CN101963636B - 元器件长寿命评测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种元器件长寿命评测方法。该方法包括步骤：对元器件特性、使用平台及应用环境进行分析；初步确定试验的应力水平及敏感参数；确定应力因子的施加顺序，响应敏感参数的分析方法，并确定试验设备；进行正式试验，每隔一定的时间记录元器件加速寿命试验的敏感参数的值，以显示出元器件加速寿命试验的敏感参数随时间的变化；利用图形软件进行图形化分析，选出最佳加速模型和寿命预计模型；验证模型是否有效，若有效，对元器件长寿命进行评测，否则重新确定参数。本发明适用于小子样、试验周期短，试验费用低，不需要预先建立模型，具有普适性和科学性，能够对采用新技术、长寿命的元器件进行长寿命评测。

Description

元器件长寿命评测方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年7月24日提交的、申请号为2009100895788的中国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及元器件长寿命评测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，当今许多电子产品的长使用寿命对元器件的存储寿命和使用寿命提出了更高的要求，例如有些产品要求工作寿命在20年以上。因此，如何有效地评测元器件的寿命是需要解决的一个问题。

以往的寿命评测方法是使用传统的加速寿命试验方法，即采用应力加速试验方法进行寿命评测。其一般采用温度应力加速试验，其流程是：提出问题、获得数据，将数据放入固定的模型中进行分析，然后得出结论。这种方法不适用于对采用新技术、长寿命的元器件进行长寿命评测。

传统的方法存在一定的风险，依据过去的数据分析经验，先验得为所得的数据套用模型，在此模型上进行分析，因此具有模型套用的风险。而且，目前，除集成电路以外，尚无长寿命评测方法与标准。集成电路也是采用传统的加速试验方法进行评测，但试验周期长、试验费用昂贵，而且采用经验模型来进行评测，评测结果的科学性、有效性有待验证。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于小子样、试验周期短，试验费用低，不需要预先建立经验模型，且具有普适性和科学性的能够对采用新技术、长寿命的元器件进行长寿命评测的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种元器件长寿命评测方法，包括如下步骤：

S1，对待测元器件的硬件及性能、元器件的使用平台及应用环境进行分析，初步选取试验设备。

S2，根据步骤S1的分析结果，确定影响待测元器件寿命的应力因子、加速因子和响应敏感参数以及元器件寿命的受控因子、未受控因子及响应参数表征，进而初步选取对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数。

S3，利用所述步骤S1中选取的试验设备以及所述步骤S2中选取的所述敏感参数进行摸底试验，根据所述摸底试验的结果确定所述应力因子的施加顺序以及响应敏感参数的分析方法，确定对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数，并确定试验设备。

S4，根据所述步骤S3中所确定的所述敏感参数和试验设备，并按照所述应力因子的施加顺序对所述待测元器件进行加速寿命试验，以获取不同时刻的敏感参数的值。

S5，利用图形软件对步骤S4中获得的敏感参数的值进行图形化分析，得到元器件加速寿命试验的敏感参数随时间变化的图形，将图形与加速模型和寿命预计模型进行拟合比较，选出与图形拟合程度最高的加速模型和寿命预计模型。

S6，验证所述加速模型和寿命预计模型是否有效，若是，则利用所述模型对元器件长寿命进行评测，否则重复步骤S3-S5。

其中，在步骤S3中选取的对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数可以为：具有明显的时间退化特征、且表征所述元器件的物理失效的敏感参数。在步骤S3中确定试验设备的方法可以为：选择高稳定工作环境、具有高精度退化参数以及高速测量与采集性能的设备。

其中，步骤S3中的试验设备可以为高稳定度温度箱、温-湿度试验箱、综合环境试验箱、热真空试验箱、程控高精度电源以及高速度数据采集仪器中的一种或几种。

其中，高温度稳定度试验箱的温度的精度可以为±0.1℃。

其中，高精度敏感参数测量仪器可以为8位半程控数字表。

本发明利用计算机分析软件，在所得试验数据的基础上，对数据进行分析，从而得到正确的模型。举例说明如下：传统的寿命试验一般先验地假设产品的失效率模型为常见模型，例如泊松分布，失效率为常数，如果产品老化过程未充分剔除早期失效产品，或产品进入后期磨损阶段，使用泊松分布模型会给寿命试验结果带来差错。而利用本发明的评测流程，首先要通过数据分析产品在寿命试验中失效率是否服从泊松分布，若不服从泊松分布，我们将分析出试验数据的真实分布，从而有效地避免了模型套用错误。

