Методическое пособие 700
.pdfсталла (перехода) нормальная и повышен- |
Т, ч |
ная, °С. |
|
Оценку Ку по данной модели реко- |
|
мендуется проверить по номограмме, при- |
|
веденной на рис. П.5.6, при значениях |
|
энергии активации, приведенных в табл. |
|
П.5.21. |
|
Коэффициент ускорения Ку для раз- |
|
личных температур перехода по рис.П.5.6 |
|
определяют в следующем порядке. |
|
На оси абсцисс отмечают точку, со- |
|
ответствующую повышенной температуре |
|
перехода Т. Из этой точки проводят пря- |
|
мую линию, параллельную приведенной |
|
на графике для установленной энергии ак- |
|
тивации Еа. В точке пересечения этой пря- |
|
мой с линией, соответствующей нормаль- |
|
ной температуре, по оси ординат опреде- |
|
ляет значение Ку. |
|
Рис. П.5.6. Номограмма зависимости коэффициента ускорения Ку от температуры перехода по уравнению Аррениуса
Таблица П.5.21
Значения энергии активации для элементов конструкции ИС
З
Элементы конструкции ИС э ак
Корпус:
металлокерамический и металлостекляиный пластмассовый
Крепление кристалла к основанию корпуса
с помощью
эвтектики клея, контактола
Проволочные соединения с контактными руктивно – технологические данные площадками кристалла и траверсами корпуса (КТД) для расчета интенсивности отказов
типа Au – Al на кристалле |
представлены0,65 |
в табл. П.5.22. |
типа Au – Al па траверсе корпуса |
0,5 |
|
типа Au – Au на кристалле |
0,45 |
|
типа Au – Au на траверсе корпуса |
0,4 |
|
типа Al – Al на кристалле |
0,3 |
|
типа Al – Al на траверсе корпуса |
0,4 |
|
типа Au – Ni на траверсе корпуса |
0,7 |
|
|
|
|
Прочие элементы кристалла |
0,6 |
|
5.3.2. Примеры расчета интенсивности отказов ИС
Рассчитаем интенсивность отказов для ИС типов КР1054ГП1 (генератор тестовых сигналов для видеомагнитофонов) и КР1830ВЕ51 (однокристальная восьмиразрядная микроЭВМ для управления видеомагнитофоном) при эксплуатации при температуре окружающей среды до 35 С с коэффициентом нагрузки 0,7. Вид приемки относится к VI группе. Исходные конст-
Расчет интенсивности отказов ИС типа
ΚΡ1054ΓΠ1
Этап 1. Рассчитаем интенсивность отказов конструктивных элементов КЭ по формуле П.5.2.
Исходные данные найдем в соответствующих таблицах и рисунках:
К = 0,04 10-7 1/ч (табл. П.5.13 для корпуса типа 301.8-2 пластмассового варианта);
КР = 1,27 (рис. П.5.2 для S = 2,4
мм2);
КК = 0,0045 10-7 1/ч (табл. П.5.14 для эвтектики);
с = 1,2 (рис. П.5.3 для S = 302 3 2
мкм2 = 5,4 10-3 мм2);
c1 = 0,003 10-7 1/ч (табл. П.5.15 для соединения Аu – Аl на кристалле);
c2 = 0,0015 10-7 (табл. П.5.15 для со-
единения Аu – Аl на траверсах);
кэ = 10-7 (0,04 + 1,27 0,004 – 5 + 5 1,2(0,003 + 0,0015) =
=10-7 (0,04 + 0,0057 + 6 0,0045) = 10-7 (0,04 + 0,0057 + 0,027) =
=107 0,073 = 7,3 10-9 (1/ч).
Этап 2. Рассчитаем интенсивность отказов элементов кристалла эк по формуле (П.5.4) при нормальных условиях.
Исходные данные найдем в соответствующих таблицах:
= l (для биполярных транзисторов);
Тпер = 25 + 150 0,20 = 25 + 30 = 55 °С; i = 0,34 (табл. П.5.16 для Т = 55 °С и
КН = 0,7);
Т = 2,5 10-10 1/ч (табл. П.5.17 для p- n-р-транзистора с изоляцией р-n- переходом III степени интеграции);
П =0,0045 10-7 1/ч (табл. П.5.18 для электрического перехода, изготовленного
по биполярной технологии с изоляцией р- n-переходом);
ЭК = 1 0,34 (2,5 10-10 144 + 0,0045 107
– 33) = = 0,34 10-7 (0,36 + 0,15) = 0,34 0,51 10-7 =
0,17 10-7 (1/ч) = = 1,7 10-8 (1/ч).
Этап 3. Рассчитаем интенсивность отказов межэлементных соединений МС по формуле (П.5.5).
