微处理器退化指标

集成电路的老化过程,实际上是在强环境温度应力下,通过对其施加电应力模拟其正常工作,使故障尽早出现。老化试验的目的是保证产品的使用可靠性和评估产品的质量与可靠性水平。集成电路的老化试验退化模型服从Arrhenius 方程,式（1）为Arrhenius 方程:

式中? R（T）是温度T（为绝对温度K）时的反应速率,A 为一系数, E a 为对应的反应激活能,k为Boltzmann 常数。温度T 越高, R（T） 越大,退化越快,失效率越高,器件的平均无故障工作时间也越短。许多文献中的数据表明,对于Si 材料集成电路,在工作过程中,芯片温度每提高 10°C,器件的失效率约会增加一倍。因此,芯片温度在老化过程中起着决定性的作用,老化试验过程中的应力强弱可以归结为芯片温度的高低。

老化时,芯片温度一般可以用下式描述：

其中, TJ 表示芯片温度, TA 是指环境温度, P 为芯片工作功耗, θJA?是芯片到环境的热阻。由于 TA 可以设置成相同的值,所以要确定老化时芯片温度 TJ 的关键就在于确定功率P 与热阻 θJA?的乘积。

在老化试验中,外界可以控制的应力只有环境温度和电应力,以及被试器件的散热条件。同样的老化箱,其中空气的流速都是相同的,器件的热阻主要由芯片封装结构、材料和工艺决定,属于器件的本征特性。热阻特性的好坏与芯片功耗一样,由其设计和制造决定,热阻越小,产品的可靠性越高。在进行质量和可靠性评价试验时,对其本征的特性热阻是必须进行考核的,这样在考虑老化试验方案时,重点应该放在老化功耗上。

随着集成电路设计线宽的不断缩小,由等比缩小效应引起的漏功耗不可避免地增大,为了提高可靠性,集成电路纷纷采用低功耗设计技术。同一类产品,由不同的公司设计生产,尽管功能完全一样,其功耗却相差很大,功耗低的产品,工作时的芯片温度肯定低于功耗高的产品。如果在老化时仅仅考虑芯片温度,使功耗低的产品与功耗高的产品芯片温度一致,是不符合实际应用情况的,因而是不科学的,必须研究能够表征等效老化应力的物理量,以评估老化试验的等效性。