Arrhenius,阿倫尼烏斯,提出了一個表征芯片使用壽命的計算模型,即阿倫尼烏斯壽命模型。透過驗證晶體管在特定偏置電壓和溫度下的工作時長(HTOL),來折算出芯片的使用壽命。通過在汽車行業(yè)的統(tǒng)計觀察,阿倫尼烏斯壽命模型得到半導體行業(yè)的普遍認可。
阿倫尼烏斯模型是瑞典化學家阿倫尼烏斯于1889年在大量的化學反應數(shù)據(jù)基礎上總結(jié)出來的,它表明在化學反應過程中反應速率與反應溫度的關(guān)系。在一定范圍內(nèi),溫度越大,反應速率越高。
測試條件和公式是這樣的(基于汽車行業(yè)的統(tǒng)計值,汽車15年內(nèi)平均運行時間為tu=12000小時,運行時平均環(huán)境下結(jié)溫Tu為87°C):
不同級別的芯片,所做的有偏壓高溫運行壽命(High Temperature Operating Life)、即HTOL測試條件是不同的,按照JESD22-A108規(guī)范,通常按照如下的約定條件來做測試:
將這些測試條件帶入到阿倫尼烏斯公式,就可以計算出芯片的理論使用壽命,通常消費級的理論計算壽命不到5年,而車軌級產(chǎn)品要保證至少15年;工業(yè)級產(chǎn)品通常也會采用125°C/1000hrs的條件做HTOL測試,理論使用壽命也能達到15年。需要注意這里僅僅是理論值,并不表示芯片過了這個時間點“陣亡”了。
當然阿倫尼烏斯模型也有局限性,其只考慮了溫度應力對物質(zhì)的化學與物理變化的影響。實際上,很多的失效案例,除了溫度之外,還與此時的工作電壓、環(huán)境濕度、機械應力等非溫度的因素有關(guān)。
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原文標題:【芯知識】LU-- Arrhenius-- 阿倫尼烏斯壽命模型
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