濕度環(huán)境下關(guān)于薄膜電阻的穩(wěn)定性測試

在以往的論文里，提到過薄膜電阻的阻值隨時間變化而發(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，在相對濕度較高的地方或應(yīng)用里使用電子設(shè)備時，對元器件的可靠性來說仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，行業(yè)標準AEC-Q200要求在偏置濕度測試85℃/ 85 % RH條件下，也要對無源元件進行測試。通過認證的薄膜電阻采用了適當?shù)姆€(wěn)定R層和電絕緣漆，能夠通過85 / 85測試。

會出現(xiàn)下面這些問題：

(1)通過1000小時的偏置85 / 85測試，對實際當中應(yīng)用的薄膜電阻意味著什么?

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

要回答這些問題和其他與測試有關(guān)的問題，我們對電阻在40°C / 93 % RH和85°C / 85 % RH的工作情況，以及常用的標準測試情況，進行了長時間的實驗對比。在大約0.5%和10%的最大標定工作功率下，使用我們最靈敏的薄膜電阻層系統(tǒng)，將這些試驗的時間延長到4000小時。除此以外，我們還進行了70°C / 90 % RH，90°C / 40 % RH，以及HAST130條件下的測試，對電阻的溫度、濕度的線性度，以及電壓對漂移的影響進行了研究。

本文將說明這個對比研究的結(jié)果，那些數(shù)據(jù)點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)測模型做對比。這些研究成果為設(shè)計出一個在整個溫度-濕度-時間域內(nèi)覆蓋所有老化條件、系統(tǒng)特性和元器件健康預(yù)測的新模型提供了基礎(chǔ)，

主要內(nèi)容

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

模型考慮了熱和濕度對降級的影響，這樣就可以在整個溫度-濕度-時間域內(nèi)做預(yù)測。

明確的ln√t– 1 / T框圖包含了全部信息，使我們能夠計算文中討論的塑模/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。通過將暴露時間標準化，替代被測參數(shù)的漂移，可以消除這些相互矛盾現(xiàn)象之間的不一致性。

通常用實際的當前蒸汽壓做為明確的物理速率，替換相對濕度rh.在我們的模型里，rh的作用是估計擴散的實際速率。

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

1.引言

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

對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)對可靠性提出了更高的目標。除了在很多年前就已成為標準的40°C / 93 % RH測試，偏置85°C / 85 % RH測試已經(jīng)成為標準認證和車用無源元件的強制要求。尤其是無源元件的相互作用和降級機理的細節(jié)還相當模糊。在很多研討會和發(fā)布上，元器件制造商都表示85 / 85測試對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小時的85 / 85測試)。

器件符合85 / 85對長期使用意味著什么(如17年的產(chǎn)品壽命，在標定電壓下可工作5000到7000小時)，汽車行業(yè)對此是一頭霧水。因此對無源元件預(yù)測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)測有源器件的主流方法，有人會問，Lawson預(yù)測模型是否也適合電阻的潮濕老化和降級呢。

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)測方法，到目前為止，這些問題還沒有合適的模型，能夠檢驗該怎么把偏置濕度現(xiàn)象考慮進來，或者做得更好一點，能夠整合進來。

2.偏置濕度：老化或腐蝕效應(yīng)

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

圖1：試驗結(jié)果的差別