碲镉汞红外探测器组件长期可靠性研究

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对于空间应用的碲镉汞红外探测器组件,寿命试验是一种很重要的可靠性试验方法,寿命试验数据的统计分析结果可作为可靠性预测、制定筛选条件和改进质量的依据,因此开展对碲镉汞红外探测器组件的长期寿命试验具有十分重要意义。   在长期工作寿命试验方面,电子产品均可按照定数截尾方法进行。虽然这种试验方法已广泛应用于各种军用电子元器件的工作寿命评估,但对于碲镉汞红外探测器组件,该试验进行的还不够充分,没有形成严格的标准,其主要原因是缺乏自动化程度高、黑体测试操作简便的设备。因此研制出适用于碲镉汞红外探测器组件的长期寿命试验设备显得非常必要和紧迫。   论文中首先介绍了一种自主研制的20工位碲镉汞红外探测组件长期寿命试验自动化设备,该设备主要包括真空系统、低温系统、测试系统;其次,针对碲镉汞红外组件的长期贮存可靠性问题,开展了对组件的失效模式和失效机理的初步研究,并得出了一些统计规律。   其中,在针对碲镉汞红外组件的长期工作寿命试验设备的研制方面,本文做了以下工作:   1、针对碲镉汞红外组件的长期工作寿命试验的要求,本文通过真空结构理论计算和计算机3D建模,对设备进行了结构设计,在此基础上完成了设备的研制,并投入试运行,其空载真空度可达2.4×10-5Pa,满足设计指标,可达到碲镉汞组件长期寿命试验的要求;   2、针对于长期寿命试验设备的自动控制要求,本文进行了以可编程逻辑控制器(PLC)作为控制中心的硬件集成,提出了自主设计的真空排气算法和低温维持算法。在控制系统的硬件、软件设计完成后,对该控制系统进行仿真和调试。调试和仿真结果显示,该系统实现了PLC集中采集所有现场数据、分子泵控制、温控仪器控制、自动输液控制、自动排气控制等功能,其自动控制的真空和温度等参数可满足寿命试验的要求。   3、针对长期寿命试验设备的自动测试要求,本文提出了一种20×54通道电阻自动测试的解决方案,设计了一种高可靠的多路复用阻值测试系统。为实现多通道的阻值测试,设计了多路复用开关阵列,并采用单片机自动控制开关切换。采用LABVIEW编写了20×54通道阻值自动测试软件,最后对该20×54通道阻值自动测试系统进行了试运行,试运行结果表明,测试系统的电阻测量值波动小于0.15Ω,可以满足碲镉汞红外探测器组件自动测试要求。   针对碲镉汞红外组件长期贮存可靠性的研究方面,本文做了以下工作:   进行了三个批次的探测器组件长期贮存试验,对组件的失效模式和失效机理进行了初步研究,得出了一些统计规律。统计发现:1、贮存过程中组件失效比例大,约占总的试验组件比例的50%;2、失效比例与批次无关,与光敏元有关,1到8元中,3元和4元贮存稳定性最差。3、光敏元失效模式有四种,分别为芯片开路、芯片的噪声增大同时信号减小、芯片的信号减小、芯片室温阻值正常而低温开路;4、在芯片的噪声增大同时信号减小的模式下,失效芯片钝化膜表面无腐蚀迹象。长期贮存试验得到的统计结果将有助于改进器件设计和工艺。
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