婁光楠　王成剛　解一文　東海杰

【摘 要】紅外焦平面探測組件是軍事偵察、預(yù)警衛(wèi)星等航天遙感儀器的核心組件，其應(yīng)用環(huán)境特殊且出現(xiàn)故障無法修復(fù)，這就對航天用探測器組件提出了高可靠、長壽命的實際要求。探測器芯片作為探測器組件的重要組成部分，其工作壽命直接影響探測器組件的工作壽命。本文對航天用探測器組件的工作環(huán)境、失效模式進(jìn)行了分析，找到導(dǎo)致失效的應(yīng)力，并結(jié)合工作剖面，給出壽命考核方法，以供探討。

【關(guān)鍵詞】探測器芯片;失效;工作壽命

中圖分類號： TN407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0031-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.012

0 引言

航天用紅外探測器是非常具挑戰(zhàn)性和引領(lǐng)性的高科技產(chǎn)品，積極探索和研制“看得更遠(yuǎn)、看得更廣、看得更清、壽命更長”的紅外探測器是用戶對產(chǎn)品應(yīng)用的迫切需求，也是增強我國經(jīng)濟實力、科技實力乃至綜合國力的重要舉措[1]。

紅外探測器的制造規(guī)模由單元、多元、線列向凝視焦平面成像器件發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件數(shù)量增多，芯片尺寸增大，而航天系統(tǒng)對探測器的要求依然是高可靠，長壽命[2]。當(dāng)前紅外探測器組件由探測器芯片、杜瓦、制冷機三個主要部件組成，每個部件失效都會導(dǎo)致組件不能正常工作。進(jìn)入工作階段后，杜瓦無需再保持探測器組件內(nèi)部真空環(huán)境，因此在工作階段，探測器組件的壽命取決于探測器芯片和制冷機。本文僅針對探測器芯片的工作壽命考核方法進(jìn)行研究。

1 失效分析

探測器組件芯片失效分析結(jié)果見表1。

互連結(jié)構(gòu)疲勞失效：紅外焦平面陣列采用In柱法通過倒裝焊工藝將讀出電路與探測器互連。這是形成紅外焦平面器件的重要環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)的主要失效模式表現(xiàn)為：碲鎘汞芯片與讀出電路芯片互連后，經(jīng)過多次開關(guān)機后盲元逐步增加，性能均勻性下降。與寶石框架的熱失配對互連銦柱造成較大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致經(jīng)過多次溫度沖擊后盲元增多而失效。

性能退化：探測器芯片在工作過程中需要一直通電，隨著制冷機升降溫，還需要進(jìn)行多次的加斷電，電應(yīng)力對芯片的性能及壽命也會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致芯片性能退化，盲元數(shù)量增加，無法滿足航天應(yīng)用的要求。

經(jīng)過上述分析可以看出，影響探測器芯片壽命的主要是溫度應(yīng)力和電應(yīng)力，因此探測器芯片的壽命考核方法中也將是施加此兩種應(yīng)力。

2 確定要求

2.1 工作剖面

根據(jù)以往用戶對探測器芯片的要求，通常包括開關(guān)機次數(shù)、加斷電次數(shù)及連續(xù)工作時間（即累計通電時間），本文中的壽命方案也圍繞這三個指標(biāo)制定。探測器芯片工作剖面如表2。

2.2 受試產(chǎn)品

探測器芯片工作壽命分為三部分：一是組件在地面測試聯(lián)調(diào)及在軌運行中需要開關(guān)機N開關(guān)機次;二是組件在地面測試聯(lián)調(diào)及在軌運行中需要探測器加斷電N加斷電次;三是組件探測器累計工作需要T通電小時。受試產(chǎn)品為性能滿足要求的并經(jīng)過環(huán)境應(yīng)力篩選，剔除早期失效的，使得參與試驗的樣品達(dá)到接近偶然失效期的水平。試驗中將把加斷電次數(shù)、累計工作時間結(jié)合起來開展。

3 詳細(xì)方案

探測器芯片工作時的主要失效機理為溫度沖擊下的疲勞及電應(yīng)力下的性能退化，因造成盲元增加的失效機理不同，故需分別進(jìn)行溫度沖擊試驗和通電兩個試驗。

4 結(jié)論

航天用探測器組件要求工作壽命長，為證明滿足用戶要求，通常考核時間也較長，本文提出的壽命考核方法可通過增加試驗樣本的方式縮短試驗時間，但應(yīng)保證試驗樣本為同工藝、同批次產(chǎn)品，使得試驗樣本具有較高的一致性，從而保證試驗結(jié)果的正確性和真實性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龔海梅，邵秀梅，李向陽，李言謹(jǐn)，張永剛，張燕，劉大福，王小坤，李雪，方家熊.航天現(xiàn)金紅外探測器組建技術(shù)及應(yīng)用[J].紅外與激光工程，2012年12月，Vol.41 No.12：3129-3140.

[2]崔軍生，賈衛(wèi)民.紅外探測器工作壽命的影響分析[J].航空兵器，2011年10月，No.5：39-42.

[3]GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗收試驗.