 |
Механизм случайных отказов диодов и биполярных транзисторов интегральных микросхем
|
|
|
|
Всякий отказ связан с нарушениями требований проектной документации.
По скорости изменения параметров до возникновения отказа различают внезапные и постепенные отказы.
Внезапный отказ - это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров изделия. Постепенный отказ - это отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров. Такое деление весьма условно, так как большинство параметров изменяется с конечной скоростью, поэтому четкой границы между этими классами не существует. К постепенным отказы относят в тех случаях, когда изменения параметров легко прослеживаются, позволяя своевременно предпринять меры по предупреждению перехода системы в неработоспособное состояние, например, заменить батарейку брелока.
По характеру устранения различают устойчивый, самоустраняющийся и перемежающийся отказы. Устойчивый отказ всегда требует проведения мероприятий по восстановлению работоспособности изделия. Самоустраняющийся отказ, или сбой, устраняется в результате естественного возвращения системы в работоспособное состояние, причем время устранения отказа мало. Пример - сигнализация не сработала один раз на команду с брелока.
По характеру проявления различают явные и скрытые отказы. Явный отказ обнаруживается визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при установке системы на автомашину или процессе эксплуатации. Скрытый отказ выявляется при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностирования. Задержка в обнаружении скрытого отказа может привести к неправильному срабатыванию алгоритмов, некорректной обработке информации, выработке ошибочных управляющих воздействий и другим неблагоприятным последствиям.
|
|
|
В некоторых элементах возможны отказы двух типов. В резисторах, полупроводниковых диодах, транзисторах, реле и ряде других элементов могут возникать отказы типа "обрыв" и типа "короткое замыкание". В первом случае падает до нуля проводимость, а во втором - сопротивление в любых или в определенном направлении. В элементах, назначение которых состоит в формировании сигнала в ответ на определенные сочетания сигналов на входах, например в логических элементах, также возможны отказы двух типов: отсутствие сигнала, когда он должен быть сформирован, и появление сигнала, когда его не должно быть (ложный сигнал).
По первопричине возникновения различают конструктивный, производственный и эксплуатационный отказы. Конструктивный отказ возникает по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и/или норм проектирования и конструирования. Производственный отказ связан с несовершенством или нарушением технологического процесса изготовления, а эксплуатационный отказ - с нарушением правил и/или условий установки и эксплуатации, при возникновении непредусмотренных внешних воздействий или воздействий высокой интенсивности.
Интенсивность отказов ИМС лежит в пределах 10-6-10-9 ч-1, приближаясь к уровню высоконадежных элементов.
Сравнение интенсивности отказов отдельных элементов ИМС и ИМС в целом показывает, что они практически равнозначны. Преимуществом является то, что степень функциональной сложности ИМС с малым и средним уровнем интеграции слабо отражается на их надежности.
Для ИМС прежде всего характерны внезапные отказы, обусловленные качеством изготовления (технологическими дефектами): разрывы соединений между контактной зоной на поверхности подложки (кристалла) и выводами корпуса, обрывы и короткие замыкания внутренних соединений. Внезапные отказы полупроводниковых ИМС составляют 80% от общего числа отказов. Свыше 50% отказов гибридных линейных ИМС связано с дефектами встроенных транзисторов и паяных соединений. Отказы контактов золотых проволочных выводов чаще всего происходят из-за обрыва проволочки около шарика ковары.
|
|
|
Наиболее слабым звеном полупроводниковых ИМС в пластмассовых корпусах являются внутренние проволочные соединения, дающие обрывы и короткие замыкания (более 90% отказов вызвано обрывами соединительных проводов).
Основная причина таких отказов определяется различием температурных коэффициентов линейного расширения металла и обволакивающего материала, что приводит к возникновению термомеханических напряжений. Около 10% отказов полупроводниковых ИМС в пластмассовых корпусах происходит по причине электрической коррозии алюминиевой металлизации из-за недостаточной влагостойкости пластмасс и загрязнения поверхности окисла при герметизации. Типичны для таких ИМС и отказы из-за образования шунтирующих утечек и коротких замыканий, так как влага вызывает перенос ионов металла и загрязнений, а также образование проводящих мостиков между разнопотенциальными точками схемы.
Более надежными являются ИМС с керамическими корпусами.
У полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, тиристоров, микросхем постепенные и внезапные отказы возникают чаще, чем другие виды отказов. Наиболее характерным изменением параметров полупроводниковых приборов, приводящим к постепенным отказам, является увеличение обратного тока диодов и неуправляемых обратных токов коллекторных переходов транзисторов и тиристоров. Внезапные отказы являются следствием ошибок в конструкции полупроводниковых приборов и нарушения технологии их изготовления. На основе данных о работе полупроводниковых приборов в различных схемах можно считать, что около 80% их отказов являются постепенными. В справочной литературе, достаточно широко учтены влияющие факторы на работоспособность полупроводниковых приборов в виде поправочных коэффициентов, определяемых по таблицам или номограммам.
|
|
|
Вывод
Проблема обеспечения надежности электронных компонентов включает в себя множество этапов: от создания элементов и аппаратуры, до ее практического использования. Поэтому все факторы, влияющие на надежность РЭА, условно принято рассматривать применительно к трем этапам.
При проектировании учитывают следующие факторы:
качество и количество применяемых элементов и деталей;
режимы работы элементов и деталей;
стандартизация и унификация;
доступность деталей узлов и блоков для осмотра и ремонта.
К производственные факторы, отрицательно влияющие на надежность:
отсутствие качественного контроля материалов и комплектующих изделий, поступающих от смежных предприятий;
нарушение сортности и недоброкачественная замена материала при изготовлении деталей;
установка в приборах элементов, подвергающихся длительному хранению в неблагоприятных условиях, без предварительной проверки;
недостаточное внимание к чистоте оборудования, рабочего места, воздуха и т.д. (что особенно важно в производстве микросхем и сборке точных элементов и устройств);
неполный контроль за ходом операций и при выпуске готовой продукции;
нарушение режима сложных технических процессов.
К эксплуатационные факторы, влияющие на надежность, следующие:
квалификация обслуживающего и ремонтного персонала;
воздействие на приборы и механизмы внешних условий (климатических; механических и т.п.) и факторы времени.
Перечень литературы
1. Горлов М.И., Королев С.Ю. Физические основы надежности интегральных микросхем. - Воронеж: ВГУ, 1995. - 200с.
2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность. - М.: Высшая школа, 1986.
3. Фомин А.В., Боченков Ю.И., Сорокопуд В.А. Технология, надежность и автоматизация производства БГИС и микросборок / Под ред. А.В. Фомина. - М.: Радио и связь, 1981.
4. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1988. - 256с.
5. Докучаев И.И., Козырь И.Я., Онопко Д.И. Испытания и измерения интегральных микросхем. - М.: Изд. МИЭТ, 1978.
|
|
|
