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1、美国军标MILSTD883D方法1019.4一b南锈和,辫军,碱,差日控制工程1994年第l期美国军标MILSTD一883D方法1019.4电离辐射(总剂量)试验程序p,测量.I融._一,目的本试验程序定义了钴60Y射线源对已封装好的集成电路进行电离辐射(总剂量)效应的要求.本程序提供评估低剂量率电离辐射对器件影响的加速老化试验.在器件有显着的时间相关效应的低剂量率或一些其他应用中,这个试验是很重要的.这个程序仅适用稳态辐照,而不适合脉冲辐照(瞬态辐照).这个试验能使被辐照器件的电特性产生严重的退化,因此这是破坏性试验.1.定义本程序所用的术语定义如下:a.电离辐射效应(Ionizingrad
2、iationeffects)由辐射产生的电荷使一个器件或集成电路的电参数变化.也叫总剂量效应.b.柱辐照时测试(1n-fluxtest)(在流量中测试)在辐照暴露的期间内,对器件进行电测量.C.不在辐照时测试(Notin-fluxtest)(不越流量中测试)在辐照期间之外的任何时间,对器件进行电测量.d.移位测量(ReH10tetests)(远距离测量)在物理L离开辐照位置,对器件进千i电e.时间相关效应(Timedependenieffect)在辐照以后,由辐射产生的捕获电荷的生长或捕获电荷的退火或捕获电荷的生长与退火均使器件电参数显着退化相似的效应也发生程辐照期内.f.加速老化试验(Acc
3、eIeratedagingtest)利用提高温度来加速时间相关效应的程序.二,设备设备有辐射源,电测试仪器试验电路板,电缆,接线板或转接系统,一套适用的剂量测试系统,以及一台环境试验箱(如果对时问相关教应测量需要的话).要遵守注意事项,并得到一套具有足够绝缘,充分屏蔽良好接地以及音适的低噪声的电测量系统.1.辐射源试验中所用辐射源是钴60Y射线源的均匀场.若无其他规定,在器件的辐照区域内,用剂量测试系统来测定的辐射场的均匀性应在10之内.器件相对于辐射源和辐射吸收及散射材料放置的位置变化会影响场的均匀性及强度.拄制工程2,剂量系统一个合适的剂量系统有能力完成2节规定的测量.可用下列ASTM(A
4、ITIeFicanSocietyforTestngandMaterials)标准或其他适用标准ASTME666r或x射线计算吸收剂ASTME668ASTME1249ASTME1250ASTME1275量的标准方法应用热致发光剂量(ILD)测量系统来确定电子器件辐射强度吸收剂量的应用标准.硅电子器件辐射强度试验中最小剂量误差评价硅电子器件辐射强度试验中钻60辐射器的低能量r源应用电离室的标准方法辐射化学膜剂量测量系统的应用标准从一种材料到另一种材料吸收剂量的转换和其他适用的各种剂量测量系统的工业标准,可以从ASTM索取.3.电蔫试仪器电参数测试所用的全部仪器,应具有精密测量电参数所需要的稳定性,
5、精度和分辨率.辐射环境中工作的所有仪器都应有适当屏蔽.4.试验电路板需要辐照的器件应安装或连接到线路板上,并与辐照期间对器件偏置或在位测量所需的有关电路连在一起.若无其他规定,对辐照结果有影响的所有输入端和任何其他端在辐照期间内在电学上应连在一起,即是说不能浮空.整个线路板上的几何空间和材料应使被辐照器件得到均匀的照射.虚采用良好的设计和装配经验以防止振荡,使漏电最小,避免损坏器件并得到精确测量.只有耐辐照并且没有显着黼电(相对于被试器件而言)的插座才能用来把器件和有若电路安装到试验电路板上.在辐射场内重复使用的全部仪器设备应定期检测其物理和电学性能的退化.放在试验线路板上的元件(不是被试器件
