[发明专利]一种基于失效物理的多元Copula功率器件可靠性评价方法

说明书

本发明涉及一种基于失效物理的多元Copula功率器件可靠性评价方法，包括以下步骤：步骤一：功率器件信息收集，确定实际工况，内部结构和存在的失效机理；步骤二：失效物理模型应用及模型参数随机化，确定各结构寿命的边缘分布；步骤三：功率器件可靠性评估，对比蒙特卡洛竞争失效方法；它基于失效物理的理论，从功率器件在实际工况下存在的失效机理和失效物理模型入手，利用仿真来获取模型中缺失的参数，应用多元阿基米德Copula推导多失效机理下功率器件的可靠度表达式。通过对比蒙特卡洛‑竞争失效可靠性评价方法，证明多元Copula模型能够考虑各机理间的交叉影响因素，属于元器件可靠性评价技术领域。

(一)技术领域：

本发明涉及一种基于失效物理的多元Copula功率器件可靠性评价方法，它基于失效物理的理论，从功率器件在实际工况下存在的失效机理和失效物理模型入手，分析失效物理模型中的参数取值，利用仿真来获取缺失的参数。应用多元阿基米德Copula推导多失效机理下功率器件的可靠度表达式。通过对比蒙特卡洛-竞争失效可靠性评价方法，证明多元Copula模型能够考虑各机理间的交叉影响因素，属于元器件可靠性评价技术领域。

(二)背景技术：

随着微电子器件向小尺寸、大规模和高性能方向发展，对其可靠性评价方法也提出了更高的要求。目前针对器件的可靠性评价可分为模型驱动和数据驱动两大类。基于失效物理模型的评价需要分析元器件内部故障机理，了解导致故障的物理、化学过程，是提高产品可靠性的基础研究。

然而，目前针对功率器件的可靠性评价往往利用单一失效物理模型得到最薄弱部位的寿命结果，而在实际情况中存在复杂的多应力环境剖面，单一应力下的评价不够准确。而考虑失效机理影响下的器件可靠性评价则广泛应用竞争失效思想，并不考虑失效机理间存在的交叉影响因素，如温度、功率等会影响器件内多个结构的可靠性。为此，本方法考虑公共影响因素导致的各结构失效寿命分布相关性的功率器件可靠性评价，提出了一种考虑多失效机理、多失效点的功率器件可靠性评价方法。为融合多失效机理、考虑各结构的寿命分布相关性的功率器件可靠性评价提供评估思路，建立更高效率和更低成本的评价方法流程。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种基于失效物理的多元Copula功率器件可靠性评价方法。该方法考虑到功率器件内部各结构在不同失效机理下的寿命分布相关性，同时考虑评估成本和时间问题，通过有限元仿真获取失效物理模型中的未知参数，通过蒙特卡洛抽样考虑随机变量对器件各结构寿命的影响，为工程实践中功率器件的可靠性评估提供理论指导。

2、技术方案：本发明是一种基于失效物理的多元Copula功率器件可靠性评价方法，它包括如下步骤：

步骤一：功率器件信息收集，确定实际工况，内部结构和存在的失效机理；

步骤二：失效物理模型应用及模型参数随机化，确定各结构寿命的边缘分布；

步骤三：功率器件可靠性评估，对比蒙特卡洛竞争失效方法；

其中，步骤一中收集功率器件信息，包括分析功率器件内部结构和实际工况下功率器件存在的失效机理。由于功率器件工作时过电流、过压、过高的结温都会引起失效，这都与温度有密切关系。过高的结温会造成PN结击穿，持续的温度交变还会造成器件互连结构的疲劳失效，如键合线失效，焊结层老化等。因此主要考虑芯片和互连两方面的失效，研究与温度相关的失效物理模型，为后续应用失效物理模型评估各结构的寿命提供输入。

其中，步骤二中基于研究得到的功率器件几何结构、材料、工作环境条件以及识别的薄弱部位和存在的失效机理，考虑随机变量对器件寿命的影响应用蒙特卡洛随机化处理器件的结构参数、材料参数、工艺参数进。将失效物理模型作为输入，应用随机化的参数值计算各结构服从的失效概率分布。应用高斯核密度函数来描述这些寿命分布的特征，其密度函数和分布函数可表示为：