一种倒封装器件单粒子效应测试方法、系统、设备和介质

摘要

本发明涉及一种倒封装器件单粒子效应测试方法、系统、设备和介质，其包括以下步骤：基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值；基于确定倒封装器件的临界重离子射程值，计算待测试倒封装器件的临界射程下各LET值对应的离子种类与相应能量；基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到测试结果。本发明可以广泛应用于空间单粒子效应实验技术及评估技术领域。

权利要求

1.一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于包括以下步骤：

基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值；

基于确定倒封装器件的临界重离子射程值，计算待测试倒封装器件的临界射程下各LET值对应的离子种类与相应能量；

基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到测试结果；

其中，基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值，包括以下步骤：基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件临界重离子射程值与倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰的关系；

对空间离子LET谱及各重离子的Bragg峰进行分析，确定标准重离子Bragg峰值；

确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值。

2.如权利要求1所述的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于，所述倒封装器件的临界重离子射程值为倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰与倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth相同时，其Bragg峰对应的离子射程值之和。

3.如权利要求1所述的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于，所述标准重离子Bragg峰值为铁离子的Bragg峰对应的离子射程值。

4.如权利要求1所述的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于，所述确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值的方法，包括：测量倒封装器件的衬底厚度T0，并获得相同工艺下正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth；

基于获得的正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth，对倒封装器件的衬底厚度进行校正，得到倒封装器件的衬底厚度校正值；

基于倒封装器件的衬底厚度校正值和标准重离子Bragg值，计算倒封装器件的临界重离子射程值。

5.如权利要求4所述的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于，所述基于获得的正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth，对倒封装器件的衬底厚度进行校正，得到倒封装器件的衬底厚度校正值的方法，包括：2

若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth≤57MeV·cm/mg，则无需校正；

2

若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth＞57MeV·cm /mg，则将倒封装器件的衬底厚度进行减薄，使得倒封装器件减薄后的衬底厚度T1≤360μm。

6.如权利要求1所述的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其特征在于，所述基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果的方法，包括：在室温环境下，运行系统软件并对测试系统上电，检验倒封装器件的宏观直流电参数和读写功能的正常；

对倒封装器件初始化，通过测试系统在倒封装器件内写入待测数据图形码后，按照确定的离子种类和相应能量对倒封装器件进行重离子辐照测试；

在某一测试条件下，测试系统不断的循环读取倒封装器件存储阵列中的数据并与待测数据图形码实时比对，得到该测试条件下的单粒效应测试结果；

改变重离子的LET，重复上一步骤，获得倒封装器件完整单粒子翻转截面曲线。

7.一种倒封装器件单粒子效应测试系统，其特征在于，包括：

临界重离子射程值确定模块，用于基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值，具体包括：基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件临界重离子射程值与倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰的关系；对空间离子LET谱及各重离子的Bragg峰进行分析，确定标准重离子Bragg峰值；确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值；

重离子种类和能量确定模块，用于基于得到的倒封装器件的临界重离子射程值，计算倒封装器件的临界射程下各LET值对应的离子种类与相应能量；

测试模块，用于基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果。

8.一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现权利要求1到6任一项所述倒封装器件单粒子效应测试方法的步骤。

9.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现根据权利要求1到6任一项所述倒封装器件单粒子效应测试方法的步骤。

说明书

一种倒封装器件单粒子效应测试方法、系统、设备和介质

技术领域

[0001] 本发明属于空间单粒子效应实验技术及评估技术领域，具体涉及一种基于超高能重离子辐照技术的倒封装器件单粒子效应测试方法、系统、设备和介质。

背景技术

[0002] 28nm及以下先进工艺节点器件具有较高的集成密度以及工作频率，因此在航天微电子工程领域具有显著的应用价值。先进倒封装技术提供了密集的互连，突破了较高的电气性能和热性能，并且实现了芯片功率分配和地线分配新模式，因而倒封装技术已成为28nm及以下先进工艺节点器件的主流封装工艺。

[0003] 因此，为了筛选出符合抗辐照性能要求的倒封装宇航元器件产品，需要针对倒封装器件的结构特点建立相应的重离子辐照效应测试标准，以保障先进倒封装微电子器件在恶劣空间辐射环境下能够安全可靠的工作。

