一文让你检测IC产品参数值发生偏移

　　随着时间的推移，半导体材料的掺杂度以及对内部裸片产生的物理应力都会发生变化，这会导致产品的参数值发生偏移。这些偏移可在新产品质量过程中，通过测量生命周期测试过程中（在高温炉中执行的加速老化过程）的参数偏移进行量化。
　　125C 下 1000hrs 或 150C 下 300hrs 的典型生命周期测试持续时间可在室温下确保至少 10 年的（不计算静态自身发热条件）。持续时间通过 Arrhenius 公式计算，这是一个简单而非常的计算公式，用于描述给定过程的反应速度常数对温度的依赖性：
　　过程速率 (PR) = Ae-(Ea/kT) Arrhenius 公式
　　这就引出了加速系数 (AF) 概念，即两个不同温度下的过程速率之比，用于构建所需生命周期测试的持续时间：
　　AF (T1 至 T2) = PR(T1)/PR(T2) = e(Ea/k)(1/T1  -  1/T2)
　　其中：
　　A — 过程常量
　　Ea — 电子伏特的热活化能量 [eV]
　　k — 玻尔兹曼常量，8.62 x 10-5 [eV/K]
　　T — 凯氏度数温度（摄氏度 + 273.15）
　　我们可以根据实际产品生命周期结果鉴别两种产品说明书参数，并对其各自的生命周期偏移进行量化：
　　以零或平均值（例如 Vos、Vos 漂移、Vref、AOL、CMRR 以及 PSRR 等）为中心的规范在 10 年生命周期中的可能偏移值达：
　　（）PDS 指定值的 +/-100%
　　以（例如 IQ、压摆率以及 Isc 等）定义的规范在 10 年生命周期中的可能偏移值达：
　　（）PDS 指定值的 +/-10%
　　大部分产品说明书参数都遵循标准（高斯）分布规律，如图 1 所示，68% 左右的值位于平均值 μ 的标准偏差 (+/-1-sigma) 范围内。同样，95% 左右位于 +/-2-sigma 范围内，99.7% 左右位于 +/-3-sigma 的范围内，……。及 PDS 限值至少可根据 3sigma 分布设定，同样，生命周期偏移也基于相同类型的统计分析。

　　图 1* — 标准高斯分布

　　图 2 是围绕零或另一个平均值的参数的长期偏移。蓝色初始分布曲线的 sigma 值是 0.5，而绿色生命周期末期分布曲线的 sigma 值为 1.0。

　　图 2* — 生命周期前期及后期测试分布

　　因此，终分布范围是初始分布范围的两倍。这就意味着初始值 10 年时间会从初始／产品说明书指定值偏移 +/-100%。
　　为了说明实际 IC 的生命周期偏移，让我们考虑一下低噪声、低漂移 REF5025 高电压参考及其输出初始规范的长期稳定性。
　　图 3 显示了 REF5025 输出电压的初始 +/-0.05%，以及 50ppm 下指定 0 至 1000 小时的长期稳定性。根据以上说明，REF5025 的长期偏移不能超过／初始 +/-100% 的生命周期测试偏移；因此在室温恒定工作条件下，10 年（87,600 小时）后的输出电压偏移必须低于 +/-0.05% 或 +/-500ppm 的等效值。

　　图 3 — 摘自 REF5025 产品说明书

　　长期偏移显然不是时间的线性函数，而且不能同时满足两个条件，因此偏移速率必然为开始较高（具有更陡的斜率），然后随时间变化逐渐变慢（变得更线性）。因此，其可通过针对 1000 小时进行标准化的平方根函数进行估计，如下图 4 所示。
　　输出电压偏移 = 50ppm*√[时间（小时）/1000hrs]

　　图 4 — REF5025 的长期稳定性

　　例如，在经过 25,000 小时不间断现场工作后，REF5025 的典型输出电压偏移可用以上公式计算，50ppm*√25=250ppm，而 10 年（87,600 小时）后，偏移值则将为 50ppm*√87.6=468pp。因此在使用寿命末期，REF5025 输出电压偏移正如预计的那样，在 500ppm 允许偏移范围内，等于产品说明书初始规范的 0.05%。