人们所关心的另一个绝缘额定电压为工作电压 (VIORM)，或连续运行电压。这种额定电压意味着，如果其运行在施加于输入端和输出端之间的电压下，那么该产品在整个使用寿命中均保留了其绝缘特性。通常，半导体产品的最短使用寿命为 10 年。

      3、ISO72x 器件的描述

      ISO72x 系列产品由一个被高阻抗隔离层分离的输入和输出半导体器件组成，而设计该高阻抗隔离层的目的是用于电子信号在该隔离层上的传输。ISO72x 使用容性耦合以实现在隔离层上传输信号，同时保持与输入相关的输出端隔离。该电容器介电层为半导体级二氧化硅，并且为隔离层。如图 1 所示，该电容器构建在一个由镀铜组成的顶板 (top plate)，以及一个由掺杂硅基板制造而成的底板之上。顶板 BCB（苯并环丁烯）自旋对介电质的钝化增强了这种绝缘特性。

      4、建模和测试方法

      4、1 介电层击穿的 TDDB E－模型

      经时击穿 (TDDB) 是介电材料（如二氧化硅 (SiO2)）的一种重要的失效模式。E－模型 (1) 是一种人们最为广泛接受和使用的电容器击穿模型，并且可以被用于所有介电层厚度 (2)。这种 E－模型不仅仅是一种现象 (3)，而且还具有物理退化机制 (4)理论基础。E－模型被视为所有文献 (5) 中所有模型中最为可靠的一种。更为复杂的系统（例如本文中讨论的系统）可能会有多种失效模式或者退化机制；每一种模式均可以通过其各自的 E－模型被建模。所有这些介电层退化率之和将会决定失效的总时间。

      电容器将为所有的隔离器件的输入至输出建模。电容器介电层厚度和材料类型会因产品的不同而不同。在 ISO72x 系列产品中，这种电容器是有源电路的组成部分，而并非是光学耦合器或电感/磁耦合器件情况中寄生电路的一部分。

      使用寿命预测是通过一系列加速应力 TDDB 测试来完成的。依照 E－模型，失效时间 (TF) 与电场相关，如方程式 1 所示。

      其中，Ho 为氧化物击穿的热函（被称为活化能），Eox 为隔离层的电场，其由隔离层厚度外加应力电压 (VS) 的比率得出，kb 为波尔兹曼 (Boltzmann) 常数，而 则为场加速参数。该数据是在?150℃ 最坏运行条件下得出的，以避免进行温度修正。由于 VS 与 Eox 成比例关系，且不必解决温度加速问题，因此可以使用一个简化模型（如方程式 2 所示），与此相对，只有 TF 加速完全应用了较高电压 VS。

      其中，M（电压加速参数）为一个与 ?成比例关系的常数。因此，通过使用方程式 2，E－模型预测其为指数关系，或者，如果使用对数标尺将 TF 绘制在 Y 轴上，并使用线性刻度将 VS 绘制在 X 轴上，那么该关系看起来为线性图。既然这样，M 就为该条线的斜率。

      将该条线外推至工作电压 (VIORM)，以实现使用寿命预测，而且通常非常可靠。这是通过运用比工作电压更高的电压进行加速测试的一个结果。该较高电压将激活其他导致明显背离于 E－模型的介电层退化模式。低压条件下可能为非激活状态的其他模式往往会降低这种斜率，从而导致较低的设计 TF。

      4、2 测试方法

      一般而言，我们通常研究的是晶圆级半导体的使用寿命。但是，由于涉及电压，并且为了获得更为精确的产品失效模式分析，本应用报告中采用了封装部件进行测试。该测试设置中，过孔、双列直插封装 (DIP) 生成了非人为数据；因此，DIP 部件生成了大多数数据点。小外形集成电路 (SOIC) 和 DIP 器件均被测试和分析，以确定相同失效模式被激活。图 2 显示了测试器件 (DUT) 的这种测试设置。

      在一个使用高压源的二端结构中，基本方法是从输入到 DUT 输出施加一个应力电压，同时将静态空气温度和环境空气温度均保持在 150℃。测试的开始激活了一个计时器，该计时器在电路电流超出 1mA 时停止，其意味着介电层已经失效。TF 因每一个应用测试电压而变得明显。在每一个测试电压上独立地完成对 DUT 的测试（每次测试一个 DUT），可获得有效的统计结果。

      5、结果

      5、1 TDDB E－模型预测

      使用一个线性威布尔 (Weibull)（6） 图对该原始数据进行统计分析，以测定最坏情况下的 TF；其在每一个测试电压上被向下外推至 10-ppm 水平。外推 TF (10 ppm) 被绘制了出来，与图 3 中的测试电压相对应。

      (6) 请参见参考书目 12，威布尔图更适用于诸如电容击穿等数据的分析

      通过利用图 3 中所绘制的 TDDB E－模式，表 2 总结了不同 VIORM (Vpeak) 值情况下的使用寿命预测。

      5、2 模型比较

      与 E－模式的使用不同，其它同类竞争产品通常使用一个与其数据相匹配的任意拟合 (fit)，其并非基于任何物理介电层退化模型。如图 4 中所示的功率拟合就是其中的一个实例。图 3 中使用的相同数据在此处被绘制出来，通过使用一条如图 4 所示的功率曲线产生出一条最佳拟合趋势线。正如我们能看到的那样，通过使用这种方法有望获得更长的使用寿命。将已发布的电感耦合器件的同类竞争产品数据（也是在 10-ppm 水平时的数据）包括在内，以进行对比。通过使用以年为单位的时间刻度来发布竞争产品数据；因此，图 4 中，将这些单位从年转换到秒，以进行比较。TI 优先选择 TDDB E－模式是因为这种模式较为可靠，而且与其他模式或者最佳数据拟合方法相比较，其可以带来高可信度的预测。

      6、结论