Procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas de un componente electrónico.

Procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas en un componenteelectrónico (1),

en el cual,

- se pone en servicio (6, 11, 19) el componente electrónico,

- se excita (12) el componente electrónico puesto así en servicio con la ayuda (13) de un rayo (14) de láser,

- se mide (24) un defecto de funcionamiento del componente electrónico puesto en servicio, correspondientea un valor de esta excitación,

caracterizado porque

- se cambian (26) condiciones de utilización del componente, dicho de otro modo, de polarización drenajefuente del componente, y/o de señales de entrada y/o de señales de mando y/o de frecuencia y/o de temperatura y/ode carga en la salida,

- se mide (figura 6), a título de característica, condiciones cambiadas de utilización para las cuales elcomponente deja aparecer o no un defecto de funcionamiento por un fenómeno de puesta en acción.

Procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas de un componente electrónico

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas en un componente electrónico que permite determinar las condiciones de utilización preferibles de este componente.

El funcionamiento de los componentes electrónicos puede ser perturbado por el entorno o ambiente en el cual se desenvuelven, por ejemplo el ambiente radiactivo natural o artificial o el ambiente electromagnético. Las agresiones exteriores provocan la creación de corrientes parásitas por interacción con la materia constitutiva del componente. Estas últimas pueden estar en el origen del mal funcionamiento transitorio o permanente del componente y de la aplicación que lo utiliza.

Para el ambiente radiactivo natural, esos efectos, denominados de manera genérica efectos singulares, son creados por partículas. Por ejemplo, iones pesados y protones en el espacio afectan a los equipamientos electrónicos de los satélites y de los lanzadores. A alturas menos elevadas, en las que evolucionan los aviones, se observa sobre todo la presencia de neutrones, que crean igualmente efectos singulares. En todo el suelo terrestre, se pueden encontrar también tales agresiones y afectar a los componentes electrónicos, ya sean debidas a las partículas del ambiente natural, a las partículas radiactivas presentes en las cajas o a problemas de inmunidad, de integridad de señal o de estabilidades térmicas o de procedimiento. En lo que sigue del texto, serán más particularmente considerados los efectos de las partículas, pero la invención continúa aplicable a los mismos tipos de efectos creados por entornos diversos y variados.

Los fenómenos físicos en el origen de los fallos provocados por las agresiones exteriores son muy variados. Sin embargo, es posible identificar varias grandes familias de fallos. La invención se aplica más particularmente a una parte de los efectos provocados por los ambientes radiactivos o electromagnéticos que se producen por la acción acoplada de una creación de corrientes parásitas y de fenómenos de amplificación y/o de mantenimiento de estas corrientes parásitas.

Se puede citar a modo de ejemplo una puesta en acción de un tiristor parásito, llamado latchup (efecto tiristor) o Single Event Latchup o SEL, global o localizado en una parte del componente (se habla entonces de microlatchup) , una puesta en acción de un transistor bipolar parásito, llamado snapback o SES, un fallo que pone en juego la acción acoplada de puesta en acción de una estructura bipolar parásita llamada Single Event Burnout o SEB. Estos efectos pueden ser o no destructivos para el componente.

Los documentos US 4 786 865 (Arimura et al) y GB2069152 (The Post Office) divulgan pruebas o ensayos de sensibilidad en las interacciones energéticas tales como SEL.

De manera mas precisa, la interacción de una partícula o de una radiación con la materia puede dar lugar a la creación de cargas de electrones y agujeros o huecos. Bajo ciertas condiciones, estas cargas pueden provocar la puesta en acción de una o varias estructuras parásitas. Estas estructuras son calificadas de parásitas porque, si bien existen de manera intrínseca en el componente, no son nunca activadas cuando el componente está en un régimen de funcionamiento normal.

Las condiciones para que estas puestas en acción se produzcan están principalmente vinculadas a la cantidad de carga generada, a la localización y a la forma (espacial y temporal) de esta generación de carga.

No obstante, en la mayor parte del tiempo, la puesta en acción de estas solas estructuras parásitas, consecuencia de la generación de cargas, no basta para provocar el fallo del componente. Un segundo fenómeno permite mantener y/o amplificar la corriente parásita generada por el primer fenómeno. La puesta en acción de este segundo fenómeno está principalmente vinculada a las características intrínsecas del componente (nivel de dopaje, organización física del componente, …) y a las condiciones de utilización del componente, particularmente de polarización, de frecuencia, de temperatura, ….

