было принято среднеквадратическое значение напряжения шума, которое измерялось у каждого диода сборки до и после воздействия ВЧ электромагнитным полем с плотностью потока мощности не менее 5,9 кВт/м2; в результате для каждой диодной сборки получено по четыре значения информативных параметров. Для каждой диодной сборки была вычислена разность значений информативных параметров, измеренных до и после воздействия ВЧ электромагнитным полем, и затем для каждой выборки подсчитано среднеарифметическое значение разности информативных параметров, путем сравнения которых и судят
о сравнительном качестве и надежности партий изделий.
В табл. 9 и 10 приведены среднеквадратические значения напряжения шума для каждого диода диодных сборок, измеренные до Uшik и после UшikВЧ воздействия ВЧ электромагнитным полем и результаты вычисления их разности ∆ik = UшikВЧ – Uшik, где i – номер диодной сборки
в выборке, k – номер диода в сборке. Для каждой выборки подсчитано среднеарифметическое значение разности информативных параметров ∆срm = 1/(n–1) ∑i=1n ∑k=1l ∆ik, где n – число диодных сборок в выборке, l – число диодов в сборке, m – номер партии.
Из сравнения среднеарифметических по выборкам разностей значений информативных параметров
∆ср2 < ∆ср1 следует, что партия № 2 более качественная
и более надежная.
Заключение
В статье предложено шесть новых способов сравнительной оценки партий полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов) по качеству и надежности. Все приведенные способы защищены патентами РФ.
В научной электронной библиотеке e-library на конец 2024 года было представлено 100 наших патентов, из них 69 патентов были просмотрены и отмечены,
в том числе:
способ отбраковки ИС 20.03.2000 (патент 2146827) –
21 отметка;
способ определения потенциально ненадежных полупроводниковых приборов 10.06.2004 (патент №2230335) – 10 отметок;
способ выделения ИС повышенной надежности 10.02.2006 (патент №2729790) – 10 отметок;
способ разбраковки ИС 27.12.99 (патент №2143704) –
9 отметок;
способ выборочного контроля надежности транзисторов в партиях 10.05.2003 (патент № 2204142) –
9 отметок;
способ разделения биполярных транзисторов
по стабильности обратных токов 20.12.2004 (патент № 2242018) – 8 отметок;
способ определения потенциально нестабильных полупроводниковых приборов 27.03.2005 (патент № 2249227) – 8 отметок.
Остальные из 69 отмеченных патентов имеют от шести и менее отметок.
Публикации в ведущих отраслевых журналах, таких как «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес», позволяют повысить информированность широкого круга специалистов об актуальной патентной деятельности по различным направлениям электроники.
ЛИТЕРАТУРА
Патент РФ №2226698, опубл. 10.04.2004, бюллетень № 10.
Патент РФ №2490656, опубл. 20.08.2013.
Патент РФ №2357263, опубл. 17.05.2009. Способ отбраковки полупроводниковых изделий. Авторы: Горлов М.И., Жарких А.И.
Патент РФ №2538032, опубл. 10.01.2015. Способ сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых изделий. Авторы: Горлов М.И., Смирнов Д.Ю.
Горлов М.И., Ануфриев Л.И., Достанко А.К.,
Смирнов Д.Ю. Диагностика твердотельных структур
по параметрам низкочастотного шума. Мн.: Интеграл
полиграф, 2006. 112 с.
Горлов М.И., Емельянов А.В., Плебанович В.М.
Электростатические заряды в электронике.
Мн.: Бел. наука, 2006. 295 с.
ОСТ 11 073.013-83. Микросхемы интегральные.
Методы испытаний. Часть 2 (испытания на воздействие климатических факторов и сред заполнения). С. 15–17.
Патент РФ №2464583. Опубл. 20.10.2012, бюл. №29. Способ сравнительной оценки надежности полупро-
водниковых изделий в пластмассовых корпусах. Авторы: Горлов М.И., Тихонов Р.М., Мешкова М.П.
Отзывы читателей