6、)对累计剂量辐射是敏感的话,应对他们进行辐射屏蔽.试验夹具用的材料不得改变被试器件周围辐射场强度的均匀性.应当测出辐射场引起的漏电流,当器件投有插入测试插座时,试验线路板应先接入具有噪声和干抗的正在工作的测试系统,并用规定最大的偏置加到被试器件上,测出任意两端之间的漏电流,其值都不应超过器件辐照前技术条件中规定最低电流值的10%.税加速老化试验期阊加偏置的试验电路板应有能力经得起加速老化试验的温度要求,并在试验前及试验后检测外形及电性能退化.5.电缆在辐射场中把试验线路板连接到测试仪器的电缆应尽可能短如果需要用长电缆,则要加上线驱动器.电缆到地的电容及漏电应小,导线之间的漏电要小.6.互谴和开
7、关系统这十系统放在辐射环境位置的外部,并在测试装置与被试器件之间提供接口,它是内部测试系统的一部分,并符合2.4节规定的端点之间漏电流的限定值.7.习=境容器时间相关效应所需的环境容器应有能力使所选用的加速老化温度保持拒5之内.三,程序控制工程按规定的试验计划对器件进行辐照,并进行加速老化试验(如需要进行时问相关效应试验的话).试验方案包括:器件说明,辐照条件,器件偏置条件,剂量系统,工作条件,测量参数及测量条件以及加速老化试验条件.1.样品选择和操作按照试验计划规定,只有通过电参数测量的器件才提交辐射试验除非另有规定,试验样品应从同一封装的母体总数中随机抽取.每个元件应单独编号识别,并能在辐
8、照前和辐照后进行比较.对静电敏感器件应采用适当的操作技术防止损坏器件.发光计如CaF:)产生的带电粒子大致平衡.应当测量Pb/AL容器里的辐射场强度:1.初始的2.当辐射源变化时,3.当辐射源,容器,试验安装方向和结构变化时.当进行这种测量时,应当把剂量仪(或者TLD热致发光剂量测定)放到器件辐照的容器里靠近被试器件的位置.如果证明低能量散射辐射足够小,它不会因剂量增强效应而日f起剂量误差,则Pb/AL容器可以省去.4.辐射级别被试器件应在试验计划规定剂量级别的l0之内进行辐照.如果对一组器件要进行多次辐照,在每次辐照后要进行辐照的电参数测量.2.剂量控涓5.辐射剂量率被试器件所在位置的辐射场
9、强度应在试验前用剂量仪测定,或者用辐射源的衰减校正进行计算.这是为了保证试验剂量级别的一致性和均匀性要求.被试器件的剂量可用以下二种方法中的一种来确定:1)在辐照期内用台适的剂量仪来测量或2)用钴60源的强度在某时问间隔内的衰减值来校正以前的剂量值,再把在剂量计材料测量到或计算得到的剂量进行适当修正,求得被试器件上的剂量值5.铅/铬容器(Pb/AL)试验样品应密封在铅/铝容器内,以使由低能量,散射辐射引起的剂量增强效应最小.厚度至少为0.7mII1的铝作为内部屏蔽,外面再包一层撮薄是1.5mm的铅.这个Pb/AL容器对Si(硅)和TLD(热致1)标准条件除非另有规定,钴60剂量率范田在5O到3
10、00radS(Si)/s,(即0.53Gy(Sj)/s).在多次辐射时,每个辐射剂量级别的剂量率是不同的,但在每次辐射期内,剂量率的变化不得超过=10%.2)例外1作为一个替换方案,如果参加试验的各方同意,可以采用预计应用中要碰到的剂量率来进行试验2)例外2如果在!预期应用中最大剂量率小于5Orads(Si)/s,则参加试验各方可协商,使试验的剂量率大于预期应用的最大剂量率.除在10.1b)中遇到的情况外,应执行10.2)的加速老化试验.6.温度要求因为辐射效应与温度有关.被试器件应在环境温度246下进行辐照,其测量点是在试验箱内靠近试验夹具处.应在环境韫度255下进行电参数测量.如果器件转移