[0004] 然而，现有的重离子辐照单粒子效应测试标准是针对传统平面硅基半导体器件(以下简称平面器件)的结构特点而建立，其要求重离子辐照测试中所使用的重离子硅射程至少达到30μm，但该重离子辐照测试标准中所规定射程及测试技术方案并不适用于先进倒封装器件的评估测试要求，因此需要建立适用于先进倒封装器件重离子辐照效应测试评估需求的有效技术方案。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种倒封装器件单粒子效应测试方法、系统、设备和介质，该方法能够实现有效评估倒封装器件空间重离子单粒子效应敏感性的目标，推动我国28nm以及下先进倒封装宇航元器件加固技术和工程评估技术的发展，支撑我国高端核心倒封装宇航元器件加固技术的发展。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

[0007] 第一方面，本发明提供一种倒封装器件单粒子效应测试方法，其包括以下步骤：

[0008] 基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值；

[0009] 基于确定倒封装器件的临界重离子射程值，计算待测试倒封装器件的临界射程下各LET值对应的离子种类与相应能量；

[0010] 基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到测试结果。

[0011] 进一步，所述对重离子LET的演化规律进行分析，并确定倒封装器件的临界重离子射程值计算公式的方法，包括：

[0012] 基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件临界重离子射程值与倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰的关系；

[0013] 对空间离子LET谱及各重离子的Bragg峰进行分析，确定标准重离子Bragg峰值；

[0014] 确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值。

[0015] 进一步，所述倒封装器件的临界重离子射程值为倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰与倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth相同时，其Bragg峰对应的离子射程值之和。

[0016] 进一步，所述标准重离子Bragg峰值为铁离子的Bragg峰对应的离子射程值。

[0017] 进一步，所述确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值的方法，包括：

[0018] 测量倒封装器件的衬底厚度T0，并获得相同工艺下正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth；

[0019] 基于获得的正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth，对倒封装器件的衬底厚度进行校正，得到倒封装器件的衬底厚度校正值；

[0020] 基于倒封装器件的衬底厚度校正值和标准重离子Bragg值，计算倒封装器件的临界重离子射程值。

[0021] 进一步，所述基于获得的正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth，对倒封装器件的衬底厚度进行校正，得到倒封装器件的衬底厚度校正值的方法，包括：

[0022] 若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth≤57MeV·cm2/mg，则无需校正；

[0023] 若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth＞57MeV·cm2/mg，则将倒封装器件的衬底厚度进行减薄，使得倒封装器件减薄后的衬底厚度T1≤360μm。

[0024] 进一步，所述基于确定的离子种类与相应能量E，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果的方法，包括：

[0025] 在室温环境下，运行系统软件并对测试系统上电，检验倒封装器件的宏观直流电参数和读写功能的正常；

[0026] 对倒封装器件初始化，通过测试系统在倒封装器件内写入待测数据图形码后，按照确定的离子种类和相应能量E对倒封装器件进行重离子辐照测试；

[0027] 在某一测试条件下，测试系统不断的循环读取倒封装器件存储阵列中的数据并与待测数据图形码实时比对，得到该测试条件下的单粒效应测试结果；

[0028] 改变重离子的LET，重复上一步骤，获得倒封装器件完整单粒子翻转截面曲线。

[0029] 第二方面，本发明提供一种倒封装器件单粒子效应测试系统，其包括：

[0030] 临界重离子射程值确定模块，用于基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值；

[0031] 重离子种类和能量确定模块，用于基于得到的倒封装器件的临界重离子射程值，计算倒封装器件的临界射程下各LET值对应的离子种类与相应能量；

[0032] 测试模块，用于基于确定的离子种类与相应能量，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果。

[0033] 第三方面，本发明提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述倒封装器件单粒子效应测试方法的步骤。

[0034] 第四方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述倒封装器件单粒子效应测试方法的步骤。

[0035] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

[0036] 1、本发明通过分析不同能量重离子LET值在倒封装器件衬底中的演化物理规律及趋势，提出适用于先进倒封装器件的超高能重离子辐照测试方法，能够确保倒封装器件重离子单粒子效应测试在最劣辐照条件和最接近自然空间辐射环境的条件下开展评估测试，获得先进倒封装器件空间单粒子效应敏感性的关键参数，方法简单；

