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半导体元器件失效因素

来源:   发布时间:2021-04-13   点击量:1120

现在随着对芯片的使用环境要求的愈加地苛刻,在产品的生命周期中面临很大的挑战,但是随着制造尺寸变小以及采取了新的封装技术又会产生一个新的影响,也就直接导致了开关电源器件性能研发的失败。

随着科学技术的日渐发展,尤其是电子技术快速的更新换代,对于开关电源等电子设备所用的元器件的质量要求也是越来越高,半导体器件的广泛使用,它的寿命经过性能退化,最终导致失效。

在现在有很大一部分的开关电源电子元器件在极端温度以及恶劣环境下进行工作,造成不能进行正常工作,也有很大一部分开关电源元器件在研发的时候就已经止步于实验室以及晶圆厂里。除去人为使用不当、浪涌以及静电击穿等等这些都是导致半导体器件的寿命缩短的原因,除此之外,有些运行正常的器件也受到损害,并且出现元器件退化。

开关电源半导体元器件失效原因不可胜数,当然主要存在于几个方面:

开关电源元器件的设计

先进特征尺寸节点上,芯片老化是个日益严重的问题,但是直到目前为止,大多数设计团队都没有这个必要处理它。随着新的可靠性要求在开关电源等市场的提出之后,这些需要对影响老化的因素进行一个全面分析,这将发生重大变化。

人们通常都知道开关电源半导体器件会随着时间的推移逐渐老化,但对于老化机制或者是导致芯片失效的制约因素却毫不知情。除此之外我们根据应用的不同,可以开关电源器件的最短寿命有一个确定的要求。

对于消费类设备可能是2者是3年,对于电信设备可能长达10年。鉴于老化过程复杂一般来说是难以完全进行预测,如今许多芯片设计经常会冗余设计的方法,以此来保证足够的余量来满足可靠寿命工作的要求。

我们以运算放大器为例,它是很多东西的一个基础。开关电源运算放大器必须正确偏置,并且必须在过驱动的开关电源电压中留有一些余量。然后必须保证留下足够的余量,这样随着时间的推移,运算放大器的老化就会保持在开关电源晶体管的饱和区域内。开关电源晶体管的过驱动余量正在缩小,因为7nm的电源电压750mV,阈值约350mV,所以几乎没有任何空间来保留一个较大余量。随着开关电源老化以及阈值电压可以偏移多达50mV。如果开关电源运算放大器偏置电路偏移50mV,那么它可能会从饱和区域变线性区域或者是开关电源三极管区,而开关电源晶体管会变电阻器而不再具有增益。运算放大器的功能是提供增益,那时开关电源电路就会变得毫无用处。

老化以及可靠性是模拟设计师需要面临的一个挑战。今天的设计可能不会在明天运行,因为这些设计可能会发生降级,我们目前最重要的是必须要保证满足市场所有老化以及可靠性的要求。

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