Анализ отказов и разработка технических мероприятий по повышению надежности СВЧ твердотельных модулей для радиолокационных станций

• Автор: Гришаков, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава Основы надежности твердотельных СВЧ модулей

1.1 Особенности конструкции и режимы эксплуатации СВЧ модулей для

1.2 Современные требования к показателям надежности СВЧ модулей и

методы их оценки

1.3 Физика отказов

1.4 Выводы и постановка задачи диссертации

Глава 2. Анализ причин и механизмов отказов твердотельных

СВЧ модулей
2.1 Анализ причин отказов передающего канала СВЧ модулей
2.2 Анализ причин отказов вторичных источников питания твердотельных
СВЧ модулей
2.3 Выводы
Глава 3. Построение модели отказов твердотельных СВЧ модулей
3.1 Качественная модель процесса возникновения отказов, обусловленных
термоциклированием
3.2 Анализ зависимости числа гермоциклов до возникновения отказа от
амплитуды термоциклов
3.3 Анализ тепловой модели СВЧ транзисторов и расчет амплитуды термоциклов в периодическом режиме
3.4 Выводы
Глава 4. Разработка технических мероприятий по обеспечению
надежности твердотельных СВЧ модулей
4.1 Рекомендации по выбору режимов эксплуатации и конструкции СВЧ
модулей
4.2 Отбраковочные испытания, выбор режимов
4.3 Выводы
Заключение Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Важнейшими составными частями обеспечения обороноспособности страны и безопасности воздушного движения над ее территорией являются охрана воздушного пространства, противовоздушная оборона.
Ключевая роль в решении этих задач принадлежит радиолокационным системам и построенным на их основе комплексам, используемым в Радиотехнических войсках ВВС. На рубеже 1990-2000 гг. стало возможным создание полностью твердотельных радиолокационных станций (РЛС) в Ь- и Б-диапазонах длин волн с зеркальными антеннами и активными фазированными антенными решетками. В современных РЛС используется от нескольких десятков до тысячи модулей, причем в каждом передающем модуле до 10 мощных СВЧ транзисторов. Преимущество твердотельных РЛС неразрывно связано с переходом от сосредоточенных к распределенным источникам СВЧ мощности в виде модулей. Применение большого количества СВЧ модулей приводит к повышению живучести станции в целом, поскольку отказ даже 10-20% от общего числа модулей не лишает РЛС работоспособности. При этом становится возможным за счет использования запасных (резервных) модулей и ремонта отказавших обеспечить непрерывную работоспособность РЛС в течение срока службы 1СН-25 лет. В этой ситуации крайне актуальной является задача по изучению физики отказов передающих СВЧ модулей и разработке мероприятий по повышению их надежности и, соответственно, живучести РЛС.

Таким образом, сознательно ограничив широту охвата опубликованного материала, мы поставили своей целью дать представление о наиболее характерных для транзисторов механизмах деградации и о типичных формах их развития в ряде конкретных структур.
Электромиграпия.
Электромиграцией называют явление переноса вещества в металлах при высоких плотностях тока [13, 19, 28]. Необходимый для электромиграции уровень плотности тока в 105ч-10бА/см2 легко достигается в тонких металлических пленках без сколь-нибудь значительного джоулева разогрева. Поэтому в микроэлектронике электромиграция не входит в разряд "экзотических" явлений.
Перенос металла по токоведущим шинам заканчивается, обычно, обрывом металлизации, реже - закорачиванием соседних шин за счет "бугорков" и "усов" - своеобразных накоплений металла.
Электромиграционные отказы становятся существенными при ]>105А/см2 и Т> 125°С.
Ряд авторов обращает внимание на то, что электромиграция может являться причиной нарушения целостности затворной (алюминиевой) металлизации [13-15,19,28]. Действительно, смещение на затворе, соответствующее активному режиму работы прибора, заметно ускоряет деградацию затвора. При этом пустоты образуются и накапливаются прежде всего в тех местах, затворной металлизации, где по технологическим или конструктивным причинам плотность тока максимальна. Величина тока, протекающего через обратно смещенный барьер Шоттки при 250°С, на один-два порядка превышает величину тока при комнатной температуре. Однако, по оценкам [13-19,28], Дакс не должна превысить 104 А/см2, а этого значения недостаточно для развития электромиграции при 250°С в пределах сотен часов. И все-таки точное значение плотности тока в реальной затворной металлизации неизвестно, по-