Методическое пособие 700

4.4. Статистическая и графическая обработка

параметров ИС при длительных испытаниях

или при изменении внешних условий

Зачастую необходимо обработать статистический материал для различных условий эксперимента или для двух партий изделий при одном эксперименте, чтобы сравнить полученные данные. Такие данные для наглядности могут быть представлены в виде таблиц (табл. П.4.8 и П.4.9), гистограмм распределения (рис. П.4.5), интегральных кривых распределения (рис. П.4.6), полей корреляции (рис. П.4.7), графиков зависимостей значений параметров от длительности испытаний (рис. П.4.8 и П.4.9) и кривых стабильностей параметров при длительных испыта-

ниях (рис. П.4.10, П.4.11 и П.4.12).

Таблица П.4.8

Изменение входного тока закрытой схемы I1Н для ИС

серии 106 при длительном хранении при температуре –60 С

(данные гистограммы выполнены по принципу [;)). Сравнение интегрального распределения по параметру U0L ИС серии 106 на входном контроле и после электротермотренировки (ЭТТ) в течение 168 ч показывает увеличение значений этого параметра (рис. П.4.6). Можно подсчитать, что медианное значение увеличилось в 1,6 раза, 10 %-ный квантиль – в 1,3 раза, 90 %- ный квантиль – в 1,5 раза.

Поле корреляции значений параметров U0L для ИС серии 106 показывает возрастание этого параметра в течение пер-

вых 500 ч испытаний в 1,5 – 2 раза и стабильное значение этого параметра в пределах ±10 % в течение 5000 ч по сравнению с его значением после 500 ч работы

(рис. П.4.7).

Кривые зависимости параметра (или его среднего, или его медианного значения, или какого-либо квантильного значения) наглядно показывают изменение параметра от времени испытаний (рис. П.4.8

и П.4.9).

Иногда необходимо сравнить, как параметры совокупности конкретных изделий ведут себя со временем при различных видах испытаний – стабильны ли они со временем и насколько стабильны. С этой целью строятся кривые стабильности на основе метода, предложенного Е.И. Соколовой и В.Д. Дмитриевым. Вычисляется процент годности изделий для ±50-, ±30- и ±20 %-ного исходного значения параметра для различных промежутков времени испытания. При этом, если изделие имело хотя бы раз значение параметра большее,

чем подсчитываемый процент, оно уже в последующем не учитывается для этого процента стабильности. При построении кривой стабильности по оси ординат откладывается процент годности (количество приборов в процентах), удовлетворяющий взятому уровню стабильности для данного времени измерения.

На рис. П.4.10 показаны кривые стабильности параметра для 50, 30 и 20 % годности от исходного значения, а на рис. П.4.11 представлены кривые стабильности для 20 % годности от исходного значения параметра при различных видах испытаний.

Рис. П.4.10. Кривые стабильности коэффициента усиления

по току транзисторов при складском хранении

Время наработки 1000 ч

Рис. П.4.11. Кривые стабильности для 20 %-ного значения

параметра U0L ИС типа106ЛБ2 при различных видах испытаний

Высокой надежности интегральных схем следует добиваться на этапе их разработки, когда можно устранить причины потенциальной ненадежности. Доводить неудачно разработанную конструкцию, схему, плохо задуманную технологию в процессе производства трудно и дорого. Безусловно, качество производства играет важную роль в том, чтобы изделие было надежным. И хорошо разработанное изделие нужно правильно изготовить, испытать, оттренировать, эксплуатировать. Без этого оно не будет надежным.

Исследование основ обеспечения надежности БИС показывает, что потенциальные причины отказов БИС и ИС малой и средней степени интеграции имеют одинаковый характер. Это – дефекты кристалла (неоднородности, включения в кристалл, дефекты диффузии, ошибки при подготовке поверхности), металлизации (включения, царапины; дефекты травления, утоне-

ния на ступеньках оксида), дефекты оксидного слоя, некачественная приварка проводников к контактным площадкам на кристалле и на траверсах, негерметичность и др. По сравнению с ИС малой и средней степени интеграции элементы БИС имеют меньшие размеры и расположены более тесно, поэтому БИС более чувствительны к некоторым деградационным процессам, дефектам кристалла и оксидного слоя.

Увеличение площади кристалла БИС и введение в ряде случаев многослойной металлизации ужесточают требования к качеству металлизации и делают более вероятным влияние дефектов оксидного слоя на активную область элементов или на активную часть металлизации. Кроме того, увеличение габаритов корпуса и числа выводов вызывает увеличение вероятности некачественной приварки контактных проводников и нарушение герметичности корпуса. В связи с этим вероятность отказов БИС, если качество исходных материалов и

требования к характеристикам технологических процессов изготовления оставить неизменными, должна быть больше, чем вероятность отказов ИС малой и средней степени интеграции.

Определенные трудности представляет нахождение количественных характеристик надежности ИС и, в частности, интенсивности отказов. Существуют экспериментальный метод определения величины и метод анализа теоретической модели надежности и расчета . При экспериментальном методе количество схем, которые должны быть поставлены на испытания при требуемой статистической достоверности, зависит от числа наблюдаемых отказов.

Ниже приведены данные испытаний при соответствующей интенсивности отказов до наступления 5 отказов при числе испытываемых образцов, равном 1000. Распределение наработки до

отказа принимается экспоненциальными.

Для ограничения времени испытаний и сокращения количества образцов испытания проводят при максимально возможных нагрузках, но при этом время испытаний остается слишком большим и достигает величины 106 – 107 ч. Данные, полученные при воздействии различных ускоряющих факторов, используют для исследований в теоретических моделях

За основу многих теоретических моделей взяты предположения о том, что распределение вероятности безотказной работы описывается экспоненциальным