一 Ｅ ．ｍ－一 皇 ｍ 环境试验 老化试验中温度变化问题探讨 冯建，胡波，邢宗锋，罗俊 叽 （中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆４０００６０） 摘要：介绍了烘箱老化环境温度受电路功率，老化板摆放位置的变化、烘箱风速变化等因素的影响导致烘箱内温场出 现变化，烘箱内温场变化剧烈的会影响产品的正常老化，形成过应力的情况，严重时会造成电路失效。对影响烘箱温 度的因素进行了试验监控分析，找出了影响烘箱温场的主要原因和规律，防止老化电路过温失效。 关键词：电路功率；烘箱温场：功率器件；耗散功率 中图分类号：ＴＮ７２２．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—７２０４（２０１４）０５ ００１３—０４ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｂｕｒｎ—ｉｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ＦＥＮＧ Ｊｉａｎ，ｔｔＵ Ｂｏ，ＸＩＮＧ Ｚｏｎｇ—ｆｅｎｇ，ＬＵＯ Ｊｕｎ （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｒｏｐ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｒｎ—ｉｎ ｏｖｅｎ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｏｆ ｂｕｒｎ—ｉｎ ｂｏａｒｄｓ’ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｎｓ’ｒｅｖ，ｅｔｃ．．Ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｏｖｅｎ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｂｕｒｎ ｉｎ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｎｄ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ，ｉｔ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｗｅ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｏｖｅｎ ｉｎ ｔｅｓｔｓ，ａｎｄ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｒｎ—ｉｎ ｏｖｅｎ，ｉｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｖｅｎｔ ｏｖｅｒ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ａｇｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｏｖｅｎ：ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ：ｄｉＳＳｉｐａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ 引言 随着集成电路技术高度发展，其功能越来越强大， 越高，器件的工作时间也越短。因此研究烘箱内温场变 化使电路在控制温度范围内进行老化、寿命，避免电路 在失控的温度内进行老化、寿命，在实际工作中有着非 常重要的意义。 本文通过对老化试验工作中出现的试验箱内温场分 布不均匀，局部温度过高的现象进行分析，利用统计和 试验验证方法找出了温场变化的原因，并提出改进方 对可靠性试验要求越来越高，试验条件越来越严酷。在 动态老化试验中，其目的为了筛选或者剔除有缺陷和有 潜在缺陷的元器件。这些缺陷大概有两种…：一类是质量 缺陷如芯片裂纹、表面粘附粒子等等；另一类是潜在的 缺陷，如焊接空洞。为了让潜在的缺陷及时的发现，需 要对芯片施加应力在老化环境中进行测试。在动态老化 案，使电路能正常进行老化、稳态寿命试验。 试验中，烘箱的温度过低不足以暴露出器件的缺陷，温 度过高会使电路热电应力失效。集成电路的温度老化试 验模型服从下列公Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ （阿伦尼乌斯）方程： Ｒｆ Ｔ１：Ａｅ ｆ１１ １烘箱温场效应影响因素分析 试验箱使用的是ＣＳＩＯ１—１ＥＢＮ型电热干燥箱，进行老 化试验的器件分为非功率器件和功率器件。 １．１老化电路数量与温度变化的分析 式中Ｒ（Ｔ）是温度Ｔ（为绝对温度Ｋ）时的反应速率，Ａ 为一系数，Ｅａ为对应的反应激活能，ｋ为玻尔兹曼常 数 。温度Ｔ越高，Ｒ（Ｔ）越大，器件失效的越快，失效率 非功率器件，老化环境温度为１２５￣Ｃ，选取烘箱内部 中心位置为测试温度点，以５０只为单位，逐步递加观察 １３ ２０１４年ｉ０ Ｊｑ・环境技术 ｎｖｉｒｏｎ—ｍｅｎｔ ｌ 环境试验＿■米／秒，下层风速３．１４米／秒，温度变化最大比设定值高 ６．４ｑＣ。 从图４中可以看出，在同样的烘箱内，当耗散功率的 发热量增大时，在三层隔板上的同样位置监测的温度梯 度明显高于图３非功率器件的温度变化，并且随着功率的 增加烘箱各点的温场变化是非线性。 ３结果 １）每种类型的试验箱散热能力是一定的，当烘箱 内部所加电路的耗散功率超过一定范围时，电路的发热 量就会积聚，影响试验箱的内部温场均匀。就本所使用 的ＣＳ１Ｏ１—１ＥＢＮ烘箱内所加功率器件的总功率不能超过 ５００Ｗ。 ２）烘箱内部温场的变化直接影响因素为内部电路的 发热量（功率）和烘箱的散热能力（风速）。 ３）烘箱为非全密封状态，因此烘箱内散热能力（风 速）在烘箱内搁置老化板时，各部分的风速大小会不 同。当耗散功率较小时，烘箱内部温场梯度变化较小， 符合标的容差要求；当耗散功率的发热量较大时， 烘箱内部温场梯度变化大，并且随着功率的增加烘箱各 点的温场变化是非线性。 ４改进措施 １）烘箱内的温场变化受老化电路功率大小和烘箱散 热能力大小（风速）影响。烘箱内不仅控制所加电路的 功率，还要改变烘箱内电路排列方式，下层可以尽量加 满电路，依次由下层往上层逐渐减少电路功率，烘箱内 形成功率梯度，与烘箱风速相吻合，达到散热目的。 ２）试验箱使用的是ＣＳＩＯ１—１ＥＢＮ型电热干燥箱，风 源来自底部，由于烘箱承载板和老化板的原因，风速由 下往上逐渐减小，根据烘箱风速的特点，可以将老化板 放置方向与烘箱风向保持一致，增大通风面积，减少风 速阻隔，增强烘箱的散热功能。 ３）根据改进措施结合以功率器件ＤＣ／ＤＣ电源为试验 对象，温度设置为８０ｃＣ，试验电路功率６５Ｗ（１只）逐渐 表５功率与烘箱实际温度的变化趋势关系 电路功率（ｗ） 烘箱设置温度（℃） 烘箱实际温度（℃） ６５ ８０ ８０．１ １３Ｏ ８０ ８Ｏ．１ １９５ ８０ ８１．３ ２６０ ８０ ８２．４ ３２５ ８０ ８２．９ ３９０ ８０ ８３．５ ４５５ ８０ ８４．３ ５２０ ８０ ８５．６ 递增到５２０ｗ（８只），烘箱内电路功率达到５２０ｗ比设定 温度高出５．６℃，达到标要求（８℃或８％），见表５。 比改进前４５５Ｗ时温度比设定高出６．２￣Ｃ有明显的改进。 ５结束语 集成电路的高温老化、寿命是考核产品质量的重要 手段。烘箱内的温场变化与电路耗散功率，烘箱自身吹 风方式有关。知道了温场变化影响因素，为我们今后的 高温老化、寿命工作提供有利的帮助。 参考文献 …１王鲁宁集成电路老化温度与功耗、频率关系研究［Ｊ］．舰船电子工程， ２００９，１８３（９）：１ ７２—１ ７４ ［２】庄弈琪微电子器件应用可靠性技术【Ｍ１北京：电子工业出版社，１９９６． 【３】卢昆祥．电子设备可靠性试验【Ｍ】．北京：电子工业出版社，１９９２． 作者简介 冯建（１９７４一），男（汉族），工程师，主要从事半导体集成电路检 测和试验方面的研究。 Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１ ４ １６
