0 引言

双极结型晶体管 （BJT:Bipolar Junction Transistor）被广泛地应用于海军各个电子系统之中。同时，海军贮存和使用BJT都是在海洋环境中，我国海洋环境的特点是高温、高湿和盐雾浓度大，会加速BJT的腐蚀和老化，使晶体管出现反向漏电流变大，电流放大系数不稳定等问题。这便对BJT的可靠性提出了较高的要求。

目前，国外的相关研究主要有:长贮器件的可靠性分析 [1]、电磁波对数字电子器件的影响 [2]等；国内的相关研究主要有:对贮存寿命评估方法的研究 [3-4]，本实验室曾对长贮器件的参数变化[5]、现场贮存的BJT的可靠性 [6]和晶体管加速寿命试验等 [7]进行了研究。以上这些研究虽对存储器件的寿命进行了分析和讨论，但未对贮存在不同海域的晶体管的寿命差异及产生这种差异的原因进行分析。

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于是今天会陷入一个悖论：知道得更多好，还是稍稍闭塞更好?是尽可能地回避，还是要勇敢地投入?不知道。不过我们大致可以明白，雨果等人并没有亲临一个数字时代，如果他走进了这个时代，也一定会为信息轰炸而恐惧的——说不定他要逃得更快。

电子设备系统要求其具有可长期贮存、随时可用和能用的性能，因此对晶体管提出了长期存储的可靠性要求 [8-9]。由于我国海岸线较长，所以不同海域的环境有所差异。为了保证所选沿海区域可以代表我国大部分海域环境，本文主要选取了旅顺、舟山和湛江3个地区长期贮存的BJT为研究对象，对其直流放大倍数hFE、饱和压降Vcsat和漏电流Icbo等进行测试，并以这些电学参数为指标分析其寿命情况。

1 实验过程及结果

试验样品主要为贮存在旅顺、舟山的3CK9D与3DK104A的BJT各40只，以及贮存在湛江的3DK4C （20只）、3DK105B （100只）。 从上述试验样品中随机抽取5只以确保实验测量数据具有普遍性而非个例，并对其直流放大倍数hFE、饱和压降Vcsat和漏电流Icbo等进行测试。实验样品约半年测试一次，实验数据通过KEITHLEY-4200测得，测试环境温度为25℃，测试过程中通过屏蔽壳来屏蔽周围电磁对测试样品的干扰。本文主要对3DK104A和3DK105B样品进行分析。

从图1中可知，贮存在旅顺的3DK104A的hFE平均下降3.91%，其中，样品17的hFE下降最大，为4.84%，样品3的hFE下降最小，为2.67%；贮存在舟山的3DK104A的hFE平均下降1.71%，其中，样品14的hFE下降最大，为2.15%，样品17的hFE下降最小，为1.26%；贮存在湛江的3DK105B的hFE平均下降3.72%，其中，样品28的hFE下降最大，为6.32%，样品35的hFE下降最小，为2.07%。

图1 hFE随贮存时间的变化曲线图

对贮存在旅顺、舟山和湛江3个海域的晶体管极管进行测试，绘制各个参数随贮存时间的变化曲线图，所得到的结果如图1-5所示。

图2 Vcsat随着贮存时间的变化曲线

从图1-5的参数变化曲线中可以看出，饱和压降Vcsat与漏电流Icbo等参数随贮存时间的变化情况无明显的规律，而直流放大倍数hFE随着贮存时间的变化基本成线性变化。因而选择hFE作为判断器件是否失效的敏感参数。失效判据为器件电流放大倍数hFE的变化超过初始值的20%，或试验后电流放大倍数hFE的值超出样品规定的极限值。通过测试发现，贮存在旅顺、舟山、湛江3地的BJT在最后一次测试截止时均还未发生失效，所以为了得知BJT的寿命，对hFE随时间变化的曲线进行拟合分析。

图3 BJT的Ibeo随贮存时间变化的曲线

图4 BJT的Icbo随贮存时间变化的曲线

图5 BJT的Iceo随贮存时间变化的曲线

该曲线的拟合公式为:

2 分析与讨论

从图2中可知，贮存在旅顺的3DK104A的饱和压降Vcsat随着贮存时间呈现上升趋势，并且平均上升18.4%，样品13上升的饱和压降Vcsat最大，为29.9%，样品40上升的饱和压降最小，为18.4%；贮存在舟山的3DK104A的饱和压降Vcsat随着贮存时间呈现上升趋势，并且平均上升了1.32倍，样品29的饱和压降Vcsat最大，上升了1.72倍，样品21的饱和压降最小，上升了0.99倍；贮存在湛江的3DK105B的饱和压降Vcsat随着贮存时间也呈上升趋势，并且平均上升54.2%，样品25的饱和压降Vcsat最大，上升了1.09倍，样品55的饱和压降最小，上升1.37%。

