Способ отбора радиационностойких изделий электронной техники

 

Изобретение относится к микроэлектронике. Изделия в процессе отбора не подвергаются облучению, а сам отбор проводится с высокой степенью достоверности. Сущность изобретения: способ включает измерение всех начальных параметров, указанных в ТУ, всех изделий партии, подлежащей разбраковке. Дополнительно у всех изделий измеряют напряжение на входах и выходах при токах через изделие в диапазоне 1-100 нА. Формируется представительная выборка из партии изделий, которую облучают до уровня дозы проникающей радиации, при которой количество отказавших изделий выборки и количество работоспособных изделий выборки становятся величинами одного порядка. Формируют массивы начальных параметров отказавших и работоспособных изделий и статистическим методом распознавания образов рассчитывают для каждого изделия партии дискриминационную функцию D. Отбор радиационностойких изделий проводят при условии D больше Λ, где L - порог распознавания, определяемый жесткостью условий отбора. 1 ил.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, предназначено для отбора полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и др.) и интегральных схем, стойких к воздействию радиации.

Известен способ отбора радиационностойких изделий электронной техники (ИЭТ), включающий облучение всех изделий партии полной дозой, эквивалентной ожидаемой поглощенной дозе радиации в реальных условиях применения ИЭТ (например, потоком электронов со средней энергией 3 МэВ и плотностью 5·10¹² см^-2, эквивалентным дозе гамма-излучения Со⁶⁰D 1,25·10⁵ рад, который, как ожидают, воздействует на ИЭТ при прохождении радиационных поясов Земли), и отбраковку изделий, электрические параметры которых после облучения выводят за пределы норм, указанных в ТУ. Для восстановления первоначальных значений параметров проводится выдержка приборов при повышенной температуре отжиг [1] Однако способ не является достаточно достоверным, так как не все приборы полностью восстанавливают параметры после отжига и, кроме того, неправильный выбор цикла "облучение-отжиг" может вызвать дрейф параметров годных приборов вследствие деградации контактов и возникновения повышенных токов утечки. Таким образом, в результате проведенного отбора нерадиационностойкие изделия могут быть классифицированы как радиационностойкие.

Наиболее близким аналогом прототипом изобретения является способ отбора радиационностойких изделий электронной техники, включающий измерение начальных стандартных электрических параметров партии изделий, облучение изделий из испытуемой партии ионизирующим излучением и измерение электрических параметров изделий.

При измерениях электрических параметров изделий, превышающих установленный порог, заданный заказчиком, их классифицируют как нерадиационностойкие (нестабильно работающие после радиационного воздействия) [2] Однако указанный способ не является достоверным потому, что, во-первых, он применяется для отбора радиационностойких изделий на стадии пластин, а при проведении последующих операций технологической цепочки, включающих высокотемпературные процессы (такие как приварка выводов и корпусирование), картина дефектообразования меняется (некоторые дефекты отжигаются, в то время возникают новые и пр.), т.е. результаты отбора изделий на стадии пластин могут быть иные, чем результаты отбора готовых изделий; во-вторых, данный способ предполагает облучение всех испытуемых изделий довольно большой дозой рентгеновского излучения, что приводит к тому, что изделия, которые не вышли из строя в результате облучения (хотя могут выйти из строя и все 100%), нельзя будет применять в ответственной аппаратуре вследствие образования в них радиационных дефектов и уменьшения ресурса; в-третьих, не измеряются параметры при малых токах, которые хорошо коррелируют с радиационной стойкостью и дают достоверные результаты.

Заявляемый способ позволяет решить актуальную в настоящее время техническую задачу осуществить отбор ИЭТ, потенциально стойких к воздействию радиации, для работы в различной радиационной обстановке (на атомных станциях, в условиях космического пространства и др.).

Результатом осуществления способа является достоверный отбор радиационностойких изделий с наименьшей вероятностью ошибки без облучения всей партии испытуемых изделий.

Достижение технического результата становится возможным вследствие того, что до облучения дополнительно измеряют напряжение на входе и выходе изделий испытываемой партии при токах через изделие в диапазоне 1-100 нА, формируют представительную выборку из партии изделий, поэтапно облучают изделия выборки, измеряя их электрические параметры во время облучения либо после каждого этапа облучения до уровня дозы проникающей радиации, при котором количество отказавших и работоспособных изделий выборки становятся величинами одного порядка, формируют массивы начальных параметров отказавших и работоспособных изделий и статистическим методом распознавания образцов рассчитывают для каждого изделия партии дискриминационную функцию D, а отбор радиационных изделий проводят при условии D>Λ, где L порог распознавания, определяемый заданной ошибкой второго рода, т.е. жесткостью условий отбора.

