濕度環(huán)境下關(guān)于薄膜電阻的穩(wěn)定性測(cè)試

在以往的論文里，提到過薄膜電阻的阻值隨時(shí)間變化而發(fā)生漂移的現(xiàn)象，描述的是在“干熱”條件下發(fā)生的情況。然而，在相對(duì)濕度較高的地方或應(yīng)用里使用電子設(shè)備時(shí)，對(duì)元器件的可靠性來說仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q200要求在偏置濕度測(cè)試85℃/ 85 % RH條件下，也要對(duì)無源元件進(jìn)行測(cè)試。通過認(rèn)證的薄膜電阻采用了適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定R層和電絕緣漆，能夠通過85 / 85測(cè)試。

會(huì)出現(xiàn)下面這些問題：

(1)通過1000小時(shí)的偏置85 / 85測(cè)試，對(duì)實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用的薄膜電阻意味著什么?

(2)在一定的負(fù)載和環(huán)境條件下，是否有可能通過使用經(jīng)過一定時(shí)間之后的85 /85測(cè)試數(shù)據(jù)或HAST數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)在最壞情況下的電阻漂移?

要回答這些問題和其他與測(cè)試有關(guān)的問題，我們對(duì)電阻在40°C / 93 % RH和85°C / 85 % RH的工作情況，以及常用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試情況，進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。在大約0.5%和10%的最大標(biāo)定工作功率下，使用我們最靈敏的薄膜電阻層系統(tǒng)，將這些試驗(yàn)的時(shí)間延長(zhǎng)到4000小時(shí)。除此以外，我們還進(jìn)行了70°C / 90 % RH，90°C / 40 % RH，以及HAST130條件下的測(cè)試，對(duì)電阻的溫度、濕度的線性度，以及電壓對(duì)漂移的影響進(jìn)行了研究。

本文將說明這個(gè)對(duì)比研究的結(jié)果，那些數(shù)據(jù)點(diǎn)使我們能夠回答溫度和電壓的加速因子問題。這些成果將和現(xiàn)有的預(yù)測(cè)模型做對(duì)比。這些研究成果為設(shè)計(jì)出一個(gè)在整個(gè)溫度-濕度-時(shí)間域內(nèi)覆蓋所有老化條件、系統(tǒng)特性和元器件健康預(yù)測(cè)的新模型提供了基礎(chǔ)，

主要內(nèi)容

開發(fā)和定義一個(gè)電子元器件的通用(偏置)濕度加速和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型，并將這個(gè)模型用于研究靈敏的薄膜電阻。

模型考慮了熱和濕度對(duì)降級(jí)的影響，這樣就可以在整個(gè)溫度-濕度-時(shí)間域內(nèi)做預(yù)測(cè)。

明確的ln√tC 1 / T框圖包含了全部信息，使我們能夠計(jì)算文中討論的塑模/漆，以及功能層上所有相關(guān)材料的數(shù)據(jù)(活化能，濕度有關(guān)的材料特性，偏置電壓加速效應(yīng)等)。

老化/氧化和腐蝕之間是有區(qū)別的。通過將暴露時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化，替代被測(cè)參數(shù)的漂移，可以消除這些相互矛盾現(xiàn)象之間的不一致性。

通常用實(shí)際的當(dāng)前蒸汽壓做為明確的物理速率，替換相對(duì)濕度rh.在我們的模型里，rh的作用是估計(jì)擴(kuò)散的實(shí)際速率。

分別找出電絕緣漆或塑模的擴(kuò)散特性，做為溫度和濕度影響元器件參數(shù)降級(jí)的主要因素。

1.引言

在前一篇論文里已經(jīng)介紹了在最高到175℃的相對(duì)溫度-時(shí)間-范圍內(nèi)的干熱條件下如何預(yù)測(cè)漂移。主要發(fā)現(xiàn)是由阿倫尼烏斯定律推導(dǎo)出的隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，以及過程常量Tstab.在時(shí)間相關(guān)的阿倫尼烏斯等式基礎(chǔ)上提出了預(yù)測(cè)模型，可以確保器件安全和可靠地工作，預(yù)計(jì)時(shí)間可以達(dá)到200000小時(shí)或20年以上。

對(duì)于工作在非常重要且十分惡劣環(huán)境條件下的應(yīng)用，汽車行業(yè)對(duì)可靠性提出了更高的目標(biāo)。除了在很多年前就已成為標(biāo)準(zhǔn)的40°C / 93 % RH測(cè)試，偏置85°C / 85 % RH測(cè)試已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證和車用無源元件的強(qiáng)制要求。尤其是無源元件的相互作用和降級(jí)機(jī)理的細(xì)節(jié)還相當(dāng)模糊。在很多研討會(huì)和發(fā)布上，元器件制造商都表示85 / 85測(cè)試對(duì)他們的專用元器件來說太困難了(例如：AEC-RW 2012：Polymer-C; AEC-RW 2008：Tantalum-C，經(jīng)過168小時(shí)的85 / 85測(cè)試)。

器件符合85 / 85對(duì)長(zhǎng)期使用意味著什么(如17年的產(chǎn)品壽命，在標(biāo)定電壓下可工作5000到7000小時(shí))，汽車行業(yè)對(duì)此是一頭霧水。因此對(duì)無源元件預(yù)測(cè)模型的問題和需求隨之而來，尤其是電阻。既然Lawson等式還是預(yù)測(cè)有源器件的主流方法，有人會(huì)問，Lawson預(yù)測(cè)模型是否也適合電阻的潮濕老化和降級(jí)呢。

很多開放式的問題促使我們?nèi)ブ厥拔覀円呀?jīng)研究過和公開出版的薄膜電阻的預(yù)測(cè)方法，到目前為止，這些問題還沒有合適的模型，能夠檢驗(yàn)該怎么把偏置濕度現(xiàn)象考慮進(jìn)來，或者做得更好一點(diǎn)，能夠整合進(jìn)來。

2.偏置濕度：老化或腐蝕效應(yīng)

測(cè)試表明，由于熱尤其是潮濕條件的不同，過度潮濕測(cè)試的結(jié)果大相徑庭。在潮濕環(huán)境中暴露1000小時(shí)后，試驗(yàn)結(jié)果的差異顯示在圖1中。

圖1：試驗(yàn)結(jié)果的差別