从表1中可知，贮存在旅顺的3DK104A的最低寿命约为1.0×105h（约11年），最高可达2.5×105h（28.5年）；贮存在舟山的3DK104A的最低寿命为2.4×105h （约 27年）， 最高可达 5.0×105h （57年）；贮存在湛江的3DK105B的最低寿命为9.3×104h（约10.6年），最高可达2.1×105h（约23.9年）。

由图3-5可知，测试的晶体管的Ibeo、Icbo和Iceo的数据由于数量级过小 （10-10A左右），所以可视为无明显的变化。

式（2）中:hFE0——BJT所测得的初始值。

从上述数据可知，贮存在舟山的晶体管的寿命最长，贮存在旅顺的晶体管的寿命最短，这是由于不同海域的环境条件不同所导致的。各个海域的环境条件如表2所示。

表1 仓储试验样品的寿命外推结果

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图6 贮存在旅顺的3DK104A的hFE拟合曲线

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根据公式 （2）可求得各个BJT的外推寿命。仓储实验样品的寿命外推结果如表1所示。

进一步，通过提取第24次迭代的优化结果，导入UG软件进行钢板的重新设计，获得RP最终设计模型，由此作者计算4组钢板模型的体积进行组间比较（图5）。其中，FP体积最大，第24次迭代优化得到的未加工处理的模型体积最小，略低于SP的体积，而以此为参考经过重设计后的RP则比SP体积略高出2.8%。

肾上腺素是α-受体激动剂，增大周围血管阻力，减轻水肿，同时兴奋β2-受体缓解支气管痉挛，增加心肌收缩力，抑制炎症介质白三烯等释放，是严重过敏反应的一线用药[7，8]。本例患者注射苯磺酸顺式阿曲库铵后发生过敏反应，加快静脉输液，同时保持气道通畅，立即给予肾上腺素30-50μg静脉注射，必要时重复应用，并持续静脉输注0.05-0.4μg/kg·min，30min 后症状逐渐缓解， 术毕停用肾上腺素，生命体征平稳。

表2 旅顺、舟山、湛江3个海域环境的基本情况

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从表1中的数据可知，贮存在湛江的晶体管的寿命要略长于贮存在旅顺的晶体管；由表2可知，太阳辐射使得贮存在舟山、湛江、旅顺的晶体管的寿命依次变低。对比3个地区的环境条件可知，旅顺温差最大，湛江温差最小，且旅顺的最低温度达到了-20℃。由于旅顺的贮存温度更低，超出该器件的额定贮藏温度范围 （-10～35℃），所以严重地影响了晶体管的贮存寿命，导致了贮存在旅顺的晶体管的寿命最短。

综上所述，太阳辐射最大强度和年辐射总量对晶体管寿命的影响所占的比例最大。在规定的贮存温度范围内，贮存温度越低器件的寿命越长，但若超出规定的贮存温度，则将严重地影响器件的寿命。由文献 [10-13]可知，温度变化会加速材料老化；高温高湿会加剧湿气的渗透速度，加剧材料的锈蚀程度以及盐雾对材料的锈蚀程度；湿度会减弱盐雾的影响，但对材料的侵蚀作用无影响。因此，盐雾、温度和湿度这几种影响因素会相互作用共同对晶体管的寿命产生影响。在贮存过程中需要综合考虑，不能以其中的某一单一条件作为衡量晶体管寿命的指标。因此本文得出以下结论:在预测沿海仓储条件下的晶体管的寿命时，需关注的最重要因素是太阳辐射最大强度和年辐射总量；并且在贮存过程中应注意贮存温度应始终保持在规定的温度范围内，且贮存温度越低，晶体管的寿命越长；而盐雾浓度和湿度则对晶体管的寿命表现出相互作用的影响。

图6 仓储晶体管实例

在沿海长时间仓储后，受到潮湿、高温、光照辐射和盐雾等因素的影响，在晶体管的表面会有明显的腐蚀痕迹。若腐蚀进入芯片内部，则器件的寿命可能比表1外推出的寿命更短，通过文献 [14]中加速退化晶体管的寿命可知，3DK105B在温度为15～25℃、相对湿度为25%RH～65%RH的贮存条件下，其贮存寿命可达到105～107h。该加速寿命试验所得到的结果与实际沿海仓储条件下晶体管的寿命结果大致相符，可证明实验室加速寿命试验具有一定的准确性。

3 结束语

本文通过对贮存在旅顺、舟山和湛江的晶体管进行测试及分析，外推出了实际沿海仓储条件下晶体管的寿命。贮存在旅顺、舟山和湛江的晶体管的平均寿命分别为 1.4×105h(15.9年)、 2.8×105h（31.9年）、1.5×105h（约17年）。通过分析试验得到的相关数据，可以证明太阳辐射最大强度和年辐射总量对晶体管的寿命的影响远大于其他因素，对晶体管的贮存寿命起决定性的影响；在规定的贮存温度范围内，晶体管的寿命随贮存温度的升高而减小，当贮存温度超过规定的贮存温度范围时，寿命大幅度地下降；而盐雾浓度和湿度则相互制约并共同对晶体管的寿命造成影响。

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