ВОЗДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ

February 17, 2013 by admin Комментировать »

Ахрамович Л. Н., Грибский М. П., Григорьев Е. В., Зуев С. Д., Старостенко В. В. Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского пр. Вернадського, 4, г. Симферополь, 95007, Украина e-mail: starostenko@crimea.com Чурюмов Г. И.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, 61166, Украина e-mail: churyumov@kture. kharkov. ua Борисов A. Д., Петров А. М.

ФГУП 22 ЦНИИ Минобороны России e-mail: starostenko@crimea.com

Аннотация – Описана методика экспериментальных исследований по непосредственному воздействию импульсных электромагнитных полей на современные микросхемы памяти. Приводятся пороговые значения полей, при которых начинаются сбои в работе микросхем, деградаци- онные явления в микроструктурных элементах кристалла и катастрофический отказ микросхем.

I.                                       Введение

В [1 – 4] приведены основные результаты исследований по воздействию мощных импульсных электромагнитных полей (ИЭМП) на микросхемы 140, 155, 174, 315, 555, 559, 561 и 564 серий. При воздействии электромагнитных полей основными являются сведения о пороговых значениях напряженности электрической компоненты поля, при которых начинаются сбои в работе, деградационные явления в микроструктурных элементах кристалла и катастрофический отказ микросхем. Пороговые значения полей в значительной степени зависят от взаимной ориентации микросхем (ИМС) и поля, поскольку именно поляризационный фактор определяет величины дополнительных напряжений, приложенных к микроструктурным элементам кристалла микросхем [1 – 4].

Исследования по воздействию ИЭМП на микросхемы [1 – 4] позволили выявить основные закономерности процессов в микроструктурных элементах микросхем, связать параметры полей и микросхем с результатом воздействия. Современные микросхемы отличаются от тех, для которых были проведены исследования по воздействию электромагнитного излучения, по используемым материалам, технологии изготовления, степени интеграции, наличию защиты ОТ электростатического разряда и т. д.

Представляют интерес исследования по воздействию ИЭМП на современные микросхемы памяти и их микроструктурные элементы. Целью данной работы является исследование связи параметров электромагнитных полей и характеристик микросхем с пороговыми значениями полей, определяющих функциональное состояние микросхем.

II.                              Основная часть

Исследование воздействия электромагнитных полей на микросхемы осуществлялось в волноводе прямоугольного поперечного сечения 34×72 мм. В качестве источника полей был взят магнетрон МИ- 387, генерирующий радиоимпульсы длительностью

порядка 1мкс, скважностью 10^, мощностью P<28kW, средней мощностью =3W, на частоте f = 3050 MHz. Количество импульсов от 1 до 10 или время работы магнетрона (до 30 мин.) задавалось С помощью специально изготовленного электронного блока управления в модуляторе [1]. Установка также включала в себя: вентиль, аттенюатор, измерительную секцию для исследования непосредственного воздействия полей на микросхемы. Направленный ответвитель, детекторная секция и осциллограф позволяли контролировать работоспособность установки и характеристики полей, прошедшая мощность измерялась калориметрическим ваттметром. Значения мощности и напряженности электрической компоненты падающей волны находились по СНЯТЫМ для исследуемых микросхем зависимостям коэффициента стоячей волны и ослабления (панорамный измеритель коэффициента стоячей волны и ослабления – Р2-56) и значениям мощности прошедшей волны [1].

Рис. 1. Фразмент прожога контактной площадки и проводящих дорожек (микросхема 27C256-20FA).

Fig. 1. The fragment of bumed contact platform and conducting track (the microcircuit 27C256-20FA)

Интегральные микросхемы памяти 24C04 (фирма Atmel) С размером кристалла 1,8×1,8мм и 27С256- 20FA (фирма Intel) с размером кристалла 4,5×4,8мм фиксировались в пенопластовой вставке в 2-х основных положениях в измерительной секции. В первом положении (ориентация а) грань кристалла с микроструктурными элементами перпендикулярна

вектору напряженности Е воздействующего поля, во втором положении (ориентация б) – параллельна.

При исследованиях микросхем 27C256-20FA установлено, ЧТО в ориентации б сбои при записи и считывании происходили при значениях напряжённости электрической компоненты ИЭМП порядка 0,2-0,5кВ/м, а в ориентации а – при 10-12кВ/м, катастрофические отказы микросхем в ориентациях б фиксировались при воздействии поля с напряженностью 80 – 90 кВ/м.

Проведённый анализ кристаллов позволил выявить основные виды отказов микросхем памяти: основной причиной отказов микросхем при воздействии электромагнитных полей является прожог металлизации – 90 %. В свою очередь, 48 % отказов микросхем при воздействии полей имело место вследствие прожога контактных площадок и 42 % – вследствие прожога токопроводящих дорожек (рис. 1).