В заявленном способе измеряют все стандартные начальные электрические параметры, так как для достоверной оценки радиационной стойкости ИЭТ нужно располагать наиболее полной информацией о каждом параметре изделий испытуемой партии, чтобы выявить все параметры, коррелирующие с радиационной стойкостью.

Дополнительно в качестве начальных параметров измеряют напряжение на входе и выходе ИЭТ испытуемой партии при токах через изделие в диапазоне 1-100 нА, т.к. эти параметры позволяют выявить дефекты и механические повреждения на границе диэлектрик полупроводник, которые являются основным источником радиационных повреждений приборов.

Корреляция этих параметров с радиационной стойкостью ИЭТ подтверждена рядом экспериментов. При значениях токов менее 1 нА корреляция не наблюдается вследствие низкой концентрации носителей тока, а при токах более 100 нА значительная часть носителей в объеме кристалла полупроводника и измерения значений напряжений при токах, больших чем 100 нА, не дают возможности выявить наличие повреждений границы диэлектрик полупроводник.

Стандартные же параметры ИЭТ, измеряемые при больших токах, когда преобладающей является объемная составляющая тока, не позволяют выявить структурные нарушения границы раздела диэлектрик полупроводник, обуславливающие потенциальные радиационные повреждения приборов.

Представительную выборку из изделий партии формируют по известным правилам (ГОСТ 19321-73) для того, чтобы получить возможность достоверно классифицировать изделия всей партии на радиационностойкие и нерадиационностойкие без облучения всей партии изделий, так как облучение приводит к появлению открытых дефектов, и изделия, классифицированные как радиационностойкие, могут таковыми не оказаться.

Изделия выборки поэтапно облучают до дозы (потока) проникающей радиации, при которой количество отказавших изделий и количество работоспособных изделий становятся величинами одного порядка. Эта операция необходима для получения двух групп изделий отказавших и работоспособных, количества которых должны быть сопоставимыми между собой для получения статистически достоверных данных при сравнении начальных значений параметров изделий партии с начальными значениями параметров изделий этих двух групп. Чем больше количество изделий выборки, тем более достоверен результат.

Все начальные параметры изделий выборки формируют в многомерные массивы: массив начальных параметров отказавших изделий выборки и массив начальных параметров работоспособных изделий выборки, и производят сопоставление каждого параметра изделий партии с массивами отказавших и работоспособных изделий выборки по соответствующему параметру. Таким образом определяется "принадлежность" изделия партии по совокупности всех его начальных параметров к одной или другой группе изделий. В случае, когда начальные параметры изделий "ближе" к начальным параметрам изделий из отказавшей группы, делается вывод о том, что изделие нерадиационностойкое; в случае, когда начальные параметры изделия в своей совокупности "ближе" к начальным параметрам группы работоспособных изделий, изделие отбирается как радиационностойкое.

Для достоверной классификации изделий используют статистический метод распознавания образов (И.И.Биргер "Техническая диагностика", Машиностроение, Москва, 1978). Он основан на предположении, что существует функция f (x₁; x₂; x₃; x_n), аргументами которой являются физические параметры изделия, а значение функции для параметров годных приборов отличается по величине от значения функции негодных приборов. Существуют функции, называемые дискриминационными, которые позволяют провести это разделение. Задача дискриминации сводится к проведению в пространстве признаков границ областей классов и согласованию координат объекта с границами областей. Необходимые для этого эталоны задают по представительной выборке.

Процесс распознавания по значению дискриминационной функции заключается в выборе числа L, называемого порогом распознавания, чтобы для большинства значений D негодных приборов D меньше L, а для большинства годных D больше L.

Наиболее универсальным алгоритмом реализации этого метода является метод потенциальных функций. Для прогнозирования используется все пространство прогнозируемых признаков и в это пространство вводятся две функции потенциалов.

Первая функция потенциал годных изделий где x_j прогнозирующие признаки предъявляемого изделия; x_ij прогнозирующие признаки годных изделий в представительной выборке.

Аналогично потенциал поля негодных изделий Дискриминационная функция, вводимая как разность потенциалов полей (массивов) годных и негодных изделий D y₁(x) y₂(x).