上述技术方案具有如下优点：通过先对试验结果进行分析，然后再拟合现有模型的方法得到最佳模型的方法实现了对采用新技术、长寿命的元器件进行长寿命评测，且适用于小子样、试验周期短，试验费用低，具有普适性和科学性。

附图说明

图1是本发明实施例的元器件长寿命评测方法流程图；

图2是利用本发明实施的方法测得的各样本敏感参数随时间改变的数据曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明实施例的方法流程图。如图1所示，依据本发明实施例的元器件长寿命评测方法包括：

步骤S1，对待测元器件的硬件及性能、元器件的使用平台及应用环境进行分析，初步选取试验设备。其中，所述元器件的硬件指元器件的设计、结构和材料。

步骤S2，根据步骤S1的分析结果，确定影响元器件寿命的应力因子、加速因子和响应敏感参数以及元器件寿命的受控因子、未受控因子及响应参数表征，进而初步选取对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数。

上述步骤S2具体为：当不能确定失效机理模型参数时，可以通过试验设计求出器件的加速因子。每种应力条件下，在不同时期，对每个器件样本的相同的失效模型和机理采用“过”应力以产生具有统计意义的失效数，“过”应力条件被用于定义技术余量和加速因子。

例如，我们假定失效机理是由于热激活引起的，对此可以采用阿列尼乌斯模型。因此，ln(失效率)与(Q/k)*(1/T)成正比，这里Q＝激活能，K＝波尔兹曼参数，而T为绝对温度。如果存在单一失效机理，将ln(失效率)与温度的倒数绘在图上将得到一条直线(也可采用指数回归拟合)。为了得到精确的Q值，1/T的范围要足够宽以精确调整斜率。假设期望得到的Q值约为0.7eV并且相关温度接近100℃，在此条件下温度每改变20℃将改变斜率3倍。因此，±20℃将调整斜率±3倍，±40℃将调整斜率±9倍。

步骤S3，利用所述步骤S1中选取的试验设备以及所述步骤S2中选取的所述敏感参数进行摸底试验，根据所述摸底试验的结果确定所述应力因子的施加顺序以及响应敏感参数的分析方法，确定对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数，并确定试验设备。

步骤S4，根据所述步骤S3中所确定的所述敏感参数和试验设备，并按照所述应力因子的施加顺序对所述待测元器件进行加速寿命试验，以获取不同时刻的敏感参数的值。

步骤S5，利用图形软件对步骤S4中的元器件加速寿命试验的敏感参数的值进行图形化分析，得到元器件加速寿命试验的敏感参数随时间变化的图形，将图形与加速模型和寿命预计模型进行拟合比较，选出与图形拟合程度最高的加速模型和寿命预计模型。所述的图形软件可以是JMP或者VIEWPOINT等软件。

拟合过程具体为：通过试验测得各样本敏感参数随时间改变的数据曲线如图2所示，图2中绘制出了5个样本的测试数据，由不同的像素点区分。横坐标为时间参数，纵坐标为敏感参数，直线DF为敏感参数失效判据曲线。若敏感参数与时间的依赖关系不是线性的，可通过对数坐标纸将其线性化。根据拟合出的各样品敏感参数趋势曲线，将曲线外延后与DF线相交。相交点的横坐标既是样本的寿命估计值。由于知道了各样本的寿命估计值，通过统计方法即可求得元器件的平均寿命值。

步骤S6，验证所述加速模型和寿命预计模型是否有效，若是，则对元器件长寿命进行评测，否则返回步骤S3。具体的验证方式为：选取典型的器件进行试验直至失效，将试验结果与模型的预计结果进行对比分析，从而进行模型有效性的验证。