11、到或者来自移位测量处,则不允许试验器件温度比辐照环境的温度高出10,如要求其他温度范围,应事先规定好.7.电性能测量应按照试验计划规定,列器件进行电参数测量和功能测试.为了验证测量系统,辐照前及辐照后数据的有效性(正确性),至少要用一个控制样品按照器件技术规范中规定的工作条件进行测试.对于自动测试设备,因为器件结温上升最小,没有测试程序的限制.对于手动测试设备,应当选择电参数测量的程序,并选用最短的测试周期.当进行一系列电参数测试时,测试的安排应是:最先测试的电参数应是功耗最低的参数,接着进行测试的电参数应是功耗增大的参数.辐照前和辐照后的屯测量应采用相同的.删试系统,对试验样品的每次电测量应
12、采用相同的.测试程序.可适当采用脉冲电参数测试方法,使发热和相应的退火效应最小.要进行加速老化试验见(三.10)的器件,在辐照前应进行老练,以消除与老练有关的失投.8.试验条件试验计划应规定,是采用在辐照时测试,还是不柱辐照时测试,(这与获得预期应用的数据有关:)应用在辐照时测试,可以避免辐照后因时间相关效应引起的变化一个器件进行辐照,又采用静态偏置,又是在辐照时测试,故在总的辐照时间内有小部分时间的电参数潮试是应用动态偏置,这样会引起一些误差.采用不在辐照时测试,通常可进行更全面的电测试,但是,如果存显着的辐照后的时问相关效应,则可能引起误判.1)在辐照时测量在辐照开始前,按照技术规范对每个
13、器件进行检测.如果把整个系统放在在辐照时测量的状态下时,应对内部固有的互连,漏电(见二.4)和噪声电平进行检测.为保证试验设备工作正常和稳定,用一个已知参数的控制器件在试验计划要求的所有工作条件下对其进行测量,这个测试,或是翟被试器件插入之前,或是在辐照完成移开被试器件之后,或两种情况下都做.2)移位测量除非另有规定,从辐射源送到一台移位测试仪,以及再次返回进行下一次辐照的过程中,必须去掉器件偏置,并把器件引出端插入导电泡沫之中(或相似的短接),以使辐照后的时间相关效应晟小.3)偏置和负载条件被试器件在辐照和加速老化试验期内的偏置条件应在试验计划规定的10%之内.加到器件上之偏置条件的选择应能
14、够产生最大的辐射损坏,或者在已知预期应用中产生摄坏损伤.该规定的偏置按试验计划持续加到每个器件上.在辐照前和辐照后应检查偏置.负载的选择使结温上升最小.9.辐照后的程序除非另有规定,下列时问问隔应当遵守:a.从辐照结束到电测试开始的时问,最长为1小时b.进行电测量,并把器件返圊到下一次辐照的时间,如果未规定,则应在上次辐照结束后的2小时内.为了使时间相关效应最小,这些时问问隔应尽可能的短.在整个测试过程中,电参数测试程序应保持不变.10.MOS加速老化试验加速老化试验是对低剂量率辐照环境中62控制工稃MOS微电路最坏退化的一种评估.该程序仿效辐照在规定温度,时间和偏置条件下使器件发热.加速老化
15、试验(见10.2)是时间相关效应能使器件产生显着退化或失效的情况下实施.对于已知TDE(时间相关效应)不产生显着的器件退化或失效时(见10.4),或者在10.4)中它们不需要考虑时,我们只进行1到O规定的标准试验.1)需要进行加速老化试验当需要加速老化试验时,要有适当的步骤来确定并进行这个试验,可应用下列判据:a.从2)节可见,对任何器件或电路型号只要有MOS元件(即MOS晶体管或电容)就应进行这个试验.b.如有下列条件之一,刚TDE试验可省略1.线路已知,设计时设有MOS元件:或者2.已知应用时的电离剂量低于5000radS(Si),或者3.如已经知道,在预期应用时,从辖照开始.器件的寿命同
