一種砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法技術

本發明專利技術公開了一種砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法，它包括如下步驟：對砷化鎵單片微波集成電路進行分析從而獲得與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率；根據所述與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和評估砷化鎵單片微波集成電路的可靠性程度。本發明專利技術為砷化鎵單片微波集成電路的失效率水平和可靠性評估提供了準則，為確定砷化鎵單片微波集成電路可靠性指標，開展電子設備可靠性預計提供依據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及砷化鎵單片微波集成電路技術，尤其涉及一種基于數理統計和失效物理的砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法。
技術介紹
單片微波集成電路(MMIC)是在半絕緣半導體襯底上用外延、注入、光刻、蒸發、濺射等工藝方法制備出無源和有源元器件，并連接起來構成應用于微波(甚至毫米波)頻段的功能電路。它包括所有能夠在1～300GHz范圍內實現的數字和模擬功能的單片集成電路芯片及其封裝件，它的頻率范圍甚至可以擴展到整個射頻范圍。由于砷化鎵(GaAs)材料的電子遷移率較高、禁帶寬度寬、工作溫度范圍大、微波傳輸性能好，所以以GaAs為襯底的單片微波集成電路MMIC具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。砷化鎵單片微波集成電路(GaAs MMIC)包括多種功能電路，如低噪聲放大器(LNA)、功率放大器、混頻器、上變頻器、檢波器、調制器、壓控振蕩器(VCO)、移相器、開關、MMIC收發前端，甚至整個發射/接收(T/R)組件(收發系統)。GaAs MMIC的應用領域非常廣，現在廣闊的民用市場如移動通信、衛星通信等已經成為GaAs MMIC發展的重要推動力。正是如此，除了要求GaAs MMIC具有高性能外，還要求有高的可靠性。因此，對GaAs MMIC進行可靠性預計顯得尤為重要。但是，目前還沒有對砷化鎵單片微波集成電路進行定量可靠性預計的技術。
技術實現思路
針對現有技術的缺點，本專利技術的目的是提供，實現對砷化鎵單片微波集成電路的定量可靠性預計。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為，，它包括如下步驟(1)對砷化鎵單片微波集成電路進行分析從而獲得與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率；(2)根據所述與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和評估砷化鎵單片微波集成電路的可靠性程度。在上述方法中所述與芯片有關的失效率等于芯片的復雜度失效率、溫度系數、應用系數、工藝系數、成熟系數和質量系數的乘積。所述與封裝及外部環境有關的失效率等于封裝復雜度失效率、環境系數、成熟系數和質量系數的乘積。通過加速壽命試驗確定所述的溫度系數。通過工藝合格率與芯片面積及總柵寬關系，并結合加速壽命試驗的試驗數據，獲得所述的復雜度失效率。通過收集、整理和分析在不同功率的砷化鎵器件的生產工藝線上進行可靠性篩選的老化項目的淘汰率，獲得所述的應用系數。通過分析對比多種晶體管工藝的砷化鎵單片微波集成電路的現場失效率水平，獲得所述的工藝系數。與現有技術相比，本專利技術定量描述砷化鎵單片微波集成電路與使用環境、產品結構、工藝等主要影響因素的關系，為確定可靠性指標、開展可靠性預計提供依據。附圖說明下面結合附圖對本專利技術作進一步的詳細說明。圖1是本專利技術的方法流程框圖。具體實施例方式請參閱圖1，本專利技術的砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法包括如下步驟(1)在分析砷化鎵單片微波集成電路的特點、主要失效模式及其影響程度的基礎上，初步建立砷化鎵單片微波集成電路可靠性預計數學模型；(2)開展可靠性試驗，收集和分析砷化鎵單片微波集成電路的試驗數據、工藝數據和現場數據，獲得可靠性預計模型中的各模型系數；(3)砷化鎵單片微波集成電路可靠性預計模型工程使用，通過收集與分析壓電陀螺的使用信息來并完善并驗證各模型系數的準確性；(4)建立最終的砷化鎵單片微波集成電路可靠性預計模型，用數學模型定量描述砷化鎵單片微波集成電路失效率與質量等級、使用環境、產品結構、工藝、應用形式等主要影響因素的關系，根據模型中所述與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和評估砷化鎵單片微波集成電路的可靠性水平。在上述方法中所述砷化鎵單片微波集成電路的失效率是與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和。