湿度环境下关于薄膜电阻的稳定性测试

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　　最初的85/85测试被设计成可以加速湿气渗透进非密封的IC封装，以便引发金属层里的腐蚀失效。在评估测试结果的时候，应当始终搞清楚，测试结果是由（可预测）的老化过程还是由（破坏性）的降级造成的。这样我们就可以彻底地区分氧化/钝化效应和腐蚀机制。图2显示了由这两种原因引起参数漂移的基本区别。

　　图2： 氧化/钝化与腐蚀机制

　　3. 深入研究的测试程序

　　我们的测试计划通盘考虑了下面这些因素：

　　· 按照AEC-Q200（同一批次，对所有被测变体进行激光微调）的要求，使用认证过的灵敏的薄膜电阻阻值；

　　· 比较偏置湿度85 / 85 测试结果与40 / 93测试结果；

　　· 引入70℃ /90% RH和90℃ /40% RH这两个中间测试状态；

　　· 延长测试或暴露时间到 4000小时 （10000小时）；

　　· 使用两种不同的电绝缘漆；

　　· 在每个变体上施加两种电压/负载（从额定电压的10%到30%，利用偏置湿度测试，按照标准车用元器件的要求进行认证）；

　　· 比较偏置测试和HAST 130（高加速应力测试：130℃和85%RH偏置湿度测试，相同的批次和电气状态）的结果。

　　很重要的一点是，两种漆都按照85 / 85（也就是说我们只按照行业标准对可用的样品进行了基本的研究）的行业要求经过了完整的认证和发布。另一个重点是必须从最灵敏的阻值范围内选取样品。图3显示了薄膜电子设计的临界边缘，可做借鉴。

　　图3： 不同阻值的电阻层厚度

　　方形电阻R□的整个阻值范围使有三种合金（I，II和III）决定的。合金II采用的是CrNiX（X代表第三种元素）。1 Ω～100Ω之间的R□是通过改变2µm到30nm的电阻层厚度来实现的。在氧化和腐蚀同时发生时，电阻层的改变会引发不同的效应。较厚的电阻层会出现表面或颗粒边界效应。相反，我们必须面对在薄电阻层上出现的体积效应，这种效应可以影响整个层的厚度。在氧化的情况下，所有电阻材料都会受到影响。在腐蚀的情况下，这会导致电阻层的彻底破坏。为了做试验，我们挑选了这类敏感的样品，保证样品会出现最坏的情况（电阻类型有MINI-MELF， MMA0204，最大阻值为180 kΩ，R□大约是800 Ω）。

　　各个测量点是从20个测试样品的单一结果得到的。为了实现统计覆盖到全部事件（最坏情况）的98%，每个测试点的参数值的概率分布都进行了估值。

　　4.测试结果和主要发现

　　两种不同电绝缘漆和两个不同偏置电压的测试结果见图4。我们找到了两个明显的降级机理，可以区分老化（40 / 93， 70 / 90）和破坏性的腐蚀状态（85 / 85）。

　　图4： 在测试环境中暴露4000小时后的测试结果 （40 / 93， 70 / 90， 85 / 85）

　　在这个阶段，还不能根据85 / 85测试数据做比较或预测。因此，为了使用可比较的数据，我们在0.07%到0.1%再到0.2%的ΔR / R低漂移水平上，提出了对所有阻值漂移进行标准化的方法。通过定义一个既明显但又几乎不会造成破坏的可接受且在标准要求内的漂移水平，我们就可以比较全部测试数据，另外还可以加上HAST 130的测试结果。标准化参数漂移的结果（在我们这个例子是ΔR / R）与相应的暴露时间参见图5。暴露时间的标准化的各个测量点要么是直接推导出来的，或是经过我们不同的湿度测试，从120个独立的ΔR / R漂移测量结果推算出来的。

　　图5： 在非破坏性的ΔR / R 水平上对测试结果进行标准化

　　每个参数的漂移从方方面进行了彻底的定义：幅度，系统/材料的关系，在规范内可接受的值，估计的元器件预期寿命。

　　对于180 kΩ的薄膜电阻，我们定义并选取ΔR / R of ≤ 0.2 %（我们估计：只有颗粒边缘的氧化会改变电导率，在材料层上也没有体积效应）。

　　经转换后的第1种漆和第2种漆的测试数据见图6（在这个阶段，预估的RH设定值稍微有点差别，但没有关联）。尤其是在较低的温度下，漆的变化很明显。曲线可能匹配指数函数，但匹配度不是很好，尤其是第1种漆。

　　图 6： 比较两种漆的测试结果

　　5.尝试使用现有模型

　　在很多论文和应用报告里，Lawson模型还是非常常用的的，尤其是评估有源元器件的潮湿加速动作。因此，为了评估我们的测试结果，我们选用了这个模型。我们使用Lawson建议的数值，比较在不同相对湿度rh （公式 1）下试验结果的加速因子。

　　公式 1：

我们选用了第2种漆，因为它的指数趋势线的线性相关最好。首先，我们把测量数据代到Lawson等式里，选定激活能EA （设为0.9 eV）和因子 b （设为1.0）。在测量温