微电子器件真空热特性及可靠性研究

摘要

随着电子技术的发展，微电子器件和集成电路的性能不断提高，体积不断缩小，为其在航空航天和舰载武器装备中的应用带来了极大的方便。但是，由于其工作中高功耗、自升温以及真空环境，其可靠性受到了严重的影响。而由于航天装备的特殊性，器件的失效必然会引起整个系统的非正常工作。因此，对微电子器件和集成电路在真空环境下的热特性及可靠性进行研究分析就显得尤为重要。 针对以上问题，本文对真空环境下微电子器件和集成电路的热特性进行了实验分析，同时对微电子器件VDMOS的可靠性和失效机理进行了深入的研究，为微电子器件的制造、应用及其后端热设计提供了参考数据。本文主要进行了以下三方面的工作： 一、由于功率器件的发热量较为显著，真空环境对其散热的影响较为严重，因此为反映微电子器件及IC的真空热特性，本文通过对功率器件调研，对BJT、VDMOS、集成开关电路、CMOS集成电路及CPU的真空下表面温度进行了测试，得到由于真空环境中热传导和热对流作用的减弱，功率器件和集成电路真空下的表面温度较大气下都有明显的升高，且利用本实验室光电器件特性测试仪对LED的管芯温度和热阻进行测试，得到其在真空环境下管芯温度和热阻与大气下的差别，从而为微电子器件和集成电路在航天领域的应用提供了参考数据。 二、基于对真空环境中微电子器件和集成电路热特性的研究，同时分析了散热片、热沉对微电子器件散热的影响，得到散热片不仅对微电子器件的散热起到了很好的热传导及热辐射作用，而且由于其较大体积具有的热容量亦较大，因此对微电子器件的散热起到了积极作用。从而为微电子器件后端的热设计提供了参考数据。 三、基于对Arrhenius模型的研究，利用恒定应力加速寿命试验对微电子器件VDMOS的可靠性进行了评价，得到VDMOS导通电阻、漏源输出电流、漏源截止漏电流的动态退化曲线，确定出失效敏感参数为漏源输出电流IDS，并利用最好线性无偏估计法(BLUE)求出其寿命、失效激活能等可靠性评价指标；对试验中的失效样管进行简单的失效分析，发现栅极损伤是引起其失效的主要原因，从而为其制造及应用提供了参考数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2 国内研究现状

1.3 国外研究现状

1.4局限与展望

1.5课题主要研究内容

第2章真空环境对微电子器件的热特性影响

2.1微电子器件热学参数

2.2真空环境对微电子器件热特性的影响

2.2.1真空环境对热量传递的影响

2.2.2真空对热阻的影响

2.3本章小结

第3章微电子器件的真空热特性分析

3.1 真空热特性试验平台搭建

3.2温升测量

3.2.1试验器件的选取

3.2.2微电子器件真空热特性测试

3.2.3集成电路真空下热特性测试

3.3微电子器件真空热特性结果分析

3.3.1微电子器件真空热特性结果分析

3.3.2集成电路真空热特性结果分析

3.4本章小结

第4章散热片对VDMOS热特性影响

4.1 VDMOS结构特点

4.2微电子器件的散热措施

4.3散热片对VDMOS热特性影响

4.3.1 大气下不同尺寸散热片对VDMOS热特性影响分析

4.3.2真空下不同尺寸散热片对VDMOS热特性影响

4.3.3真空与大气环境中散热片面积与表面温度关系

4.4热沉对VDMOS热特性影响

4.5结果讨论

4.6本章小结

第5章功率器件VDMOS可靠性快速评价

5.1 可靠性快速评价的方法

5.2 VDMOS恒定应力加速寿命试验

5.2.1实验样品

5.2.2试验方案

5.2.3试验系统

5.2.4 VDMOS测试和加电过程中注意事项

5.2.5试验结果

5.2.6大气试验数据分析

5.2.7真空试验数据分析

5.3 VDMOS失效分析

5.3.1 VDMOS常见的失效机理

5.3.2 VDMOS的失效分析

5.4本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