CN101795060A - 混合集成电路dc/dc变换器可靠性快速评价方法 - Google Patents

Abstract

混合集成电路DC/DC变换器可靠性快速评价方法，属于混合集成电路技术领域。本发明的步骤为：先测量出混合集成电路DC/DC变换器在正常工作状态(V₀＝15V，常温)下的壳温和变压的温度，并计算出焦耳热温升ΔT₁；限定本方法的最高试验温度为(230℃-ΔT₁)；测量该混合集成电路DC/DC变换器的失效敏感参数P在选定温度范围内在工作状态(V₀＝15V)下随温度T_0t退化的数据，并绘制曲线且拟合成直线；根据公式

和试验数据计算失效激活能Q；根据公式

Description

混合集成电路DC/DC变换器可靠性快速评价方法

技术领域

混合集成电路DC/DC变换器可靠性快速评价方法，属于混合集成电路技术领域，涉及一种评价混合集成电路性能的方法。

背景技术

目前，在可靠性评价技术中多采用加速寿命试验，采用的标准是美军标MIL-STD-883E和国军标GJB548A-96及混合集成电路通用规范GJB2438A-2002相关条款：方法1016寿命/可靠性试验。该方法根据Arrhenius方程，在三个以上温度点进行恒定电应力的加速寿命试验，以确定微电子器件的寿命特征，寿命加速特征，失效率水平。其存在的主要问题是试验周期长(5000hr以上)，成本高，所需样品多；

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合集成电路DC/DC变换器可靠性评价方法来解决上述方法试验周期长，成本高，所需样品多等缺陷。

本发明的混合集成电路DC/DC变换器可靠性快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先用红外法或电学法测量混合集成电路DC/DC变换器在正常工作状态(V₀＝15V，常温)下的壳温，用T₀表示；打开管壳用红外法或电学法测量变压的温度，用T₁表示；然后用温度T₁减去壳温T₀即为该正常工作状态下变换器的焦耳热温升，用ΔT₁表示；

变压器磁性材料导磁率为零时的居里点温度为230℃，故本方法的最高试验温度为(230℃-ΔT₁)

2)选取(230℃-ΔT₁)以下的温度范围，例加75℃至160℃，采用序进温度应力加速寿命试验法：对混合集成电路DC/DC变换器进行工作状态(输出电压V₀＝15V)下的升温速率为β的温度斜坡试验，得到失效敏感参数P退化量(如输出电压V₀)ΔP随温度升温的退化数据，这里温度可用混合集成电路DC/DC变换器某一时刻的壳温T_0t代表，则某一试验时刻的壳温为T_0t＝T₀+βt，并绘制成曲线，如图1所示；

3)求出失效激活能Q

设混合集成电路DC/DC变换器失效敏感参数P在工作状态(V₀＝15V)下的退化速率为

它与温度T遵从如下关系：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dt}}={\mathrm{Ae}}^{-\frac{Q}{\mathrm{kT}}}---\left(1\right)$

式中Q为失效激活能，k为波尔兹曼常数，A为常数；

通过试验得到两个相近但不同温度段(如图1中t₁、t₂、t₃、t₄所示)失效敏感参数P的退化量ΔP₁和ΔP₂(如图1中ΔP₁和ΔP₂所示)，可得到如下关系式：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{\mathrm{\Δ}{P}_2}=\frac{A{\∫}_{t_1}^{t_2}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}{A{\∫}_{t_3}^{t_4}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}{{\∫}_{t_3}^{t_4}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

(2)式中只有一个未知量Q，通过计算机辅助求解，可求出失效激活能Q；

4)求出正常工作条件下的寿命

在进行步骤2)的试验过程中，t时刻混合集成电路DC/DC变换器的壳温为：

T_0t＝T₀+βt                            (3)

若在温度序进应力加速寿命试验法(CETRM)中加速试验和正常工作条件下(V₀＝15V，常温)的失效判据相同，即常温下失效敏感参数P在正常工作条件下与在温度序进应力加速寿命试验中退化量相等时，

则ΔP＝ΔP₀                            (4)

其中： $\mathrm{\ΔP}={\∫}_0^t\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_{0t}}\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{\mathrm{\β}}{\∫}_{T_O}^T\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_{0t}}\right)d{T}_{0t}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}{P}_0={\∫}_0^t\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_0}\right)\mathrm{dt}=\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_0}\right)t---\left(6\right)$

将(5)、(6)式代入(4)式并整理可外推得到混合集成电路DC/DC变换器壳温为T₀时的工作寿命：

$\mathrm{\τ}=\frac{\underset{T_0}{\overset{T}{\∫}}\exp (-\frac{Q}{k{T}_t})d{T}_t}{\mathrm{\βexp}(-\frac{Q}{k{T}_0})}---\left(7\right)$

本发明方法，可使试验周期缩短至3000小时，成本降低1/3以上，所需试验样品减少1/3。传统加速寿命试验方法通常采用三个恒定温度点的三组加速寿命试验，且最低温度点的试验温度应接近使用温度，在三个温度点的加速寿命试验失效机理一致时，可以根据三个温度点的寿命外推正常工作条件下(常温)的寿命。最低温度点的试验是试验周期最长，往往需要近万小时，是传统方法耗时费力的根本原因。新方法采用序进的温度应力，可使试验周期缩短至3000小时，因只需进行一组的加速寿命试验，所需试验样品为传统方法的1/3，试验成本可降低1/3以上。