[0037] 2、本发明综合考虑空间银河宇宙射线的LET谱，以及重离子的Bragg峰参数随离子质量数的变化趋势，以铁离子Bragg峰的射程RBP‑Fe作为标准RBP计算倒封装器件重离子辐照临界射程，使得对倒封装器件重离子辐照单粒子效应测试更加实用，具有较好的普适性，解决了目前地面重离子辐照倒封装器件单粒子效应测试技术方案短缺的工程技术难题；

[0038] 因此，本发明可以广泛应用于空间单粒子效应实验技术及评估技术领域。

附图说明

[0039] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

[0040] 图1是倒封装器件的纵向结构示意图及重离子辐照测试示意图；

[0041] 图2是离子LET值随离子能量的变化趋势；

[0042] 图3是本发明实施例提供的倒封装器件单粒子效应测试方法流程图；

[0043] 图4是倒封装器件的纵向结构示意图，虚线区域表示倒封装器件的敏感区；

[0044] 图5是150μm、210μm、270μm离子射程下衬底厚度为188μm的倒封装器件单粒子翻转截面对比；

[0045] 图6是太阳活动最大和最小情况下地球同步轨道(GEO)轨道航天器经过2.54mm铝箔屏蔽之后的LET谱；

[0046] 图7是离子Bragg峰对应的LET(左轴)和射程(右轴)随着相应原子质量数增加的变化趋势；

[0047] 图8是以Fe离子的Bragg峰落在倒封装器件的敏感区底部作为射程标准时，敏感区2
底部LET为37，49和75MeV·cm/mg时对应的重离子；

[0048] 图9是本发明实施例提供的先进倒封装器件的衬底厚度修正方法流程图；

[0049] 图10是本发明实施例提供的基于超高能重离子辐照测试评估倒封装器件单粒子效应敏感性的技术方案流程图；

[0050] 图11a和图11b是单粒子翻转阈值为45MeV·cm2/mg和70MeV·cm2/mg时，两种临界射程计算方案下倒封装器件的单粒子翻转截面对比。

具体实施方式

[0051] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0052] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0053] 为更好地理解本发明，现对本发明的研究背景做进一步介绍。

[0054] 如图1所示，为倒封装器件结构及重离子辐照测试示意图。首先，由于平面器件通常采用的后道工艺区(BEOL)纵向垂直厚度一般小于10μm，因此30μm的重离子射程规定可以确保重离子穿透后道工艺区到达平面器件的电荷收集敏感区；但对于倒封装器件，30μm射程无法使重离子穿透倒封装器件750μm厚的衬底到达电荷收集敏感区。其次，由于平面器件的后道工艺区较薄，因此地面重离子加速器辐照测试平面器件重离子单粒子效应时，可以将平面器件表面能量LET0值视为平面器件电荷收集敏感区内的LETn。但对于先进倒封装器件，其电荷收集敏感区位于750μm厚的衬底之下，重离子需穿过衬底才能抵达电荷收集敏感区。而由于重离子能量会随其在半导体硅材料中穿透深度的增加而逐渐降低，因此倒封装器件的表面LET0与电荷收集敏感区内的LETn相差较大。

[0055] 如图2所示，在Bragg峰附近重离子LET(Liner Energy Transfer，线性能量传输，用于衡量重离子在靶材料中的单位距离沉积的能量大小)随离子能量的变化率较大。当重离子穿过倒封装器件的衬底到达电荷收集敏感区时，由于重离子损失了较多的能量，所以倒封装器件的表面LET0值与敏感区内LETn值之间将存在显著差异，因此无法将倒封装器件的表面LET0值视为电荷收集敏感区内的LETn。先进倒封装器件具有的结构特点，使现有重离子辐照单粒子效应测试技术方案及射程标准不再适用，这对先进倒封装宇航元器件的地面重离子辐照测试技术及工程考核方案提出了新的问题与挑战。因此迫切需要针对先进倒封装器件的结构特点，建立基于地面重离子加速器超高能重离子辐照测试的工程评估考核技术方案及标准。

[0056] 先进倒封装器件具有750μm厚衬底的结构特点，使得倒封装器件的单粒子翻转特性对不同能量(表面LET0相同)离子在穿过衬底后LET值的差异较为敏感。现有重离子单粒子效应测试技术方案及标准也不再适用倒封装器件，这对先进倒封装宇航元器件的地面重离子辐照测试技术及工程评估技术提出了新的问题与挑战。因此，需要分析最劣倒封装器件单粒子翻转截面背后的物理机制，并建立适用于倒封装器件重离子单粒子效应的有效测试评估技术方案。

