Типові відмови транзисторів

Перш ніж перейти до розгляду питань, пов'язаних з відмовами транзисторів, цільових перевірок згідно сказати кілька слів про те, що слід розуміти під відмовили приладами. Крім ката-строфических відмов, т. Е. Приладів абсолютно нера-працездатність серед відмовили розрізняють ще рабо-тоспособности прилади та прилади, умовно що втратили працездатність. Перші з них - це такі прилади-ри, які цілком можуть виконувати своє функциональ-ве призначення, але у яких один або кілька пара-метрів не вкладаються в норми технічних умов. Другі - це прилади, які в принципі можуть ви-конувати своє функціональне призначення, але у кото-яких один або кілька основних параметрів в такій мірі не відповідають нор-мам, що практичне застосування приладів в устройст-ве стає недоцільним.

Відповідно до цього розрізняють катастрофічні відмови, в результаті яких прилад повністю втрачає працездатність, і деградаційні відмови, в результаті яких прилад може або умовно втратити працездатність, або зберегти її, але параметри його при цьому вийдуть за межі, обумовлені нормами тих -ніческіх умов. Якщо деградаційні відмови від-ходять у виробника (наприклад, під час технологиче-ських або кваліфікаційних випробувань) або на вхід-ном контролі, вони завжди будуть помічені. Якщо ж при-бор встановлений в апаратуру і станеться такого роду відмова, то цілком ймовірно, що він ніяк себе не проявить і апаратура залишиться працездатною. Надалі ця відмова може призвести до катастрофічного або до умовної втрати працездатності. Для транзисторів, як показує практика, катастрофічний-ські відмови відбуваються частіше, ніж деградаційні.

1. Розглянемо основні види катастрофічних отка-поклик транзисторів. Перш за все, це від-кази, пов'язані з руйнуванням конструкції приладу. До таких відмов відносяться: обрив зовнішніх стрічкових висновків (як правило, мова йде про їх відриві від керамічного підстави), руйнування керамічного підстави, відділення цього підстави від фланця, обрив внутрішніх висновків (зазвичай в місцях їх приєднатися-ня до кристалу або ніжці), перегорання внутрішніх висновків, відділення кристала від підстави, руйнування кристала, електричний або тепловий пробій елек-трон-доручених переходів. В сучасних багатоструктурний приладах може бути не один, а велике число внутрішніх емітерний і базових висновків. При обриві одного-двох з них від-каза не відбудеться. Якщо ж відбудуться обрив або пе-регораніе значної частки цих висновків в приладі, що працює в апаратурі, то слідом за цим, як пра-вило, розвинуться явища, які приведуть до його про-бою. Пробій переходів як електричний, так і тепло-вої завжди супроводжується явищами, що призводять до руйнування кристала. Кристал може локально проплавити внаслідок теплового пробою або під дію-Вієм електричного пробою може зруйнуватися кри-сталліческая решітка в мікроскопічній за розмірами області, яку згодом важко виявити. У цьому сенсі руйнування кристала при пробої отли-чає від тих руйнувань, які, наприклад, викликаючи-ються механічними напруженнями і які легко про-наружіваются. Відділення кришечки, герметизуючої прилад, не призводить ні до повної, ні до умовної втрати работоспо-ності транзистора, але його прийнято вважати катастро-фического відмовою, тому що конструкція приладу при цьому руйнується. В принципі таке відділення кришеч-ки може стати причиною деградаційної, а потім і ка-тастрофіческого відмови приладу.

2. Розглянемо основні види деградаційних отка-зов. Перш за все, до таких відмов відносять догляд за гра-ніцу норм технічних умов статичних параметрів транзисторів, що визначають якість їх переходів. Інакше кажучи, мова йде про збільшення зворотних струмів і про зниження пробивних напруг. Цілком реальними видами деградаційних відмов транзисторів є догляд за норми технічних умо-вий або значна зміна статичних па-раметров. Такі параметри, як ємності переходів, не можуть зазнавати поступових деградаційних змін. Що стосується основних параметрів: віддається потужності, коефіцієнта посилення за проектною потужністю Kур, коефіцієнтів комбінаційних частот Mz, і Ms і коефіцієнта корисної дії, - то вони можуть змінюватися, виходячи за норми технічних умов.

Розглянуті види і можливі причини відмов транзисторів, безумовно, можуть впливати на надійність роботи цих приладів. Основний шлях пови-шення надійності транзистора - це усунення всіх розглянутих причин відмов або зменшення Веро-ності їх виникнення.

Конкретним прикладом типового відмови можна привести приклад досліджень компанії Semelab. Як і говорилося раніше звичайні транзистори при випробуваннях в критичних температурних умовах (кваліфікаційні тести при температурах від -50 до +150 градусів Цельсія) виходять з ладу задовго до завершення комплексу тестування. Випробування включають в себе 1500 циклів, і всі відмови транзисторів відбулися за перші 250. Рентгенограма тестованого транзистора показує утворення пустот і розшарування підкладки на місці кріплення кристала. Серйозна небезпека тут полягає в тому, що деякі транзистори можуть пройти електричні тести низького рівня навіть при такому розшаруванні, коли вони вже пошкоджені. Елементи транзистора нагріваються по-різному, і через їх різних температурних коефіцієнтів розширення (ТКР) зміщуються відносно один одного, при цьому відбуваються розриви контактів і розшарування підкладки. Детальні дослідження, доводять, що звичайний корпус транзистора ніколи не забезпечить тієї надійності, яка потрібна, наприклад, в сучасних системах літальних апаратів.

Відповідно, було прийнято рішення виготовити структуру з однаковими температурними характеристиками. Була відібрана силумінова матриця - пластина на основі Al-Si з підкладкою з нітриду алюмінію AlN з однаковими температурними коефіцієнтами розширення. Для підвищення надійності з'єднання провідників в нижній частині використано спеціальне захисне покриття. Компаунд також підібраний з урахуванням необхідного ТКР.

В результаті надійність системи досягла необхідного рівня. Новий транзистор успішно пройшов всі 1500 циклів тестування. Жорсткий військовий стандарт Military (MIL) вимагає, щоб після закінчення всіх тестів загальна площа порушеної структури кристала не перевищувала більше 50% його площі. У нашому транзисторі її частка виявилася менш 1%. На Рис.1 показані рентгенограми звичайного і нового транзистора після проведення тестів.