所述與芯片有關的失效率等于芯片的復雜度失效率、溫度系數、應用系數、工藝系數、成熟系數和質量系數的乘積。所述與封裝及外部環境有關的失效率等于封裝復雜度失效率、環境系數、成熟系數和質量系數的乘積。通過工藝合格率與芯片面積及總柵寬關系，并結合加速壽命試驗的試驗數據，獲得所述的芯片復雜度失效率。芯片復雜度失效率按不同晶體管數、 不同工作頻率給出。通過加速壽命試驗確定所述的溫度系數，給出砷化鎵單片微波集成電路溝道溫度從25℃至175℃之間的溫度系數。通過收集、整理和分析在不同功率的砷化鎵器件的生產工藝線上進行可靠性篩選的老化項目的淘汰率，獲得所述的應用系數當砷化鎵單片微波集成電路的應用模式為小功率、開關、低噪聲時，應用系數為1.0；當砷化鎵單片微波集成電路的應用模式為功率型、驅動器時，應用系數為4.0。通過分析對比多種晶體管工藝的砷化鎵單片微波集成電路的現場失效率水平，獲得所述的工藝系數當采用MESFET晶體管工藝時，工藝系數為1.0；當采用HBT晶體管工藝時，工藝系數為1.4；當采用HEMT晶體管工藝時，工藝系數為4.4。根據不同封裝工藝和形式的砷化鎵單片微波集成電路，得到所述的封裝復雜度系數。根據砷化鎵單片微波集成電路所處的環境，得到不同的環境系數當環境為GB時，環境系數為1.0；當環境為GMS時，環境系數為1.5；當環境為GF1時，環境系數為2.4；當環境為GF2時，環境系數為6.5；當環境為GM1時，環境系數為6.3；當環境為GM2時，環境系數為11；當環境為MP時，環境系數為6.8；當環境為NSB時，環境系數為7.5；當環境為NS1時，環境系數為4.5；當環境為NS2時，環境系數為10；當環境為NU時，環境系數為14；當環境為AIF時，環境系數為15；當環境為AUF時，環境系數為20；當環境為AIC時，環境系數為10；當環境為AUC時，環境系數為13；當環境為ARW時，環境系數為19；當環境為SF時，環境系數為1.2；當環境為ML時，環境系數為32；當環境為MF時，環境系數為15。根據砷化鎵單片微波集成電路生產的成熟程度，得到所述的成熟系數當成熟程度為符合生產標準或技術條件并已穩定生產時，成熟系數為1.0；當成熟程度為質量尚未穩定時，成熟系數為3.0；當成熟程度為試制品或新投產的初批次產品、設計或工藝有重大變更以及長期中斷生產或生產線有重大變化時，成熟系數為10。根據砷化鎵單片微波集成電路生產的的執行標準不同，得到所述的質量系數，砷化鎵單片微波集成電路的質量等級分為A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2。下面結合表格進一步說明，GaAs MMIC的失效率主要由兩部分組成與芯片有關的失效率λdie、與封裝及外部環境有關的失效率λpackage。與芯片有關的失效率λdie主要由芯片復雜度、溝道溫度、應用狀態、電壓應力、生產工藝、投產年數、生產執行標準(質量系數)等因素來決定。λdie可用下式來表示λdie＝C1πTπAπpπLπQ與封裝及外部環境有關的失效率λpackage的決定因素主要是環境與封裝，而投產年數(成熟系數)和生產執行標準(質量系數)等亦會影響到封裝失效率，因此，可以將λpackage表示為λpackage＝C3πEπLπQ故GaAs MMIC的失效率為λp＝λdie+λpackage即 λp＝[C1πTπAπP+C3πE]πLπQ式中，λP——工作失效率，10-6/h；πE——環境系數，見表1；πQ——質量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法，其特征在于，它包括如下步驟：（１）對砷化鎵單片微波集成電路進行分析從而獲得與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率；（２）根據所述與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和評估砷化鎵單片微波集成電路的可靠性程度。

【技術特征摘要】
1.一種砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法，其特征在于，它包括如下步驟(1)對砷化鎵單片微波集成電路進行分析從而獲得與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率；(2)根據所述與芯片有關的失效率和與封裝及外部環境有關的失效率之和評估砷化鎵單片微波集成電路的可靠性程度。2.如權利要求1所述的砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法，其特征在于，所述與芯片有關的失效率等于芯片的復雜度失效率、溫度系數、應用系數、工藝系數、成熟系數和質量系數的乘積。3.如權利要求1所述的砷化鎵單片微波集成電路的可靠性評估方法，其特征在于，所述與封裝及外部環境有關的失效率等于封裝復雜度失效率、環境系數、成熟系數和質量系數的乘積。4...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莫郁薇，
申請(專利權)人：信息產業部電子第五研究所，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]