军用电子元器件筛选的可靠性模型研究

李娜　杨恒

电子元器件的可靠性筛选是指通过鉴别性能良好的电子元器件和诱发有潜在缺陷的电子元器件失效的方式，保证整机系统的性能。本文通过对军用电子元器件筛选可靠性模型的分析与建立，明确了器件的退化失效模式和其所对应的冲击损伤量之间的函数关系，为进一步甄别筛选失效器件提供了严格的数据模型，此外，还可以借此进一步完善军用电子元器件筛选的可靠性模型和设计方案。因而，军用电子元器件筛选可靠性模型的建立与应用对于军用电子元器件的可靠性筛选具有重要的理论与现实意义。

当军用电子元器件总退化量XS（t）超出其退化失效阂值TS时，器件会失效。为建立器件的退化失效模型，首先应计算产品的总退化量：

式1中，X（t）表示产品的总退化量，X（t）表示产品自身的退化量，Y（t）表示由于随机冲击过程所带来的累积突增退化量。假设器件的自身连续性退化进程为线性退化，可以将以上模型简化为：

以上就是元器件失效判据的可靠性模型，考虑到冲击类型的种类繁多，以及失效阈值和器件退化量之间的线性关系，现有的可靠性模型可以通过分类讨论进一步明确冲击损伤量和产品可靠性之间的关系。

通过对元器件上的器件进行高温反偏试验，观测器件在高温反向偏置时的退化情况来验证其芯片电流泄露，检测其高温性能和可靠性水平，同时对建立的可靠性模型进行验证。对器件进行电学特性测试，其参数包括VF@5A，VR@0.1mA，IR@1200V。将元器件放置在标准的HTRB测试室中，在温度为175℃，DC反向偏压为960V的HTRB条件下暴露168小时。经过试验验证，元器件在高温反偏试验当中正向压降偏移率低，因而其正向特性未发生退化。为进一步分析器件的电学特性参数，对器件的电学特性参数进行试验测量，观察其在高温反偏应力前后的数据变化。分别从反向电压，反向漏电流两个角度来进一步分析器件高温反偏试验下的性能变化。试验结果如表1所示。

由图可知，器件VF值试验前后相差0.03V，变化率为0.6%，变化幅度极小可以忽略，因而其正向特性没有退化。反向漏电流则从59.946nA增大到了1522.99nA，变化幅度接近1000%，反向特性退化严重。试验前该器件的反向电压为1466V，试验后反向电压降至1306V左右，变化率在10.9%。反向特性发生退化。由以上试验数据可以得知。高温反偏会使该器件漏电流增加，耐压值降低，产品性能退化。同时，还可以据此确定出器件在高温反偏条件下的失效条件，这跟所建立的函数模型结果保持一致，也符合实际的工况。

将元器件放入HTRB测试系统前，在不同偏置电流下（I=10mA和I=80mA）測量器件的噪声，然后将器件放入高温反偏测试系统，在温度为175℃，DC反向偏压为860V的HTRB条件下暴露168小时，168小时后于不同偏置条件下测量器件的噪声。根据实验数据可以知道10mA条件下，电压噪声在试验之后发生了明显增大，80mA时噪声电压值大，并且在试验前后也发生了明显增大，因而可以知道，高温反偏应力会使器件噪声变大，可靠性降低。同样的，在不同偏置电流下器件退化量与冲击损伤量之间的关系与所建立的函数关系保持一致，并且符合实际工况。

为进一步确定元器件的可靠性表征参量，计算了每个参量试验前后的变化率，根据变化率大小对比分析最终选定器件的表征参量。对于高温反偏应力，试验前后器件的反向漏电流电参量变化显著，变化率达6800%，所以，将反向漏电流lR作为表征元器件在高温反偏应力下的参量。即将高温反偏量作为函数可靠性模型中的冲击损失量，将反向漏电流和反向高压作为产品可靠性的表征参量。据此，可以认为，高温反偏试验中关于产品可靠性表征参量的研究符合的函数表达式模型，也与实际的工况相吻合，该模型可以准确反映出器件受到;中击损失量与其可靠性之间的关系。

军用电子元器件的可靠性是必须首先保证的重要指标，筛选是对这一指标的把关审核。对此过程进行分析研究是提升本质可靠性的有效手段。在工作中将可靠性模型分析结果与实测结果互相印证，可以为元器件的改进提升提供重要的数据资源。因而，这一可靠性模型的建立对于军用电子元器件筛选工作具有重要的理论和现实意义，极大地节约了人力和资源成本，具有进一步推广应用的价值。