原创测试技术第004篇电子元器件的寿命可靠性 MTTF FIT

 2024-4-15 22:44  1331 5 3 分类: 测试测量文集: 2 测试技术

[初次发表 24-04-15 最后编辑：24-09-20]

一个产品开箱合格率高，用起来持久，还不怕粗暴使用，人们会夸：“质量钢钢的”。追这个目标需要先分解：可靠性(Reliability)，质量、品质( Quality Consistancy)，健壮性(Robustness)。Reliability 体现产品可以在预定需求规格下用多久，Quality Consistancy 表现供方能够在多大程度上保持产品符合预定需求规格的一致性，而 Robostness 则体现用户在超出预定需求规格的情况下产品的生存能力。作为用户，我们常把“可靠性”、“质量”、“品质”和“健壮性”混为一谈，作为设计者、供方，需要分解为可靠性设计，容差设计和稳健性设计。

可靠性本身已经是一个很大的话题。我喜欢JEITA标准的处理方式，把可靠性进一步分解为时间应力（寿命）、电应力和机械应力三块，分别讨论。

电子元器件的寿命是指在给定电应力和热应力的情况下，电子元器件的性能满足需求的时间有多久。电子元器件不是理想的东西，总是有这样或者那样的固有缺陷 / Intrisic problem，材料本身也会随着时间出现退化、腐蚀，所以，设计师要对时间应力常怀敬畏之心。如果把电子产品比作一座大厦，那么电子元器件就是搭建大厦的积木。古人讲：千里之堤，毁于蚁穴，说的是单点的危害 / Hazard 如果不解决，累积起来，会导致系统失效 / Failure。

电子元器件的寿命用MTTF和FIT来表征。电子元器件通常是不可维修的，所以不适用MTBF这个指标。

MTTF = Mean Time To Failure，平均首次故障时间，单位是小时。

FIT = Failure in Time，寿命可靠度。单位是 10^9 hr^-1，也就是“个每10亿工作小时”。

二者“在数值上”是倒数关系，即 FIT = 1 / MTTF。在GJB 299中有相关的定义。虽然这是针对机械零件的，但是似乎也被电子元器件行业所引用，而且看起来符合性还不错。

MTTF的计算主要是基于化学-物理的规律，即物质的活化能，这个不是本文的重点。

FIT的计算是基于统计模型的，比如半导体元器件会选用“卡方 / Chi-square” 分布，基于给定的样本个数、预期失效品个数来计算。常用的计算式是：

FIT = X( 1-C, 2r + 2) / (2xTxs)

其中：

X 卡方分布函数

C 置信度，比如60%置信度时，C=0.6;

r 失效品个数

T 工作小时数

s 样本总数

给定等式右边的变量，就可以计算出FIT。

如果给定FIT、C、r和T，那么可以计算出需要的样本量s。在进行寿命可靠性实验时，正确的做法是这样确定样本量，而不是套用AQL、LTPD的表格来选择 45ea或者77ea。从测试技术第001篇和第002篇可以看出，AQL和LTPD，都不是为时间应力准备的，而是一种检验 Quality Consistance 的手段，遗憾的是很多企业都混淆它们。

电子元器件供方量产批准（Mass Production Approval）时，除了按上面的样本量s来抽样，还要进行3个连续批的重复测试，只有全部合格才算达到要求。

Ref:

傅高义.半导体IC产品可靠度: 统计、物理与工程.台湾五南出版社.2011

GJB/Z 299C-2006.电子设备可靠性预计手册

作者：电子知识打边炉，来源：面包板社区

链接： https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4061550.html

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