Данный алгоритм позволяет учесть влияние всего объема представительной выборки на значение дискриминационной функции в точке x.

В данном способе в соответствии с методом распознавания образцов дискриминационную функцию для каждого изделия партии рассчитывают по формуле
где n число начальных электрических параметров;
j_i весовой коэффициент параметра;
x_i i-й параметр предъявляемого изделия;
N₁ число работоспособных изделий в представительной выборке;
N₂ число неработоспособных изделий в представительной выборке;
x'_ij i-й параметр j-го работоспособного изделия представительной выборки;
x"_ij i-й параметр j-го отказавшего изделия представительной выборки.

Порог распознавания λ определяется заданной ошибкой второго рода, т.е. жесткостью условий отбора и распределением параметров отказавших и работоспособных изделий выборки.

Изобретение поясняется графиками, на которых представлено распределение отказавших и работоспособных изделий представительной выборки из партии МОП ИМС (серия 564) в зависимости от значения дискриминационной функции. График 1 представляет распределение отказавших изделий, график 2 работоспособных изделий выборки.

В соответствии с заявляемым способом был проведен отбор радиационностойких МОП ИМС (серия 564) из партии в количестве 350 штук.

Провели измерения всех начальных параметров каждого изделия партии в соответствии с техническими условиями на прибор, кроме того, измерили дополнительные начальные параметры напряжение на входе и выходе при токах 30, 50, 70, и 100 нА и напряжении питания U_пит 10 В. Всего измерили и зафиксировали 19 параметров каждого изделия партии.

Затем формировали в соответствии с ГОСТ 18321-73 представительную выборку изделий из партии, состоящую из 100 изделий.

Сформированную выборку облучали гамма-лучами СО⁶⁰ на установке "Исследователь" дозами 1,5·10⁴ рад, 5,5·10⁴ рад. После облучения дозой 5,5·10⁴ рад и измерения параметров оказалось, что число работоспособных изделий N 1 составило 66 штук, а количество отказавших изделий N 2 составило 36 штук. Поскольку количество работоспособных и отказавших изделий оказались величинами одного порядка, т.е. сопоставимы между собой, облучение прекратили. Сформировали массивы начальных параметров отказавших и работоспособных изделий выборки и статистическим методом распознавания образов по формуле (1) для каждого изделия партии, подлежащего разбраковке, провели расчет дискриминационной функции.

Порог распознавания (L) был выбран равным 9, исходя из вероятности ошибки второго рода, равной 0,03, и распределения отказавших и работоспособных изделий выборки (см.графики).

После отбраковки изделий по критерию "D больше L" оказалось 224 изделия, удовлетворяющий этому критерию, т.е. радиационностойких, и 126 изделий, не удовлетворяющих этому критерию, т.е. нерадиационностойких.

Для подтверждения достоверности способа дополнительно провели испытание радиационностойких изделий и изделий отбракованных или нерадиационностойких. По 50 изделий из этих групп облучали g-лучами "Со₆₀" на установке "Исследователь". После облучения измеряли 9 электрических параметров изделий, наиболее чувствительных к облучению. Получили следующие показатели стойкости.

В группе радиационностойких ИС доза (D_γ), при которой у всех приборов хотя бы один из параметров вышел за пределы норм, указанных в ТУ, составила D_γ= 8·10⁴ со среднеквадратичным отклонением s 0,06.

В группе отбракованных ИС D_γ= 3·10⁴рад,;aσ =0,1.

Формула изобретения

Способ отбора радиационностойких изделий электронной техники, включающий измерение начальных стандартных электрических параметров партии изделий, облучение изделий из испытуемой партии ионизирующим излучением и измерение электрических параметров, отличающийся тем, что до облучения дополнительно измеряют напряжение на входе и выходе изделий испытуемой партии при токах через изделие в диапазоне 1 ^oC 100 нА, формируют представительную выборку из партии изделий, поэтапно облучают изделия выборки, измеряя их электрические параметры во время облучения, либо после каждого этапа облучения, до уровня дозы проникающей радиации, при котором количество работоспособных и отказавших изделий выборки становятся величинами одного порядка, формируют массивы начальных параметров отказавших и работоспособных изделий, статистическим методом распознавания образов рассчитывают для каждого изделия партии дискриминационную функцию D, а отбор радиационностойких изделий проводят при условии D больше Λ, где L порог распознавания.

РИСУНКИ

Рисунок 1