3. Расчет показателей надежности

3.1 Определение показателей надежности полупроводниковой микросхемы

В качестве основных показателей, характеризующих надежность ИМС, рассчитывают P(t) – вероятность безотказной работы на заданном отрезке времени и среднее время безотказной работы (T_ср):

(3.1)

(3.2)

(3.3)

где - суммарная интенсивность отказов основных конструктивных элементов полупроводниковой ИМС; - интенсивность отказов кристалла с полупроводниковыми ИМС; - интенсивность отказов контактных соединений в пределах кристалла; - интенсивность отказов внешних соединений кристалла с выводами корпуса.

Рассмотрим возможности расчета отдельных составляющих, входящих в выражение (3.3). Интенсивность отказов кристалла рассчитывается с учетом влияния факторов конструктивного, производственного и эксплуатационного характера. Сюда же условно включается показатель надежности корпуса, поскольку его негерметичность отражается на состоянии поверхности кристалла.

Таким образом, для кристалла интенсивность отказов оценивается согласно выражению

(3.4)

где _кр1 – базовая интенсивность отказов; _к1 – коэффициент, учитывающий жесткость технологического контроля в процессе производства; – коэффициент ненадежности корпуса; – коэффициент освоенности производства; – коэффициент сложности кристалла; – коэффициент, учитывающий характер и интенсивность механической нагрузки в процессе эксплуатации ИМС; – температурный коэффициент.

Базовая интенсивность отказов составляет величину примерно _кр1=10^-9ч^-1.

Коэффициент жесткости технологического контроля определяется по таблице 3.1.

Таблица 3.1– Значение коэффициента _к1

Надежность корпуса оценивается в зависимости от его конструкции. Для металлостеклянных и металлокерамических корпусов при дополнительной индивидуальной герметизации кристаллов

, (3.5)

где N – количество выводов корпуса.

Если кристаллы, установленные на основание корпуса, не подвергаются индивидуальной дополнительной герметизации, то

. (3.6)

Для полимерных корпусов

. (3.7)

Влияние освоенности производства учитывается коэффициентом , который для первого года производства принимается равным 10, а для последующих лет снижается до .

Сложность кристалла полагают зависящей от его активной площади (т.е. занятой элементами и межсоединениями без учета внешних контактных площадок и технологического поля по периферии кристалла).

Коэффициент сложности рассчитывается по формуле

(3.8)

где S – количество единиц (квадратных миллиметров) площади кристалла.

Коэффициент механической нагрузки на кристалл зависит от условий эксплуатации и принимается из таблицы 3.2

Таблица 3.2– Значение коэффициента _м

Коэффициент _Т определяется в зависимости от температуры элементов кристалла Т_эл согласно данным, приведенным в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Зависимость коэффициента _Т в зависимости от температуры элементов кристалла Т_эл

Интенсивность отказов внутренних контактных соединений рассчитывается по формуле

(3.9)

где – интенсивность отказов одного соединения; – количество соединений.

С учетом конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов интенсивность отказов одного соединения можно представить следующим образом

(3.10)

где – базовая интенсивность отказов одного внутреннего контактного соединения. Можно принимать .

Интенсивность отказов внешних соединений рассчитывается аналогично внутренним

(3.11)

где – интенсивность отказа одного соединения; – количество соединений.

Для одного соединения интенсивность отказа равна:

(3.12)

Базовая интенсивность отказов одного внешнего соединения в зависимости от применяемых материалов и технологии принимается в соответствии с данными таблицы 3.4

Таблица 3.4 – Базовая интенсивность отказов

3.2 Определение показателей надежности гибридной микросхемы

В качестве основных показателей, характеризующих надежность ИМС, рассчитывают P(t) – вероятность безотказной работы на заданном отрезке времени и среднее время безотказной работы (T_ср).

(3.13)

(3.14)

Интенсивность отказов представляют в виде суммы интенсивностей отказов элементов, компонентов и соединений:

(3.15)

где – интенсивности отказов бескорпусных полупроводниковых ИМС, транзисторов, диодов, пленочных резисторов, конденсаторов, пассивных навесных компонентов и соединений соответственно; N_ПИМС, N_Т, N_Д, N_R, N_C, N_КОМП – количество бескорпусных полупроводниковых ИМС, транзисторов, диодов, пленочных резисторов, конденсаторов и пассивных навесных компонентов соответственно; n_ПИМС, n_КОМП – количество выводов бескорпусных полупроводниковых ИМС и пассивных навесных компонентов; α_Т, α_Д, α_R, α_C – коэффициенты режима работы (температурные коэффициенты) транзисторов, диодов, пленочных резисторов и конденсаторов соответственно.

Для расчетов рекомендуется принимать типичные значения интенсивностей отказов, приведенные в таблице 3.5

Таблица 3.5 – Типичные значения интенсивностей отказов

Интенсивность отказов пассивных навесных компонентов зависит от типа компонента. В качестве примера приведем следующие значения – таблица 3.6.

Таблица 3.6 – Интенсивности отказов навесных пассивных компонентов

Коэффициенты режима работы зависят от температуры, их рекомендуемые значения приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Значения коэффициентов режима работы

Как видно из таблицы 3.7, пленочные конденсаторы имеют пониженную надежность при высокой температуре. Это объясняется ускорением процессов миграции атомов материалов обкладок по микродефектам в диэлектрике, что приводит к повышению токов утечки или к пробою.