16、TDE的时间比较是短的话,或者4.已经完成了预期应用剂量率的试验.5.器件型号或集成电路工艺经过特性试验已经证明:器件参数的TDE变化没有出现大于实验误差(或者大于另外规定的一个上限值).(译注:大于实验误差等于大于另外规定的一个上限值),而且已经证明:产生TDE响应的变量对具体厂商专用工艺来说是受控的.至少,在(5)中的特性试验应包括对传输延迟时间,输出驱动能力和撮低工作电压等参数的TDE作出评估.通过对MOS结构抗辐射能力的批次抽样试验已经证明;能对影响TDE的变量进行连续的工艺控制.c.本文件对无MOS线路元件的工艺是否要进行加速老化试验,没有给出指导.2)加速老化试验程序如果器件按试验
17、计划或详细规范的规定,已经通过了1节到9节的总电离剂量试验,而且1)节中的例外不适用,则加速老化试验按下述进行:a.过试验i)用标准试验条件(1到O节)并附加0.5倍规定剂量,对每个器件进行辐照试验,注意,此时不要进行电测试.ii)如果经过特性试验证明以下甲,乙两条,则2)a.i)中的附加0.5倍的辖照试验可以省略:甲,线路的传输延迟时间,输出驱动能力和最小工作电压参数向着他们辐照前的值恢复,恢复后的值都不大于2)b的加速老化试验值.乙,对辐照和加速老亿试验所选择的辐照偏置,在加速老化期间,这些参,数的响应是最坏的.确定最坏情况的辐照和老化偏置的特性试验应在规定的级剐上进行.该试验至少应包括在
18、静态和动态辐照偏置下分别进行试验,在按2)b进行加速老化期间跟着进行撮坏情况的静态偏置.b.加速老化i)在1005老化18812小时,或者ii)特性试验证明;选用别的温度和时间值时,每个被试器件中感兴趣的参数如传输延迟时间,输出驱动能力和最低工作电压等参数的变化等予或大予2)b.i)中的变化,或者iii)在别的温度和时问值下进行试验+控制工程这些条件起捕获空穴退火大于6O,而界面态退火小于10%.这可由相同工艺的NMS试验晶体管的特性涣l试来确定,而且应证明;试验晶体管的辐射响应可代表被试器件的响应.1.试验报告报告至少应包括:器件型号,序号,生,产厂,封装型式,控制技术规范,日期码以及其他由
19、生产厂给出的识别号.偏置电路,参数测量电路,有详细的距离和所用材料的实验设备的布局在辐照时测量的电测试系统之电噪声和漏电流等均应用合适的图和表写入报告.一每个数据表应包括:试验日期,所用辐射源,辐照时的偏置条件,在辐照和电测试时器件周围的环境温度,每次辐照的间隔,在辐照和电测试开始之间的时间,电测试的时间间隔及这次到下次分阶段辐照的时间间隔,辐照剂量率,电测试条件,剂量系统和程序,以及辐射试验级别.琏降剂量韦5jl舰定I帚F节J一f定电.倒试:节lI螂翟龇雌_堕一Il娃需要附00位朗i_t吐垃ll32】2l孽l打啦附加05倍规定荆量凸勺艄3102b节ln一瞳皂c幢捶J早|遗一十进行试崆3tO2
20、节,l,一;图1电离辐射试验瞿序的流程图对每个元器件在辐照前及辐照后的数据进行记录,应按MILM一3861O的要求,同母体总数的(被抽样批次的)数据一起保存.在试验期间产生的任何异常的偶然事件应全部记录下来并写入报告.如果采用加速老化试验,则应事先说明.作为交货应用的任何其他辐射试验程序或试验数据应在详细规范或订货台同中加以规定.四,综述如需要,下列细节应规定在易取得的文件之中,a.器件型号,数量和适用的规范(见3.1)jb.辐射剂量要求(见3.2),c.辐射级别,包括剂量和剂量率(见3.4和3.5),d.辐照,电测试和运转时的温度,如不同于3.6节规定的话Je.要测量的电参数和测量时器件工作条件(见3.7),f.测试条件,即在辐照时测量或不在辐照时测量(见3.8)Jg.在辐照时器件的偏置条件(见3.8.3)h.辐照后测量的时问间隔(见3.9)i.如需要,对加速老化试验的要求(见3.10),J.要求随器件交付的文件(见3.1O)薛仁经译王长龙校译自MILSTD一883C中1019.41991年】月15日出版
