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HTOL & 可靠性估算原理

时间:2024-08-29 19:21来源: Charles 芯朴科技XinpleTek 作者:ictest8_edit 点击:

 

1.什么是HTOL
 
HTOL是High Temperature Operating Life的缩写,通常指高温工作寿命测试。
 
2.为什么要进行HTOL测试
 
主要达成以下两个目标:
 
• 发现潜早期失效:产品在高温下加速老化,筛选与早期失效相关的故障,以便在产品开发阶段进行设计和制程的优化。
 
• 可靠性评估:产品在长期高温运行下,同过模型评估产品的早期失效率,为产品质量和可靠性提供重要数据。
 
3.HTOL 测试条件
 
• 环境温度:增加环境温度使被测试的 IC 的节温或壳温达到125℃左右(不能超过 IC 所能承受的最高温度 )
 
• 工作电压:最大工作电压
 
• 偏置条件:缘于材料的疲劳或损耗
 
 
4.电子器件可靠性估算
浴盆曲线
 
浴盆曲线是可靠性专家用来描述产品的寿命时间与统计,由三部分组成:早期失效,偶然失效,损耗失效。
 
 
浴盆曲线
 
4.1 失效原因
 
• 早期失效:是由产品的天生缺陷或问题所造成:元器件问题,设计问题或者生产工艺问题。
 
• 正常生命周期也叫随机失效:源于随机发生的外来因素,自然因素和人的因素引起的,如冲击,高温,高压,过电压
 
• 损耗失效:缘于材料的疲劳或损耗

4.2 Weibull分布 拟合浴盆曲线
 


 
威布尔分布在不同形状参数下的失效率图
 
4.3 早期失效的应对方案--高温老化
 
早期失效的主要是由构成产品的元器件,设计缺陷 或者生产工艺缺陷。这类缺陷在老化过程中经过一段较长时间,施加一定应力(温度,湿度,压力)才能暴露出来。然后分析,改善。
 
同时可以通过模型计算可靠性失效率。
 
温度加速因子:

 

其中,dM/dt是化学反应速率;A是常数;E是引起失效或退化过程的激活能;k是玻尔兹曼常数;T是热力学温度。
 
假定:t0时刻的状态为M0,为正常状态;t1时刻的状态为M1,为失效状态,时间与温度无关,则:

 

其中:


 
HTOL 高温老化模使用FIT&MTTF 

来计算可靠性:

HTOL 是通过加速老化,估算常温下的可靠性失效率。最常使用来评估可靠性的是:
 
FIT:Failures in Time
 
MTTF:Mean time to failure
 
MTBF:Mean time between failures
 
失效率计算:

失效率:总体失效数除以累计工作时长。在HTOL 模型中,累计工作时长:

 

 D=测试器件数量
 H=每个器件测试时间
 Af=加速因子
 
每小时失效率 (λ)

 

r=失效数量
 
 
加速因子:

 


Ea:能效因子

指造成一个失效所需要的最小能能量:氧化失效,光照失效,电子迁移或者脏污。

硅工艺通常接受值为(具体参数由晶圆制造商提供)

 

失效数:

失效数量这里会被替代为 Chi-squared (X2)

 
X2/2 (Chi-squared/2) 时失效数量的评估
 
α (alpha), 置信度
 
(nu):自由度 v=2r+2, r=失效数量
 
失效率:

 

FIT:

工业界使用失效率每10亿(billion)小时

 
  
MTTF:

 

6.HTOL 失效率

评估整体模型
 


7.芯朴科技实测HTOL

FIT/MTTF 估算案例
 

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