
Arrhenius,阿倫尼烏斯,提出了一個(gè)表征芯片使用壽命的計(jì)算模型,即阿倫尼烏斯壽命模型。透過驗(yàn)證晶體管在特定偏置電壓和溫度下的工作時(shí)長(zhǎng)(HTOL),來折算出芯片的使用壽命。通過在汽車行業(yè)的統(tǒng)計(jì)觀察,阿倫尼烏斯壽命模型得到半導(dǎo)體行業(yè)的普遍認(rèn)可。
阿倫尼烏斯模型是瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯于1889年在大量的化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的,它表明在化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)速率與反應(yīng)溫度的關(guān)系。在一定范圍內(nèi),溫度越大,反應(yīng)速率越高。
測(cè)試條件和公式是這樣的(基于汽車行業(yè)的統(tǒng)計(jì)值,汽車15年內(nèi)平均運(yùn)行時(shí)間為tu=12000小時(shí),運(yùn)行時(shí)平均環(huán)境下結(jié)溫Tu為87°C):
不同級(jí)別的芯片,所做的有偏壓高溫運(yùn)行壽命(High Temperature Operating Life)、即HTOL測(cè)試條件是不同的,按照J(rèn)ESD22-A108規(guī)范,通常按照如下的約定條件來做測(cè)試:
將這些測(cè)試條件帶入到阿倫尼烏斯公式,就可以計(jì)算出芯片的理論使用壽命,通常消費(fèi)級(jí)的理論計(jì)算壽命不到5年,而車軌級(jí)產(chǎn)品要保證至少15年;工業(yè)級(jí)產(chǎn)品通常也會(huì)采用125°C/1000hrs的條件做HTOL測(cè)試,理論使用壽命也能達(dá)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(gè)時(shí)間點(diǎn)“陣亡”了。
當(dāng)然阿倫尼烏斯模型也有局限性,其只考慮了溫度應(yīng)力對(duì)物質(zhì)的化學(xué)與物理變化的影響。實(shí)際上,很多的失效案例,除了溫度之外,還與此時(shí)的工作電壓、環(huán)境濕度、機(jī)械應(yīng)力等非溫度的因素有關(guān)。