A modo de ejemplo, se puede desencadenar así un fenómeno SEB en componentes de potencia. Estos son por ejemplo transistores MOS de potencia de efecto de campo, MOSFET, transistores bipolares de rejilla aislada, IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor, diodos de potencia u otros. A modo de ejemplo, la figura 1 muestra, para un tal transistor MOSFET de potencia, del tipo N, en tecnología de silicio, polarizado (tensión drenaje-fuente positiva) e inicialmente en estado bloqueado, y con una estructura bipolar parásita, que la interacción (directa o indirecta) de una partícula del ambiente radiactivo natural con el silicio constitutivo de este transistor se traduce en la creación de un cierto número de pares de electrones-huecos en el componente. Bajo la influencia de los campos eléctricos y de los fenómenos de difusión, estas cargas se desplazan, lo que genera una corriente parásita en el seno de la estructura. Bajo ciertas condiciones, particularmente de situación de la generación de cargas y de la cantidad de cargas generadas, la corriente parásita puede provocar el paso en directo de una unión fuente-cajón inicialmente bloqueada. En la medida en que esta unión fuente-cajón resulta pasajera, cuando la unión cajóndrenaje es polarizada a la inversa, se pone en acción un transistor bipolar parásito, fuente-cajón-drenaje. La fuente es el emisor, el cajón es la base y el drenaje el colector. En ausencia del fenómeno de amplificación y/o de mantenimiento, esta estructura parásita permanece pasajera en tanto que las cargas generadas por la interacción partícula-silicio no hayan sido todavía evacuadas todas. A continuación, se bloquea de nuevo y el componente vuelve a encontrar su funcionamiento nominal. Sin embargo, en función de ciertos parámetros, particularmente de la tensión de polarización aplicada al drenaje, de la temperatura y de la tecnología interna del componente, se pueden reunir las condiciones para que se produzca un fenómeno de ionización por impacto localizado inicialmente en la unión cajón-drenaje (fuertemente polarizada a la inversa) y permitir la amplificación y el mantenimiento de la corriente parásita de la estructura bipolar parásita fuente-cajón-drenaje. La amplificación de la corriente parásita provoca, en general en ausencia de protección, la destrucción del componente.

Este ejemplo muestra que el fenómeno SEB se desencadena bien por la acción acoplada de dos fenómenos: la puesta en acción de una estructura parásita y la amplificación-mantenimiento de la corriente parásita.

La naturaleza física del fenómeno de amplificación y/o de mantenimiento de la corriente parásita inicial varía según los tipos de efectos de las radiaciones y los tipos de componentes. En el caso del fenómeno SEB, se trata de una amplificación-mantenimiento de la corriente debido a la ionización por impacto. En el caso del fenómeno SEL, para las tecnologías CMOS, la amplificación-mantenimiento de corriente se hace por puesta en acción de una estructura bipolar parásita acoplada a la primera, y las consecuencias son o transitorias o permanentes o destructivas.

Actualmente, no existe dispositivo que permita medir la tensión de polarización, u otras características de utilización, frecuencia, temperatura, presión, valor de campo magnético, u otras, por debajo de las cuales un componente no pueda ya ser sometido a tales puestas en acción parásitas.

El objeto de la invención consiste en remediar este problema proponiendo utilizar un sistema basado en un láser, de preferencia por impulsos, que permite poner en evidencia, por una parte, si un componente electrónico es intrínsecamente sensible a los fallos que ponen en juego fenómenos de creación de corrientes parásitas así como de amplificación y/o de mantenimiento y, por otra parte, de identificar y de cuantificar la sensibilidad de este componente a estos mismos efectos cuando se modifican las condiciones de utilización del componente. En este sentido, la invención permite definir las buenas condiciones de utilización. Estas buenas condiciones de utilización, si son respetadas, minimizan la probabilidad de aparición de tales fallos en caso de interacciones energéticas, en particular las debidas al ambiente radiactivo natural.

Si sus propiedades... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas en un componente electrónico (1) , en el cual,

- se pone en servicio (6, 11, 19) el componente electrónico,

- se excita (12) el componente electrónico puesto así en servicio con la ayuda (13) de un rayo (14) de láser,

- se mide (24) un defecto de funcionamiento del componente electrónico puesto en servicio, correspondiente a un valor de esta excitación,

caracterizado porque

- se cambian (26) condiciones de utilización del componente, dicho de otro modo, de polarización drenajefuente del componente, y/o de señales de entrada y/o de señales de mando y/o de frecuencia y/o de temperatura y/o de carga en la salida,

- se mide (figura 6) , a título de característica, condiciones cambiadas de utilización para las cuales el componente deja aparecer o no un defecto de funcionamiento por un fenómeno de puesta en acción.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque

- un límite de la condición así cambiada representa una condición límite en el caso de interacciones energéticas.

3. Procedimiento según una de las reivindicación 1 a 2, caracterizado porque

- los fenómenos de puesta en acción estudiados son los de la SEB o del SEL o del microlatchup o del SES o de cualquier otro fenómeno que ponga en juego la puesta en acción de una estructura bipolar parásita acoplada a un mecanismo de mantenimiento y/o de amplificación de la corriente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque

- se abre una ventana (15) en un soporte o una protección (5) de la placa del componente,

- se excita el componente por una cara de la placa (2) de ese componente.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

- se focaliza el rayo de láser a diferentes profundidades en el componente, de preferencia para una localización del interés.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque

- se protege (28, 30) el componente durante esta excitación,

- de preferencia, la protección comprende la puesta en posición de un circuito de protección en un circuito de polarización del componente.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque

- se establece una carta (figura 5) de localización de interés en el componente en el que estas interacciones son las más fuertes.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque

- se hace variar, de preferencia por pasos, una potencia del láser.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque

- la energía del fotón de láser de la fuente de láser es superior al valor de la banda prohibida del componente semiconductor.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque

- para una posición de interés, la focalización del haz de láser es ajustada a un valor de energía mínima de

manera que se identifique la posición para la cual el componente presenta una sensibilidad máxima frente a un impulso de láser,

- para una energía de láser superior a esta energía mínima, se modifica uno de los parámetros de condición

de utilización del componente de manera que se detecte el umbral de este parámetro más allá del cual se dispara el 5 fallo.