[0057] 本发明以航天工程对微电子器件高安全冗余设计及最劣辐照测试条件等技术需求为出发点，通过分析不同能量重离子LET值在倒封装器件衬底中的演化物理规律及趋势，提出适用于先进倒封装器件的超高能重离子辐照测试技术方案。确保倒封装器件重离子单粒子效应测试在最劣辐照条件和最接近自然空间辐射环境的条件下开展评估测试，获得先进倒封装器件空间单粒子效应敏感性的关键参数：单粒子翻转阈值LETth，单粒子翻转饱和截面σsat。基于航天工程对微电子集成电路高安全裕度设计要求，进一步提出定量化评估先进倒封装器件重离子单粒子效应敏感性的测试技术方案，确保筛选出安全裕度最高的元器件产品保障航天器在轨工作寿命及可靠性。

[0058] 实施例1

[0059] 如图3所示，本实施例提供一种倒封装器件单粒子效应测试方法，包括以下步骤：

[0060] 1)基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值。

[0061] 1.1)基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件临界重离子射程值与倒封装器件的衬底厚度以及重离子的Bragg峰的关系。

[0062] 以最劣重离子辐照测试条件下获得的单粒子翻转敏感参数值为输入条件，预估宇航元器件在轨运行软错误率，才能筛选出安全系数最高的宇航加固元器件。单粒子翻转阈值LETth的大小决定了器件单粒子翻转曲线上升区的相对跨度，单粒子翻转饱和截面σsat的大小决定了器件敏感区的最大尺寸，这两个物理量是预估宇航元器件空间单粒子效应错误率的关键参数。因此，为了制定适用于先进倒封装器件的重离子辐照测试技术方案，首先应确定倒封装器件最劣单粒子翻转敏感性对应的单粒子翻转阈值LETth和单粒子翻转饱和截面σsat出现的物理条件及物理机制。

[0063] 如图4所示，为了获得最劣单粒子翻转截面曲线，进而提取最劣单粒子翻转敏感参数值，必须确保倒封装器件电荷收集敏感区底部的LETn值不小于表面的LET0。由于重离子在器件中穿透深度的增加导致重离子的能量逐渐降低，因此重离子的LET值将逐渐增大至最大值(Bragg峰)后迅速减小至零。基于重离子LET的演化规律，为获得完整的最劣单粒子翻转截面曲线，倒封装器件表面LET0与电荷收集敏感区底部的LETn值和单粒子翻转阈值LETth之间的大小关系应满足以下条件：

[0064]

[0065] 为了确保公式(1)在倒封装器件中始终满足适用条件，本发明提出了最大翻转截面出现的临界重离子射程值计算公式，即：

[0066] Rth＝T0+RBP      (2)

[0067] 其中，Rth表示重离子辐照测试中所使用的临界重离子射程值；T0表示倒封装器件的衬底厚度；RBP为当重离子的最大LET值(Bragg峰)与倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth相同时，其Bragg峰对应的离子射程值。

[0068] 基于上述重离子临界射程公式计算出的重离子射程条件，能够确保倒封装器件表面LET0在随离子质量数增大而上升至倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth之前，倒封装器件电荷收集敏感区底部的LETn始终大于表面的LET0，即可确保公式(1)中的条件成立。因此为了获得最劣的单粒子翻转截面曲线，基于地面超高能重离子辐照实验用到的离子射程应不小于临界重离子射程值计算公式(2)确定的临界离子射程。

[0069] 为了验证临界重离子射程值计算公式(2)的有效性，本实施例针对一款衬底厚度2
为188μm，单粒子翻转阈值LETth为30MeV·cm/mg的倒封装器件，模拟计算了不同离子射程下的单粒子翻转截面曲线。首先使用SRIM计算得到铁(Fe)离子的Bragg峰对应的LET值
2
29MeV·cm/mg约等于该倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth，因此本实施例中将铁离子的Bragg峰对应的离子射程值作为临界重离子射程值计算公式(2)中的RBP数值，即RBP‑Fe＝22μm。

[0070] 将铁离子的Bragg峰射程数值代入倒封装器件临界重离子射程值计算公式(2)中，计算得到该倒封装器件的临界射程值Rth≈210μm，因此分别模拟仿真重离子射程为150μm，210μm和270μm时该款倒封装器件的单粒子翻转截面曲线。