Исходные данные найдем в соответствующих таблицах и рисунках:
М1 = 0,02 10-7 1/ч (табл. П.5.19 для дорожки шириной 20 мкм);
М2 = 0,04 10-7 1/ч (табл. П.5.19 для дорожки шириной 8 мкм);
Для нахождения значения 1( 1) определим фактическую плотность тока для различных цепей по формуле:
iIi , Si
где Si – площадь поперечного сечения металлизации.
Для первой цепи питания получим:
S1=1,2 20 = 24 (мкм2); |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
0,012 A |
|
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
||
1= |
|
|
|
= 5 10 |
|
(А/см ). |
|
|
|||||
24 10 8 см2 |
|
|
|
||||||||||
Для других цепей: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
S2 = 1,2 8 = 9,6 (мкм2 ); |
|
|
|
|
|
|
|||||||
2= |
|
0,013А |
13,54 104 |
А / см2 ; |
|||||||||
|
|
||||||||||||
|
9,6 10 8 см2 |
||||||||||||
S3 =1,2 8 = 9,6 (мкм2); |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
0,001A |
|
|
|
|
4 |
|
|
2 |
|||
3= |
|
|
|
= 1,04 10 |
|
(А/см ). |
|||||||
|
9,6 10 8 см2 |
|
|
||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q1= |
|
5 104 |
0,25; Q2 = |
13,54 |
10 |
4 |
= |
||||||
2 105 |
2 105 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,68;
Q3 = |
1,04 |
10 |
4 |
= 0,5. |
|
|
|
|
|||
2 105 |
|
По рис. П.5.5 определяем значения 1 для температуры 55 С:
1 = 2; 2 = 5; 3 = 4.
МС = 10-7 (0,02 0,1 2 + 0,04 0,4 5 + 0,04 0,4 4) = = 10-7 (0,004 + 0,08 + 0,064) = 0,148 10-7 =1,5 10-8 (1/ч).
Этап 4. Найдем полную расчетную интенсивность ИС типа КР1054ГП1 по формуле П.5.2 при нормальной температуре.
Выберем КП = 4,0 (табл. П.5.12 для IV группы вида приемки);
ПР = 0,006 10-7 1/ч (по табл. П.5.20
для III степени интеграции);
25 = 4 (7,3 10-9 + 1,7 10-8 + 1,5 10-8 + 0,006 10-7) =
=4 (0,73 + 1,7 + 1,5 + 0,06) 10-8 = 4 4,0 10-8
=1,6 10-7 (1/ч).
Этап 5. Так как температура окружающей среды, при которой работает ИС, равна 35 С, найдем коэффициенты ускорения (по рис. П.5.6 с учетом табл. П.5.21):
для корпуса: Т = 40 С; Еа = 0,5 эВ;
Кук = 2;
для кристалла: Т = 65 С; Еа = 0,3 эВ;
Кукр = 4;
для соединений типа Au – Al: Т = 65
С; Еа = 0,65 эВ; Кус1=12;
для соединений типа Au – Au: Т= 65
С; Еа = 0,4 эВ; Кус2=6;
для прочих элементов кристалла: Т = 65 °С; Еа = 0,6 эВ; Купр =10.
Этап 6. Рассчитаем интенсивность отказов конструктивных элементов КЭ с учетом коэффициентов ускорения:
КЭ35 = 10-7 [0,04 2 + 0,0057 4 + 6 (0,003 12 + 0,0015 6)] =
= 10-7 (0,08 + 0,023 + 6 0,0369) = 10-7 0,32 = 3,2 10-8 (1/ч).
Этап 7. Рассчитаем интенсивность отказов межэлементных соединений МС по формуле (П.5.5) для температуры 65 °С. Коэффициенты γ будут иметь следующие значения: γ1 = 3,5; γ2 = 9; γ3 = 7.
МС35 = 10-7 (0,02 0,1 3,5 + 0,04 0,4 9 + 0,04 0,4 7) = = 10-7 (0,007 + 0,144 + 0,112) = 0,263 10-7 = 2,6 10-8 (1/ч).
Этап 8. Вычислим интенсивность отказов указанных ИС при температуре +35 °С:
35 = 4 (3,2 10-8 + 1,7 10-8 + 2,6 10-8 + 0,006 10 10-7) =
= 4 (3,2 + 1,7 + 2,6 + 0,6) 10-8 = 4 8,1 10-8 = 3,2 10-7 (1/ч), что в 3 раза лучше значения λ, указанного в ТУ.
Этап 9. Для сравнения вычислим λ при максимально допустимой по ТУ температуре окружающей среды +70 °С.