附图说明

图1为本发明实施例混合集成电路DC/DC变换器HHW28S15F输出电压V₀随壳温T_0t升高的退化的曲线图；

具体实施方式

以混合集成电路DC/DC变换器HHW28S15F为例说明，失效的敏感电参数定为输出电压V₀，失效判据为输出电压V₀退化为V₀＝15.00±0.05V。

1)用红外法或电学法测量HHW28S15F在正常工作状态下的壳温T₀；

2)打开管壳，用红外法测量管壳内变压器的温度T₁，T₁减去壳温T₀即为变压器的焦耳热温升ΔT₁；

3)选取75℃～160℃的温度范围，在正常工作条件下进行温度斜坡试验，升温速率β≤2℃/24hr，可以得到输出电压V₀随壳温T_0t缓慢上升后的退化曲线，如图1所示，试验数据如表1所示；

4)根据公式(2)可得出混合集成电路DC/DC变换器HHW28S15F样品的失效激活能；

5)根据公式(3)和公式(4)可得出混合集成电路DC/DC变换器HHW28S15F样品在T₀＝115℃时的寿命τ＝11634hr。

5)本发明的方法所需样品少、试验周期只需1000多小时，大大缩短了试验周期，降低了成本。表1

试验时间t(hours)	输出电压Vout(V)
		0	14.89
72	14.875
		144	14.86
216	14.841.5
		288	14.83
360	14.81
		432	14.79
504	14.77
		576	14.75
648	14.73
		720	14.71
792	14.67
		864	14.63
936	14.56
		1008	14.50

试验时间t(hours)	输出电压Vout(V)
		1080	14.35
1152	14.20

Claims (1)

1.一种混合集成电路DC/DC变换器可靠性快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先用红外法或电学法测量混合集成电路DC/DC变换器在正常工作状态下即在V₀＝15V，常温状态下的壳温，用T₀表示；打开管壳用红外法或电学法测量变压的温度，用T₁表示；然后用温度T₁减去壳温T₀即为该正常工作状态下变换器的焦耳热温升，用ΔT₁表示；

选取(230℃-ΔT₁)以下的温度范围，采用序进温度应力加速寿命试验法：对混合集成电路DC/DC变换器进行正常工作状态下的升温速率为β的温度斜坡试验，得到失效敏感参数P退化量ΔP随温度升温的退化数据，这里温度用混合集成电路DC/DC变换器某一时刻的壳温代表，则某一试验时刻t的壳温为T_0t＝T₀+βt；

2)求出激活能Q

设混合集成电路DC/DC变换器失效敏感参数P在工作状态V₀＝15V下的退化速率为它与温度T遵从如下关系：

$\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dt}}={\mathrm{Ae}}^{-\frac{Q}{\mathrm{kT}}}---\left(1\right)$

式中Q为失效激活能，k为波尔兹曼常数，A为常数；

通过试验得到两个相近但不同温度段失效敏感参数P的退化量ΔP₁和ΔP₂，在试验过程中t₁时刻到t₂时刻DC/DC变换器失效敏感参数P的退化量为ΔP₁，t₃时刻到t₄时刻DC/DC变换器失效敏感参数P的退化量为ΔP₂，可得到如下关系式：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{\mathrm{\Δ}{P}_2}=\frac{A{\∫}_{t_1}^{t_2}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}{A{\∫}_{t_3}^{t_4}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}{{\∫}_{t_3}^{t_4}\exp \left(\frac{-Q}{\mathrm{kT}}\right)\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

(2)式中只有一个未知量Q，求出失效激活能Q；

3)求出正常工作条件下的寿命

在进行步骤2)中，t时刻混合集成电路DC/DC变换器的壳温为：

        T_0t＝T₀+βt            (3)

若在温度序进应力加速寿命试验法中加速试验和正常工作条件下即V₀＝15V，常温状态下的失效判据相同，即常温下失效敏感参数P在正常工作条件下与在温度序进应力加速寿命试验中退化量相等时，

则    ΔP＝ΔP₀            (4)

其中： $\mathrm{\ΔP}={\∫}_0^t\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_{0t}}\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{\mathrm{\β}}{\∫}_{T_O}^T\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_{0t}}\right)d{T}_{0t}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}{P}_0={\∫}_0^t\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_0}\right)\mathrm{dt}=\mathrm{Aexp}\left(\frac{-Q}{k{T}_0}\right)t---\left(6\right)$

将(5)、(6)式代入(4)式并整理可外推得到混合集成电路DC/DC变换器壳温为T₀时的工作寿命τ：

$\mathrm{\τ}=\frac{\underset{T_0}{\overset{T}{\∫}}\exp (-\frac{Q}{k{T}_t})d{T}_t}{\mathrm{\βexp}(-\frac{Q}{k{T}_0})}---\left(7\right).$

Images