[0071] 如图5所示，为模拟计算结果，可以明显看出倒封装器件的最大翻转截面曲线出现在重离子射程为210μm，这与临界射程公式的预测结果相吻合。因此证明了临界射程公式的有效预测性，为重离子辐照先进倒封装器件的单粒子效应的地面测试技术提供了准确的理论指导。

[0072] 1.2)对空间离子LET谱及各重离子的Bragg峰进行分析，确定标准重离子Bragg峰值，用于计算倒封装器件的临界重离子射程值。

[0073] 依据临界重离子射程值计算公式(2)，可以根据倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth计算出相应的临界离子射程条件。但是，不同倒封装器件具有不同的单粒子翻转阈值LETth，因此针对每一个具体单粒子翻转阈值LETth分别计算临界重离子射程值的通用性较差，不适合作为测试技术方案和标准来使用。其次，倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth通常在实验之前是未知的，所以无法简单的通过倒封装器件临界离子射程公式(2)计算临界射程Rth。为获得倒封装器件重离子辐照单粒子效应的实用化评估技术方案，首先需要解决的2 2
难题是如何确定RBP数值，使得该数值能有效性覆盖1MeV·cm/mg‑75MeV·cm/mg常用的测试考核范围内的单粒子翻转LETth阈值。

[0074] 为了确定用于计算临界射程的关键RBP数值，首先分析自然空间辐射环境下的银河宇宙射线LET谱。

[0075] 如图6所示，为使用 模拟器计算的在太阳活动最大与最小情况下，经过2.54mm铝屏蔽后地球同步轨道(GEO)的LET谱。其中，横坐标为空间重离子LET值，纵坐标为各LET对应重离子通量的反向积分。可以看出随着重离子LET的增大，重离子的通量急剧2
下降，特别是在LET等于29MeV·cm/mg附近，重离子的通量存在一个显著的下降台阶。这是
2
由于银河宇宙射线中比Fe离子重的元素相对较少，因此LET大于29MeV·cm/mg的重离子的通量迅速下降。

[0076] 其次，使用模拟仿真程序SRIM‑2013计算了原子序数从氦离子(Z＝2)到铀离子(Z＝92)Bragg峰对应的LET和射程两项参数的变化趋势。

[0077] 如图7所示，可以明显看出，重离子Bragg峰对应的LET值(左轴)与重离子的原子质量数基本呈线性关系，但是重离子Bragg峰对应的射程(右轴)与重离子的原子质量数则是非线性关系。其中，在铁离子Bragg峰射程区域存在一个平台，即相对较小的Bragg峰射程变2
化范围(从22μm到26μm)对应相对较大的Bragg峰LET值的变化(从29MeV·cm/mg到46MeV·
2
cm/mg)。

[0078] 因此综合考虑自然空间中重离子元素的相对丰度及相应的LET谱、Bragg峰参数随离子质量数的变化趋势和传统平面器件重离子辐照考核测试标准，本发明选择将铁离子Bragg峰射程RBP‑Fe作为标准重离子Bragg峰值来计算倒封装器件的临界射程值，并建立了适用于倒封装器件重离子辐照单粒子效应的超高能重离子测试评估技术方案。

[0079] 当以铁离子的Bragg峰射程RBP‑Fe为基础计算最劣重离子射程条件时，倒封装器件的临界重离子射程值计算公式(2)可以改写为以下形式。

[0080] Rth＝T0+RBP‑Fe    (3)

[0081] 其中，RBP‑Fe为Fe离子Bragg峰对应的射程，且RBP‑Fe＝22μm。

[0082] 1.3)确定倒封装器件的衬底厚度修正值，并基于得到的倒封装器件的衬底厚度修正值以及标准重离子Bragg值，计算得到倒封装器件的临界重离子射程值。

[0083] 为确保重离子的Bragg峰落在倒封装器件电荷收集敏感区底部，在图7中将离子剩余射程22μm时对应的Ln处标定为倒封装器件电荷收集敏感区的底部，即当所有的重离子入射到倒封装器件电荷收集敏感区底部时离子射程还剩余22μm。通过计算可以确定当重离子2 74
剩余射程为22μm时，Ln处LET值为37，49和75MeV·cm/mg对应的重离子分别为 Ge(锗离
102 208
子)， Ru(钌离子)和 Pb(铅离子)离子。