本实施例中，在步骤S3中选取的对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数为：具有明显的时间退化特征、且表征所述元器件的物理失效的敏感参数。例如：在步骤S2中选取的部分元器件的敏感参数列举如下：CMOS数字器件的敏感参数为工作电流、输入阈值电压、功能失效、延迟时间；MOS多路转换器的敏感参数为泄露电流、输入阈值、功能失效；双极工艺的调节器/基准器的敏感参数为输出电压、最大负载电流；双极晶体管的敏感参数为电流增益、基线泄露电流；探测器的敏感参数为频谱响应、敏感性、信噪比；光耦的敏感参数为电流传输比；双极数字的敏感参数为延迟时间、输入阈值。需要通过摸底试验在这些敏感参数中选取变化明显的、与器件寿命关联度强的参数进行分析，通过数据分析确定出准确的模型。

本实施例中，在步骤S3中确定试验设备的方法可以为：选择高稳定工作环境、具有高精度退化参数以及高速测量与采集性能的设备。其中，高稳定工作环境要求是为了尽可能的避免由于外界环境因素的变化对退化参数的测量造成干扰；高精度退化参数、高速测量与采集性能是为了在短时间内获得关于元器件性能退化的精确数据，并且数据点足够的多，有利于对元器件退化参数的建模与外推。

本实施例中，为提高试验效率、减少试验时间、降低试验成本，步骤S3中的试验设备可以为高稳定度温度箱、温-湿度试验箱、综合环境试验箱、热真空试验箱、程控高精度电源以及高速度数据采集仪器中的一种或几种。其中，高温度稳定度试验箱的温度的精度可以为±0.1℃；高精度敏感参数测量仪器可以为8位半程控数字表。

本实施例中，步骤S5中的加速模型可以为阿仑尼乌斯模型、艾林模型、指数电压模型、温度电压模型、电迁移模型、三应力模型和coffin-manson机械裂痕生长模型等。

本实施例中，步骤S5中的寿命预计模型可以为指数模型、威布尔模型、极值模型、对数模型、伽玛模型和Bimbaum-saunders模型中等。

由以上实施例可以看出，本发明的实施例通过先对试验结果进行分析，然后再拟合现有模型的方法得到最佳模型的方法实现了对采用新技术、长寿命的元器件进行长寿命评测，且适用于小子样、试验周期短，试验费用低，具有普适性和科学性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种元器件长寿命评测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对待测元器件的硬件及性能、元器件的使用平台及应用环境进行分析，初步选取试验设备；

S2，根据步骤S1的分析结果，确定影响待测元器件寿命的应力因子、加速因子和响应敏感参数以及元器件寿命的受控因子、未受控因子及响应参数表征，进而初步选取对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数；

S3，利用所述步骤S1中选取的试验设备以及所述步骤S2中选取的所述对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数进行摸底试验，根据所述摸底试验的结果确定所述应力因子的施加顺序以及响应敏感参数的分析方法，确定对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数，并确定试验设备；

S4，根据所述步骤S3中所确定的所述敏感参数和试验设备，并按照所述应力因子的施加顺序对所述待测元器件进行加速寿命试验，以获取不同时刻的敏感参数的值；

S5，利用图形软件对所述步骤S4中的敏感参数的值进行图形化分析，得到所述元器件加速寿命试验的敏感参数随时间变化的图形，将所述图形与加速模型和寿命预计模型进行拟合比较，选出与所述图形拟合程度最高的加速模型和寿命预计模型；

S6，验证所述加速模型和寿命预计模型是否有效，若是，则利用所述模型对元器件长寿命进行评测，否则重复步骤S3-S5。

2.如权利要求1所述的元器件长寿命评测方法，其特征在于，在所述步骤S3中所确定的对待测元器件进行加速寿命试验的敏感参数为：具有明显的时间退化特征、且表征所述元器件的物理失效的敏感参数。

3.如权利要求1所述的元器件长寿面评测方法，其特征在于， 所述步骤S3中确定试验设备的方法为：选择高稳定工作环境、具有高精度退化参数以及高速测量与采集性能的设备。

4.如权利要求1所述的元器件长寿命评测方法，其特征在于，所述步骤S3中的试验设备为高稳定度温度箱、温-湿度试验箱、综合环境试验箱、热真空试验箱、程控高精度电源以及高速度数据采集仪器中的一种或几种。 

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