一文让你检测IC产品参数值发生偏移
出处:维库电子市场网 发布于:2018-04-02 10:25:48
随着时间的推移,半导体材料的掺杂度以及对内部裸片产生的物理应力都会发生变化,这会导致产品的参数值发生偏移。这些偏移可在新产品质量过程中,通过测量生命周期测试过程中(在高温炉中执行的加速老化过程)的参数偏移进行量化。
125C 下 1000hrs 或 150C 下 300hrs 的典型生命周期测试持续时间可在室温下确保至少 10 年的(不计算静态自身发热条件)。持续时间通过 Arrhenius 公式计算,这是一个简单而非常的计算公式,用于描述给定过程的反应速度常数对温度的依赖性:
过程速率 (PR) = Ae-(Ea/kT) Arrhenius 公式
这就引出了加速系数 (AF) 概念,即两个不同温度下的过程速率之比,用于构建所需生命周期测试的持续时间:
AF (T1 至 T2) = PR(T1)/PR(T2) = e(Ea/k)(1/T1 - 1/T2)
其中:
A — 过程常量
Ea — 电子伏特的热活化能量 [eV]
k — 玻尔兹曼常量,8.62 x 10-5 [eV/K]
T — 凯氏度数温度(摄氏度 + 273.15)
我们可以根据实际产品生命周期结果鉴别两种产品说明书参数,并对其各自的生命周期偏移进行量化:
以零或平均值(例如 Vos、Vos 漂移、Vref、AOL、CMRR 以及 PSRR 等)为中心的规范在 10 年生命周期中的可能偏移值达:
()PDS 指定值的 +/-100%
以(例如 IQ、压摆率以及 Isc 等)定义的规范在 10 年生命周期中的可能偏移值达:
()PDS 指定值的 +/-10%
大部分产品说明书参数都遵循标准(高斯)分布规律,如图 1 所示,68% 左右的值位于平均值 μ 的标准偏差 (+/-1-sigma) 范围内。同样,95% 左右位于 +/-2-sigma 范围内,99.7% 左右位于 +/-3-sigma 的范围内,……。及 PDS 限值至少可根据 3sigma 分布设定,同样,生命周期偏移也基于相同类型的统计分析。
图 1* — 标准高斯分布
图 2 是围绕零或另一个平均值的参数的长期偏移。蓝色初始分布曲线的 sigma 值是 0.5,而绿色生命周期末期分布曲线的 sigma 值为 1.0。
图 2* — 生命周期前期及后期测试分布
因此,终分布范围是初始分布范围的两倍。这就意味着初始值 10 年时间会从初始/产品说明书指定值偏移 +/-100%。
为了说明实际 IC 的生命周期偏移,让我们考虑一下低噪声、低漂移 REF5025 高电压参考及其输出初始规范的长期稳定性。
图 3 显示了 REF5025 输出电压的初始 +/-0.05%,以及 50ppm 下指定 0 至 1000 小时的长期稳定性。根据以上说明,REF5025 的长期偏移不能超过/初始 +/-100% 的生命周期测试偏移;因此在室温恒定工作条件下,10 年(87,600 小时)后的输出电压偏移必须低于 +/-0.05% 或 +/-500ppm 的等效值。
图 3 — 摘自 REF5025 产品说明书
长期偏移显然不是时间的线性函数,而且不能同时满足两个条件,因此偏移速率必然为开始较高(具有更陡的斜率),然后随时间变化逐渐变慢(变得更线性)。因此,其可通过针对 1000 小时进行标准化的平方根函数进行估计,如下图 4 所示。
输出电压偏移 = 50ppm*√[时间(小时)/1000hrs]
图 4 — REF5025 的长期稳定性
例如,在经过 25,000 小时不间断现场工作后,REF5025 的典型输出电压偏移可用以上公式计算,50ppm*√25=250ppm,而 10 年(87,600 小时)后,偏移值则将为 50ppm*√87.6=468pp。因此在使用寿命末期,REF5025 输出电压偏移正如预计的那样,在 500ppm 允许偏移范围内,等于产品说明书初始规范的 0.05%。
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