Оценка теплового режима ИМС Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам (стр. 2 из 2)
из-за дефектов, обусловленных диффузией (для одной стадии)
;из-за дефектов металлизации (на 1 мм2 площади)
;из-за дефектов оксида (на 1 мм2 площади)
;из-за дефектов от посторонних включений в корпусе (на 1 мм2 площади кристалла)
;из-за поверхностных и структурных дефектов кристалла (на 1 мм2 площади кристалла)
из-за некачественного крепления кристалла
;из-за обрыва термокомпрессионного сварного соединения
;из-за повреждения корпуса
(для пластмассового корпуса) и 
(для металлокерамического корпуса).По этим значениям можно определить интенсивности отказов активных и пассивных элементов и элементов конструкции полупроводниковых ИМС с учетом стадийности диффузионных или других высокотемпературных процессов, реальных площадей элементов, металлизации и кристалла.
Поэтому в качестве компонентов ненадежности используют элементы структуры и конструкции полупроводниковой ИМС, значения интенсивностей отказов которых определяются выражениями:
 | (4) |
 | (5) |
 | (6) |
где
, 
, 
— интенсивности отказов элементов (транзистора, диода, диффузионного резистора, диффузионной перемычки или шины), металлизации и кристалла соответственно; 
— число стадий диффузии при формировании того или иного элемента; 
, 
, 
— площади (в мм2) элемента, металлизации и кристалла соответственно.К компонентам ненадежности относится также корпус и соединения, характеризующиеся значениями
и 
. Только после такого определения расчет можно свести, как и в случае гибридных ИМС, к суммированию интенсивностей отказов отдельных компонентов ненадежности с учетом поправочных коэффициентов на величину электрической нагрузки и состояние окружающей среды.В данном случае интенсивность отказов
полупроводниковых ИМС с учетом того, что время появления внезапных отказов распределено по экспоненциальному закону, определяется выражением  | (7) |
где т — число групп элементов;
ni — число элементов данного типа с одинаковым режимом работы;
— поправочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей температуры и электрической нагрузки; 
— поправочный коэффициент, учитывающий механические воздействия, относительную влажность и изменение атмосферного давления; 
— интенсивность отказов элементов структуры (транзисторов, диодов, резисторов), металлизации, кристалла и конструкции (соединений, корпуса).Порядок расчета надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам физическим методом следующий.
1. По заданной принципиальной электрической схеме и разработанной топологии определяют число ni структурных элементов каждого типа и число т, mi типов элементов.
2. По топологии и маршрутной карте технологического процесса изготовления полупроводниковой ИМС определяют число диффузий
для изготовления структурных элементов каждого типа.3. По топологии определяют площади структурных элементов каждого типа
, и площадь кристалла .4. Используя данные по интенсивностям отказов элементов структуры и конструкции, по выражениям (4) — (6) определяют значения
для элементов каждого типа.5. По заданным электрическим параметрам и принципиальной электрической схеме производят расчет электрического режима и определяют коэффициенты нагрузки kHi для активных и пассивных элементов (как при расчете гибридных ИМС). Коэффициент нагрузки kНМi наиболее нагруженных проводников металлизации (шины питания, сигнальные выходные шины и др.) определяют из выражения
 | (8) |
где
— ток через i-й проводник металлизации; 
и 
— ширина и толщина проводника металлизации; 
— допустимая плотность тока через проводник металлизации.6. Для заданной температуры и рассчитанных значений kнi по графикам рис. 6 и 8 определяют значения поправочных коэффициентов
( 
, 
, 
и 
).7. По заданным условиям эксплуатации выбирают поправочные коэффициенты k1k2, и определяют ki = k1k2k3.
8. По полученным в п. 1, 4, 6 и 7 данным и выражению (7) рассчитывают интенсивность отказов
ИМС.Для заданного времени t рассчитывают вероятность безотказной работы ИМС
 | (9) |
ЛИТЕРАТУРА
1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.
2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.
3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с.
4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с.
5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.
6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.