Экспериментальные исследования показали, что пороговые значения полей, при которых наступает катастрофический отказ ИМС в ориентации б, соответствуют табличным, полученным исходя из результатов работы [4]. Ниже, в таблице, приведены значения пороговых напряжённостей полей (кВ/м) для микросхем с кристаллами LxL мм и толщиной металлизации А(мкм) при воздействии одиночного радиоимпульса, прямоугольной формы, длительностью 1мкс.

Табл. 1. Пороговые значения полей отказов ИМС

Table 1. The IMC damage field intensity threshold values

L, MM\ □ ,MKM

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

200

300

380

550

700

2

100

150

190

275

350

3

67

100

126

163

233

4

50

75

95

138

175

5

40

60

76

110

140

6

33

50

63

91

116

7

29

45

54

79

100

8

25

37

47

69

87

10

20

30

38

55

70

В ориентации a значения пороговых напряженностей полей на порядок и более выше, чем в ориентациях б.

III.                                  Заключение

Стойкость микросхем при воздействии электромагнитных полей определяется напряженностью поля, поляризационным фактором и такими параметрами микросхем, как геометрические размеры кристалла и толщина металлизации. Экспериментальные исследования позволили определить пороговые значения напряженности полей, при которых начинаются сбои в работе, деградационные явления в микроструктурных элементах, катастрофические отказы современных микросхем памяти. [Развитая ранее авторами теория, позволяет количественно определять соответствующие пороговые значения воздействующего фактора.

IV.                           Список литературы

[1]  Старостенко В. В., Таран Е. П., Гоигорьев Е. В., Борисов А. А. Воздействие электромагнитных полей на интегральные микросхемы // Измерительная техника. – Москва. -1998. – № 4.-С.65-67.

[2]  Гоигорьев Е. В., МалишевскиО С. В., Старостенко В. В., Таран Е. П. Влияние поляризации электромагнитной волны на соотношение между волнами при воздействии на интегральные микросхемы// Радиоэлектроника и информатика. – 2002.- № 2.- С.19 – 21.

[3]  Гоигорьев Е. В., МалишевскиО С. В., Старостенко В. В., Таран Е. П. Механизмы воздействия электромагнитных полей на интегральные микросхемы // Радиоэлектроника и информатика. – 2002. – № 3. – С.107 – 110.

[4]  Ахрамович Л. Н., Зуев С. А., Старостенко В. В., Таран Е. П., Чурюмов Г. И. Влияние толщины металлизации на стойкость интегральных микросхем при воздействии электромагнитных полей // Прикладная радиоэлектроника. – 2003. – Т.2, № 1. – С.88 – 92.

INFLUENCE OF PULSED ELECTROMAGNETIC FIELDS UPON INTEGRAL MEMORY MICROCIRCUIT

Ahramovich L. N., Gribsl<i M. P., Grigoriev E. V., Zuev S. A., Starostenl<o V. V.

Vernadsky Tavrical National University Vernadski, 4, Simferopol, 95007, Ukraine e-mail: starostenko@crimea.com

Churyumov G. I.

Harkiv National University of radio electronics 14, Lenin Str., Harkiv, 61166, Ukraine e-mail: churyumov@kture. kharkov. ua Borisov A. A., Petrov A. M.

PGUP 22 CSII Department of Military of Russia e-mail: starostenko@crimea. com

Abstract – The experimental study method of the direct influence by pulsed electromagnetic fields on modern microcircuits of the memories is described. The field values, under which the malfunction in the microcircuits working and degradation phenomena in microstructures element of the crystal and discharge of the microcircuits begin, are obtained.

I.                                        Introduction

Experimental studies of influence by pulsed electromagnetic fields (PEMF) on low-level microcircuit of the integrations [1-4] have allowed defining the main regularities [1] and the theoretical model of the influence lEMP on microcircuits is developed. The studies of PEMF influence on modern memories microcircuits are very interesting.

II.                                       Main Part

The experimental studies of PEMF influence upon microcircuits were conducted in a waveguide. Were subjected to the influence of the microcircuit 24C04 (Atmel company) and 27C256-20FA (Intel company). As a source of PEMF the magnetron MI-387 is used. It is generating the radio waves pulses

with 1μ« duration, off-duty factor lo"*, power P<28kW, and

average power Ра„ = 3 W , at frequency f = 3050 MHz .

The experimental studies have validated the models of the PEMF interaction with a microcircuit. Obtained results correspond with theoretical ones and provided in Table 1. The main reason of the integral microcircuits damages at influence PEMF is burning of metallic contact platforms. Fragment of the damaged microcircuit is presented on Fig.1.

III.                                      Conclusion

stability of the microcircuits at influence of an electromagnetic field is defined by the field intensity, by polarization factor and by such parameters of the microcircuits as geometric sizes of the crystal and metallization thickness. The experimental investigations have allowed defining the threshold values of the field intensity under which the malfunction in work, degradation phenomena in microstructures elements, damages of the modern memories microcircuits begin.

The theory advanced by authors earlier, allows determining the appropriate threshold values of influencing factor quantitatively.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты