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ILSIMMD振蕩器的可靠性計(jì)算
半導(dǎo)體元件產(chǎn)品在如今的市場(chǎng)上蒸蒸日上,即使選擇了較高的可靠性元器件還是避免不了發(fā)生故障的可能性,為了產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期得到完善的運(yùn)行,工作之前的準(zhǔn)備工作還是得做足,衡量石英晶振元件可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)是平均故障間隔時(shí)間或MTBF,MTBF越高,設(shè)備的預(yù)期壽命越長(zhǎng),因此設(shè)備越可靠,本文中介紹了ILSI MMDMEMS振蕩器的測(cè)試工作過(guò)程和預(yù)測(cè)MTBF的計(jì)算方式.
加速測(cè)試:半導(dǎo)體元件的預(yù)測(cè)MTBF是時(shí)間故障(FIT)速率的倒數(shù),它是在10億個(gè)工作小時(shí)后統(tǒng)計(jì)預(yù)期的故障數(shù),測(cè)試設(shè)備10億小時(shí)顯然是不現(xiàn)實(shí)的,因此常見(jiàn)的方法是在升高的溫度和電壓(老化)下進(jìn)行加速石英晶體振蕩器測(cè)試,時(shí)間更短,并推斷,ILSI MMD在設(shè)定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溫度125°C的腔室中進(jìn)行老化測(cè)試,然而,由于部件通電時(shí)的散熱,在壓力測(cè)試期間和操作期間結(jié)溫通常會(huì)升高五度,這是表1中的值的因素,由于溫度AFT引起的加速因子遵循Arrhenius關(guān)系,并且使用等式1參考標(biāo)準(zhǔn)操作溫度計(jì)算.
測(cè)試的ILSI MMD振蕩器的標(biāo)稱(chēng)工作電壓為3.3伏,壓力測(cè)試在電源電壓為3.6伏或高于標(biāo)稱(chēng)電壓約10%的條件下進(jìn)行,由電壓AFV引起的加速因子使用公式2計(jì)算,參數(shù)如表2所示.
LSI MMD振蕩器的結(jié)果:ILSI MMD對(duì)數(shù)千個(gè)石英振蕩器進(jìn)行了壓力測(cè)試,累計(jì)測(cè)試時(shí)間為3,307,000小時(shí),無(wú)故障,使用統(tǒng)計(jì)方法,可以使用公式3預(yù)測(cè)10億小時(shí)后具有一定置信度的故障數(shù),其中n是老化測(cè)試的設(shè)備小時(shí)數(shù),對(duì)于零失敗的90%置信水平,χ2統(tǒng)計(jì)值為4.6,插入等式3導(dǎo)致FIT0率為696.3,現(xiàn)在需要使用來(lái)自等式1和2的加速因子校正加速測(cè)試條件,調(diào)整后的最終FIT率由等式4給出,使用表1和表2中的值計(jì)算上述加速因子和FIT0值,ILSI MMD振蕩器的最終FIT為:FIT=0.88.
MTBF是FIT率的倒數(shù),以數(shù)十億小時(shí)表示,對(duì)于上面計(jì)算的FIT率,MTBF約為11.4億小時(shí)或超過(guò)130,000年,對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)的晶振,這大大超過(guò)了報(bào)告的MTBF,如圖1所示,結(jié)論ILSIMMD可靠性測(cè)試顯示FIT率小于0.9,對(duì)應(yīng)于11.4億小時(shí)的MTBF,這是石英振蕩器MTBF的30倍,使ILSI MMD MEMS振蕩器成為市場(chǎng)上最可靠的有源晶振.