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GB/T 34986元器件可靠性測(cè)定試驗(yàn)

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2026-04-04 11:30

1、大批量生產(chǎn)的電子產(chǎn)品往往通過(guò)加速應(yīng)力試驗(yàn)來(lái)確定其在使用應(yīng)力下的可靠性指標(biāo)(失效率,可靠度等參數(shù))。為確定正確的加速因子,通常需要在各種應(yīng)力水平下對(duì)進(jìn)行試驗(yàn),與此同時(shí)可以確定加速模型的失效模式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。具體的關(guān)于元器件的驗(yàn)證參考JESD47(可靠性鑒定權(quán)威規(guī)范,通過(guò)加速應(yīng)力測(cè)試,激發(fā)集成電路(芯片 + 封裝)的潛在失效機(jī)制,驗(yàn)證器件的固有可靠性,為新產(chǎn)品定型、工藝 / 設(shè)計(jì)變更、產(chǎn)線 / 廠區(qū)變更提供統(tǒng)一的鑒定合格判定基線)。

2、小批量生產(chǎn)的較大型元器件通常使用加速試驗(yàn)的方法和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)工具(如IEC61649--威布爾分布數(shù)據(jù)分析或IEC61124--恒定故障率假設(shè)的可靠性驗(yàn)證)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。也需要通過(guò)同一應(yīng)力不同水平下的相關(guān)分布的參數(shù)比率來(lái)確定加速因子,但是如果同一應(yīng)力的不同應(yīng)力水平有多個(gè)不同的分布參數(shù),那么說(shuō)明所施加的應(yīng)力水平可能太高,改變了產(chǎn)品的物理特性或發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝存在缺陷。

3、通常使用的應(yīng)力類(lèi)型:溫度、濕度、溫循、振動(dòng)、鹽霧;電壓、電流、外力、摩擦。

4、標(biāo)準(zhǔn)指出在預(yù)計(jì)某一器件在超過(guò)實(shí)際試驗(yàn)時(shí)間時(shí)的可靠度時(shí),傳統(tǒng)上多個(gè)元器件的總累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間(總的試驗(yàn)時(shí)間是所有單一產(chǎn)品上累積的時(shí)間總和)可能會(huì)提供一些毫無(wú)意義的結(jié)果。并給出了一個(gè)例子:

對(duì)于行走了32000km路程、且不產(chǎn)生任何失效的100個(gè)輪胎,往往會(huì)得到一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論,即:36.8%的輪胎可能會(huì)行走3490000 km路。計(jì)算的失效率僅對(duì)試驗(yàn)中的32000 km路程有效。

該例子采用了指數(shù)分布的假設(shè),參照前期對(duì)JESD74A的說(shuō)明,此時(shí)平均失效率λ計(jì)算公式如下:

GB/T 34986元器件可靠性測(cè)定試驗(yàn)

由此,可算出λ=2.8*10^(-7),進(jìn)而求出MTBF=3490000 km,對(duì)應(yīng)MTBF下的可靠度R(t)=e^(-λt)=36.8%

該例子的核心在于說(shuō)明實(shí)際過(guò)程中存在的違背失效物理規(guī)律和統(tǒng)計(jì)建模的基本原則情況,用短里程的無(wú)失效數(shù)據(jù),外推上百倍里程的壽命,完全不符合材料和機(jī)械失效的物理規(guī)律。

需注意要正確使用壽命分布模型,同時(shí)針對(duì)零失效數(shù)據(jù)的有效范圍,建議僅覆蓋試驗(yàn)本身的時(shí)長(zhǎng) / 里程;超過(guò)試驗(yàn)范圍的外推,必須有明確的失效物理模型、加速模型做支撐,不能簡(jiǎn)單用統(tǒng)計(jì)公式無(wú)限外推。

同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)也建議對(duì)超過(guò)試驗(yàn)時(shí)間之外的失效率的估計(jì),可通過(guò)威布爾分析法實(shí)現(xiàn),但通常需要知道威布爾斜率。

5、標(biāo)準(zhǔn)指出以上輪胎的錯(cuò)誤情況不會(huì)在元器件的鑒定試驗(yàn)上發(fā)生,筆者理解主要原因如下:

(1)輪胎案例的核心錯(cuò)誤是試驗(yàn)完全沒(méi)觸達(dá)失效機(jī)制,而電子行業(yè)通用的 1000h 可靠性試驗(yàn)(比如 JESD47 里的 HTOL 高溫工作壽命測(cè)試),是經(jīng)過(guò)幾十年行業(yè)驗(yàn)證的、能有效激發(fā)集成電路的電遷移、BTI、TDDB 等核心失效機(jī)制的加速應(yīng)力試驗(yàn),不是 “沒(méi)摸到失效門(mén)檻的無(wú)效試驗(yàn)”。

(2)77 個(gè)樣品 / 批:JESD47L 中 HTOL等核心壽命測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)樣本量要求,3 個(gè)非連續(xù)批次、每批 77 只樣品零失效,正好能在90% 置信水平下證明器件缺陷率≤1%,完全匹配 JESD47L 表 1 的零缺陷抽樣規(guī)則,是行業(yè)公認(rèn)的、兼顧統(tǒng)計(jì)合理性和試驗(yàn)成本的通用方案。

(3)電子元器件的加速試驗(yàn),必須基于成熟的失效物理模型(比如溫度加速用阿倫尼烏斯模型、濕度加速用 Hallberg-Peck 模型、電壓加速用 艾琳 模型),先通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證失效機(jī)制不變,再把加速應(yīng)力下的 1000h 試驗(yàn)時(shí)間,換算成用戶(hù)正常使用條件(比如 55℃常溫工作)下的等效壽命,這個(gè) “歸一化換算” 是有物理規(guī)律支撐的。

6、標(biāo)準(zhǔn)也明確了樣本量只影響置信水平和缺陷率的估計(jì)區(qū)間,不改變產(chǎn)品的真實(shí)失效水平,即產(chǎn)品的可靠性水平由產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)工藝決定的,是產(chǎn)品的固有屬性,不會(huì)因?yàn)槟愣鄿y(cè)樣品、多做試驗(yàn)而改變。

綜上,在實(shí)際加速試驗(yàn)應(yīng)用中,只有能觸達(dá)真實(shí)失效機(jī)制、且?guī)鞔_失效物理模型的試驗(yàn),才能做合理的壽命外推,無(wú)模型、無(wú)邊界的純統(tǒng)計(jì)外推,只會(huì)得出毫無(wú)意義的錯(cuò)誤結(jié)論。

 

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來(lái)源:老白講可靠性

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