電子器件可靠性估算原理

1什么是HTOL

HTOL是High Temperature Operating Life的縮寫，通常指高溫工作壽命測試。

2為什么要進(jìn)行HTOL測試

主要達(dá)成以下兩個目標(biāo)：

? 發(fā)現(xiàn)潛早期失效：產(chǎn)品在高溫下加速老化，篩選與早期失效相關(guān)的故障，以便在產(chǎn)品開發(fā)階段進(jìn)行設(shè)計和制程的優(yōu)化。

? 可靠性評估：產(chǎn)品在長期高溫運(yùn)行下，同過模型評估產(chǎn)品的早期失效率，為產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性提供重要數(shù)據(jù)。

3HTOL 測試條件

?環(huán)境溫度：增加環(huán)境溫度使被測試的 IC 的節(jié)溫或殼溫達(dá)到125℃左右（不能超過 IC 所能承受的最高溫度 ）

?工作電壓：最大工作電壓

?偏置條件：緣于材料的疲勞或損耗

4電子器件可靠性估算

浴盆曲線

浴盆曲線是可靠性專家用來描述產(chǎn)品的壽命時間與統(tǒng)計，由三部分組成：早期失效，偶然失效，損耗失效。

浴盆曲線

4.1 失效原因

?早期失效：是由產(chǎn)品的天生缺陷或問題所造成：元器件問題，設(shè)計問題或者生產(chǎn)工藝問題。

?正常生命周期也叫隨機(jī)失效：源于隨機(jī)發(fā)生的外來因素，自然因素和人的因素引起的，如沖擊，高溫，高壓，過電壓

?損耗失效：緣于材料的疲勞或損耗

4.2 Weibull分布 擬合浴盆曲線

威布爾分布在不同形狀參數(shù)下的失效率圖

4.3早期失效的應(yīng)對方案--高溫老化

早期失效的主要是由構(gòu)成產(chǎn)品的元器件，設(shè)計缺陷 或者生產(chǎn)工藝缺陷。這類缺陷在老化過程中經(jīng)過一段較長時間，施加一定應(yīng)力（溫度，濕度，壓力）才能暴露出來。然后分析，改善。

同時可以通過模型計算可靠性失效率。

溫度加速因子:

其中，dM/dt是化學(xué)反應(yīng)速率；A是常數(shù)；E是引起失效或退化過程的激活能；k是玻爾茲曼常數(shù)；T是熱力學(xué)溫度。

假定：t0時刻的狀態(tài)為M0，為正常狀態(tài)；t1時刻的狀態(tài)為M1，為失效狀態(tài)，時間與溫度無關(guān)，則：

其中：

HTOL 高溫老化模使用FIT&MTTF

來計算可靠性:

HTOL 是通過加速老化，估算常溫下的可靠性失效率。最常使用來評估可靠性的是：

FIT：Failures in Time

MTTF：Mean time to failure

MTBF：Mean time between failures

失效率計算:

失效率：總體失效數(shù)除以累計工作時長。在HTOL 模型中，累計工作時長：

D=測試器件數(shù)量

H=每個器件測試時間

Af=加速因子

每小時失效率 (λ)

r=失效數(shù)量

加速因子:

Ea：能效因子

指造成一個失效所需要的最小能能量：氧化失效，光照失效，電子遷移或者臟污。

硅工藝通常接受值為（具體參數(shù)由晶圓制造商提供）

失效數(shù):

失效數(shù)量這里會被替代為 Chi-squared (X2)

X2/2 (Chi-squared/2) 時失效數(shù)量的評估

α (alpha), 置信度

(nu)：自由度 v=2r+2， r=失效數(shù)量

失效率:

FIT:

工業(yè)界使用失效率每10億（billion）小時

MTTF:

6HTOL 失效率

評估整體模型

7芯樸科技實(shí)測HTOL

FIT/MTTF 估算案例

簡單 極致 快樂 本分

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