[0084] 如图8所示，在相同重离子射程条件下，倒封装器件表面的LET0与电荷收集敏感区56 238
底部的LETn的相对大小变化趋势随离子质量数( Fe到 U)存在三个阶段。例如，当倒封装器件的表面到电荷收集敏感区底部的厚度为190μm时，即对应图8中横坐标从212μm到22μm
102 208 238
区段，通过对比 Ru， Pb和 U离子在横坐标212μm与22μm处各自对应的LET，可以看出三个阶段的变化：LET0＜LETn，LET0＝LETn到LET0＞LETn。因此可以将最大翻转截面曲线出现的条件公式(1)改写成以下形式

[0085]

[0086] 为了使公式(4)中表面LET0与敏感区底部LETn关系始终成立，倒封装器件的衬底厚2
度必须满足一定的限制条件。例如，倒封装器件的单粒子翻转阈值LETth为57MeV·cm /mg
238 238
时，倒封装器件表面最大LET0由最重的 U离子决定。 U离子Bragg峰左侧LET等于57MeV·
2 238
cm/mg的点对应的射程为772μm，因此 U离子Bragg峰刚好落在倒封装器件衬底(750μm)敏
2
感区底部位置。如果倒封装器件单粒子翻转阈值LETth大于57MeV·cm/mg，则表面LET0将无法达到翻转阈值LETth，因此无法获取完整的单粒子翻转饱和截面曲线。综上所述，为了确保
2
以铁离子的Bragg峰对应的射程RBP‑Fe计算临界射程方案覆盖至常用考核点75MeV·cm/mg，
2 238
倒封装器件的衬底厚度必须减薄至360μm才能使表面LET0能够增大至75MeV·cm/mg( U)。
基于以上的分析，可以推导出实用化的倒封装器件重离子辐照测试评估技术方案。

[0087] 具体地，如图9所示，计算倒封装器件的衬底厚度修正值的方法为：

[0088] 1.3.1)测量倒封装器件的衬底厚度T0，并获得相同工艺下正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth。

[0089] 由于相同工艺下的倒封装器件和正封装器件具有相同的单粒子翻转效应阈值LETth，而目前正封装器件的测试方法较为成熟，因此本实施例中通过获取相同工艺下正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth得到倒封装器件的单粒子翻转效应阈值。

[0090] 1.3.2)基于获得的正封装器件的单粒子翻转效应阈值LETth，对倒封装器件的衬底厚度进行校正，得到倒封装器件的衬底厚度校正值。

[0091] 对倒封装器件的单粒子效应阈值进行校正时：

[0092] 若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth≤57MeV·cm2/mg，则无需校正；

[0093] 若倒封装器件的单粒子效应阈值LETth＞57MeV·cm2/mg，则将倒封装器件的衬底厚度进行减薄，使得倒封装器件减薄后的衬底厚度T1≤360μm，具体厚度根据实际测试需求确定。

[0094] 1.3.3)基于倒封装器件的衬底厚度校正值和标准重离子Bragg值，计算倒封装器件的临界重离子射程值。

[0095] 具体地，倒封装器件的临界重离子射程值为

[0096] 2)基于得到的倒封装器件的临界重离子射程值，计算倒封装器件的临界射程Rth下各LET值对应的离子种类与相应能量E。

[0097] 3)基于确定的离子种类与相应能量E，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果。

[0098] 如图10所示，具体地，包括以下步骤：

[0099] 3.1)在室温环境下，运行系统软件并对测试系统上电检验倒封装器件的宏观直流电参数和读写功能的正常。其中，倒封装器件的宏观直流参数包括动态工作电压值及电流值等。

[0100] 3.2)对倒封装器件初始化，通过测试系统写入待测数据图形码后，按照步骤2)中确定的离子种类和相应能量E对倒封装器件进行重离子辐照测试。

[0101] 3.3)在某一测试条件下，测试系统不断的循环读取倒封装器件存储阵列中的数据并与待测数据图形码实时比对，得到该测试条件下的单粒效应测试结果。

[0102] 具体地，进行实时比对时，当发现数据翻转事件后测试系统会自动记录相应的错误地址和数据等信息，单粒子翻转错误加1并通过串口将总错误数发回到上位计算机控制软件显示。为了保证实验数据具有较好的统计性，应确保每个实验点监测到的事件数大于7 2
300个或重离子累积注量达到1×10 p/cm。对器件进行单粒子效应测试本实施例对此不再赘述。