Тогда коэффициенты ускорения по рис. П.5.6 с учетом табл. П.5.21 будут следующими:
для корпуса: Т = 75 °С, Еа = 0,5 эВ,
Кук = 18;
для кристалла: Т = 100 °С, Еа = 0,3
зВ, Κукр =11;
для соединений типа Au – Al: Т = 100
С; Еа = 0,65 эВ; КУС1 = 110;
для соединений типа Au – Au: Т =
100 С; Еа = 0,4 эВ; КУС2=25;
для прочих элементов кристалла: Т =
100 °С; Еа = 0,6 эВ; Купр = 100.
Коэффициенты γ по рис. П.5.5 для 100 °С будут следующими:
γ1 = 25; γ2 = 65; γ3 = 50.
КЭ70 = 10-7 [0,04 18 + 0,0057 11 + 6 (0,003 110 +
+ 0,0015 25)] = 10-7 (0,72 + 0,06 + 6 0,367) = 3,0 10-7 (1/ч);
МС70 = 10-7 (0,02 0,1 25 + 0,04 0,4 65 + 0,04 0,4 50) =
= 10-7 (0,05 + 1,04 + 0,8) = 1,9 10-7 (1/ч);
70 = 4 (3 10-7 +1,7 10-8 +1,9 10-7+ 0,006 100 10-7) =
= 4 5,67 10-7 = 2,3 10-6 (1/ч), что практиче-
ски соответствует значению , указанному в ТУ (1 10-6 1/ч).
Расчет интенсивности ИС типа КР1830ВЕ51
Этап 1. Рассчитаем интенсивность отказов конструктивных элементов, КЭ по формуле (П.5.3).
Исходные данные выберем из соответствующих таблиц и рисунков:
К = 0,2 10-7 l/ч (табл. П.5.13 для корпуса 2123.40-6 в пластмассовом варианте);
КР = 3,0 (рис. П.5.2 для S = 44,2
мм2);
КК = 0,01 10-7 l/ч (табл. П.5.14 для приклеивания);
С = 1,2 (рис. П.5.3 для S = 5,4 10-3
мм2);
С1 = 0,03 10-7 1/ч (табл. П.5.15 для соединения Аu –Al на кристалле);
С2 = 0,004 10-7 1/ч (табл. П.5.15 для соединения Аu –Ni на траверсах);
КЭ = 10-7 [0,2 + 3,0 0,01 + 40 1,2 (0,003 + 0,004)] =
= 10 (0,2 + 0,03 + 0,336) = 0,566 – 10-7 = 5,7 10-8 (1/ч).
Этап 2. Рассчитаем интенсивность отказов элементов кристалла ЭК по фор-
муле (П.5.4).
Исходные данные выберем из соответствующих таблиц и рисунков:
β = 1,7 (рис. П.5.4. для толщины подзатворного окисла 425 А).
Тпер = 25 + 130 0,1 = 38 °С; α = 0,22 (табл. П.5.16. для Тпер = 38
°C и КП = 0,7);
Т = 3 10-12 1/ч (табл. П.5.17 для полевых транзисторов V степени интеграции);
П = 10-12 1/ч (табл. П.5.18 для электрического перехода на МДП – структурах).
ЭК = 0,22 1,7 (72960 3 10-12 + 40 10-
12) =
= 0,22 1,7 10-12 218920 = 8,2 10-8(1/ч).
Этап 3. Рассчитаем интенсивность отказов межэлементных соединений МС по формуле П.5.5.
Исходные данные найдем в соответствующих таблицах и рисунках:
Μ1 = 0,02 10-7 1/ч (табл. П.5.19 для дорожки шириной 30 мкм);
М2 = 0,008 10-7 1/ч (табл. П.5.19 для дорожки шириной 5 мкм);
|
l = 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Для цепей питания |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 = |
|
0,0024 |
|
0,024 |
|
= 6,6 104 |
||||||||||
|
|
30 10 8 |
|
36 10 8 |
|
|||||||||||
1,2 |
|
|
|
|
||||||||||||
(А/см2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Для других цепей |
2 = |
|
50 10 6 |
= |
|||||||||||
|
1,2 5 10 8 |
|||||||||||||||
833 (А/см2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Тогда |
Q1 |
= |
|
6,6 104 |
= 0,33; Q2 = |
||||||||||
|
2 105 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
833 |
= 4,2 10 |
-3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По рис. П.5.5 для температуры 38 °С |
|||||||||||||||
определим значения: 1 = 1,0; |
2 = 0,004; |
|
||||||||||||||
|
|
МС |
= |
|
107 (0,02 1,5 1,0 |
+ |
||||||||||
0,008 11,6 0,004) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= 10-7 (0,03 + 0,0004) = 0,03 10-7. |
|
|
|
|||||||||||||
|
Этап 4. Найдем полную расчетную |
|||||||||||||||
интенсивность |
|
|
отказов |
|
ИС |
типа |