大功率器件可靠性的验证

2021-11-23张婷婷

商品与质量 2021年27期

张婷婷

西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司陕西西安 710000

半导体元器件具有重量轻、体积小以及功耗低等特点，在电子学中占据重要的地位。但由于构成设备以及系统工程的复杂性，容易导致器件工程出现退化和失效的现象。文章主要是对大功率半导体元器件可靠性展开了研究和探讨。

1 提升半导体元器件可靠性的意义

当前国防和电子系统装备的发展，半导体设备的可靠性与元器件的数量密切相关已经有过了数量越多，危害就越严重的问题[1]。如果一个组件发生故障，整个系统将失败。因此研究半导体器件的可靠性非常是重要的。那半导体器件的可靠性是所用元器件可靠性的产物，半导体设备的可靠性越高，对半导体器件的可靠性要求就越高，半导体器件是否具有很高可靠性取决于其使用形式。当前半导体器件的使用范围的增加，它们的工作条件变得更加复杂，并且设备可能面临诸如辐射的恶劣环境条件下的高温，高压，低压，振动等的问题，如辐射，设备的可靠性也将得到改善，组件的可靠性要求将更高更高，如导弹系统，电子系统如果无法保证设备的可靠性，则传输过程将失败，已成为巨大的经济损失和不可接受的后果。

2 半导体元器件可靠性的内容

装置的可靠性设计应与所报告废物的使用相一致。其影响因素包括技术、组织管理、设计思想、生产和使用过程。因此，从设备设计阶段开始就有必要为可靠性打下基础。半导体器件的可靠性是指在一定的时间和条件下实现预定功能的能力。它对预定的条件、时间和功能有很大的影响。一般来说，我们可以用概率来衡量半导体元件在规定时间内完成预定功能的时间。半导体器件的可靠性应从设计之初就应加以控制[2]。装置投产后，应进行抽样、筛选，并进行可靠性试验。对装置进行初步分析、调查、目测和特性检查。对设备的失效模式进行了分类，并对设备进行了失效机理、电气分析、微观分析和先进设备分析，找出了设备的失效模式，制定了纠正措施，改进了设备的设计、生产和试验，并加以改进。

3 常见的失效分布及失效分析

半导体器件可靠性的定量特性之间存在很大的关系，并且不同类型的故障分布不同。由于半导体器件的特点，最明显的早期故障状况是长期的故障，损耗效率缓慢降低。通常，难以进入明显的失败阶段。在早期失败阶段，损失效率较高，但当前时间的推移，损失效率将逐渐减少。失败的主要原因是设计和制造过程中的缺陷，如原料缺陷，制造过程质量差或宽松质量检验，在离开工厂之前，应合理筛选半导体元件以消除早期故障产品[3]。失败阶段的发生是随机的，接近正常，故障率低。因此，它被称为意外故障时期，这也是产品的最佳工作阶段。在损失方面，由于磨损，老化，疲劳和损失，半导体器件的效率得到了改善，当前时间的推移逐渐提高。半导体元件与时间的关系是一条曲线，称为桶形曲线。桶形曲线是半导体故障组装的一个更准确的总结。按照不同的类型、不同的制造工艺、不同的生产批次和工作要求、不同的失效规律，这些差异只体现在不同的功能上，给实际工作带来极大的方便。威布尔分布广泛应用于半导体元件的失效分布。它能反映故障函数、故障密度和故障率函数。计算公式包括形状参数、位置参数和比例参数。其中，形状参数最为重要，它代表了一批产品的分散指数，能具体反映产品的早期失效期、意外失效期和损失，位置参数能反映失效分布的起点。要分析大功率半导体故障器件的故障原因，提高了误差的可靠性更正。筛选只能在成品上进行产品[4]。更多主动的方法是预先了解设备的故障模式和机理，解决验收和使用问题规范半导体元件必须在选定的产品中进行，形成完整的配方机器计划和生产可靠性方案，完整的故障分析包括：现场原始记录，故障模式识别，故障特征描述，故障机理假设，验证，实施纠正措施，半导体元件故障模式模型是一种利用故障物理原理分析和预测可靠性的方法，通过量化各种故障模式的统计规律和总故障的比例，建立大功率元件故障模式模型，在元件故障中，通常是在监测后观察到的，监测后确定电气试验和敞开式外壳。

4 可靠性试验及可靠性筛选

可靠性测试是在试验片上施加某个外力，观察其性能是否稳定，以及结构状态是否在外力的作用下完成或变形，以确定它是否无效。按照试验项目，高功率半导体器件的可靠性测试分为筛选试验，验证验收测试和常规测试，以及按照测试项目的环境测试和寿命测试，可靠性筛选是以各种方式删除和消除不合格的部件，留下合格和优异的部件[5-6]。筛选应在生产或半成品的生产后立即进行。理想的筛选条件和应力应在早期失败结束和意外失败开始之间的曲线的拐点处进行筛选部件的故障率。可靠性筛选是一种有效的措施，可确保产品的高可靠性。