[0103] 3.4)改变重离子的LET值，并重复步骤3.3)，获得倒封装器件的完整单粒子翻转截面曲线。

[0104] 该技术方案提高了先进倒封装器件地面重离子测试数据的可靠性以及空间错误率评估结果的准确性。

[0105] 为了验证图3中所示的倒封装器件重离子测试技术方案的准确性。本实施例选择2 2
了单粒子翻转阈值为45MeV·cm/mg和70MeV·cm/mg的两款倒封装器件，其衬底厚度设为
2 2
188μm。通过计算确定Bragg峰值LET为45MeV·cm/mg和70MeV·cm/mg的重离子分别为铷离
85 140
子 Rb(RBP‑Rb=44μm)和铈离子 Ce(RBP‑Ce＝70μm)。利用公式(2)与公式(3)计算了两种临界
2
射程计算方案下对应的重离子临界射程值：LETth为45MeV·cm/mg的两个临界射程分别为
2
210μm和220μm；LETth为70MeV·cm/mg的两个临界射程分别为210μm和243μm。基于两种方案确定的临界射程Rth为输入条件，分别计算了两种翻转LETth倒封装器件的单粒子翻转截面，如图11a和图11b所示。可以明显看出以两种不同临界射程Rth下，获得的单粒子翻转阈值
2 2
LETth分别为45MeV·cm/mg和70MeV·cm /mg的两种倒封装器件翻转截面曲线基本一致，因此以铁离子Bragg峰射程RBP‑Fe作为RBP标准来计算临界重离子射程的评估技术方案十分有效。

[0106] 实施例2

[0107] 上述实施例1提供了一种倒封装器件单粒子效应测试方法，与之相对应地，本实施例提供一种倒封装器件单粒子效应测试系统。本实施例提供的系统可以实施实施例1的一种倒封装器件单粒子效应测试方法，该系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例提供的系统的实施例仅仅是示意性的。

[0108] 本实施例提供的一种倒封装器件单粒子效应测试系统，其包括：

[0109] 临界重离子射程值确定模块，用于基于重离子LET的演化规律，确定倒封装器件的临界重离子射程值；

[0110] 重离子种类和能量确定模块，用于基于得到的倒封装器件的临界重离子射程值，计算倒封装器件的临界射程Rth下各LET值对应的离子种类与相应能量E；

[0111] 测试模块，用于基于确定的离子种类与相应能量E，采用测试系统对倒封装器件进行单粒子效应测试，得到单粒子效应测试结果。

[0112] 实施例3

[0113] 本实施例提供一种与本实施例1所提供的倒封装器件单粒子效应测试方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。

[0114] 所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的倒封装器件单粒子效应测试。

[0115] 在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non‑volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

[0116] 在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

[0117] 实施例4

[0118] 本实施例1的倒封装器件单粒子效应测试可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的倒封装器件单粒子效应测试的计算机可读程序指令。

[0119] 计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

[0120] 综上所述，考虑到航天工程对元器件高安全冗余设计的要求，在地面重离子加速器开展航天元器件的辐照敏感性考核时，应选择最劣的实验条件获取最大的翻转截面曲线，以便计算出航天元器件最保守的在轨安全系数。基于能量参数对倒封装器件重离子单粒子翻转截面物理机理的分析，得到阈值LETth和重离子的Bragg峰所在位置是决定倒封装器件临界射程的关键参数，进一步提出了计算最大翻转截面出现的重离子临界射程Rth条件，并在仿真计算中验证了临界射程公式的准确性。

[0121] 综合考虑空间银河宇宙射线的LET谱，以及重离子的Bragg峰参数随离子质量数的变化趋势，本发明进一步发展了以铁离子Bragg峰的射程RBP‑Fe作为标准RBP计算倒封装器件重离子辐照临界射程，建立了实用性的倒封装器件重离子辐照单粒子效应测试技术方案。本发明在两种不同LETth倒封装器件的模拟仿真中对比了两种临界射程计算方案获得的单粒子翻转截面，验证了铁离子Bragg峰值射程RBP‑Fe方案的有效性，证明了以铁离子Bragg峰的射程RBP‑Fe作为RBP标准来计算临界重离子射程的技术方案具有较好的普适性，解决了目前地面重离子辐照倒封装器件单粒子效应测试技术方案短缺的工程技术难题。

[0122] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。