可靠性術(shù)語
以下是與半導(dǎo)體產(chǎn)品可靠性相關(guān)的常用術(shù)語:
浴缸曲線
浴缸曲線通常用作一種可視化模型,用于說明產(chǎn)品故障率的三個關(guān)鍵階段,而不是用于繪制某一特定產(chǎn)品系列的預(yù)期故障率變化曲線。通常很難獲得足夠的短期和長期失效信息來用校準(zhǔn)的浴缸曲線對一批產(chǎn)品進(jìn)行建模,因此需要通過可靠性建模進(jìn)行估算。
- 早期故障率(或嬰兒期失效):此階段的特點是初始故障率較高,后期會迅速降低。?
- 正常壽命:該階段的特點是故障率基本保持恒定,并在器件的有效使用壽命期間保持穩(wěn)定。?故障率以"FIT"為單位描述,或可用故障間隔平均時間"(MTBF,單位為小時)"表示。
- 磨損失效損耗階段:在這種情況下,固有磨損機(jī)制開始占支配地位,故障率開始呈指數(shù)級增長。?產(chǎn)品壽命通常定義為從初次產(chǎn)出到進(jìn)入耗損階段之間的時間。
故障率
故障率是時間?t 發(fā)生故障的條件概率,即在器件已經(jīng)存活至?t 時,在 t 時刻發(fā)生故障的概率。
它也可以表示為:在 t 到 t+ΔT 的時間間隔內(nèi),每單位時間發(fā)生故障的器件數(shù)量,占在時刻 t 仍然存活器件數(shù)量的比例。
如圖所示,故障率隨時間的變化在產(chǎn)品的早期階段開始很高,然后迅速下降。在使用壽命階段,故障率是恒定的。隨著材料的退化和磨損,故障率會隨著時間的推移而不斷增加。
故障率術(shù)語
對于給定的樣本大小?n,?t?小時后將出現(xiàn)?m?次故障
工作小時?— 如果“n”個樣品在故障次數(shù)“m”被記錄之前運(yùn)行了“t”小時,則
λavg —?平均故障率
FIT — 時基故障,每十億小時運(yùn)行中發(fā)生故障的器件數(shù)量。
您可以使用 TI 的可靠性估算器來獲取大多數(shù) TI 器件的時基故障率。
DPPM — 每百萬缺陷器件數(shù),也稱為每百萬發(fā)貨的故障器件數(shù)。
MTTF(平均失效時間)= (t1+t2+t3+….tm)/m
它是故障發(fā)生的平均時間。MTTF 用于不可維修系統(tǒng)。
T50(中位失效時間)= 50% 器件發(fā)生失效所需的時間。
一半的故障發(fā)生在 T50 之前;另一半發(fā)生在 T50 之后。主要用于故障分布的統(tǒng)計處理。如果失效時間呈正態(tài)分布,則 T50 與 MTTF 相同。
MTBF(平均故障間隔時間)= [t1 + (t2- t1) + (t3 – t2) ….(tm – tm-1)]/m = tm/m
MTBF 是連續(xù)故障之間的平均時間。MTBF 用于可維修系統(tǒng)。這實際上是平均故障間運(yùn)行時間,因為它不包括修復(fù)時間。
概率公式
概率分布是描述器件失效比例隨時間變化的圖形或數(shù)學(xué)表示。對于有限的離散故障樣本,該分布通常以直方圖形式表示。該分布的曲線形狀可用概率密度函數(shù) (PDF) 進(jìn)行數(shù)學(xué)表示。
概率密度函數(shù)?f(t):該函數(shù)表示在特定時間?t 發(fā)生故障的概率,如 f(t).Δt
面積 f(t)·Δt 也可以用來預(yù)測在特定時刻 t 的預(yù)期故障數(shù)量。
累積分布函數(shù)?F(t):它表示截至給定時間“t”的累計故障數(shù)量。?
可靠性函數(shù) R(t)
生存到時間 t 的概率表示另一種方式,它是生存到時間 t 的單位的比例。
故障和存活器件的總比例之和必須為 1。
R(t) + F(t) = 1
基于先前描述的 f(t)、F(t)、R(t) 和 l(t) 的定義
故障率 l(t) 恒定時,可靠性函數(shù)會變?yōu)橹笖?shù)分布。
對于恒定的故障率,如浴盆曲線的正常壽命部分,指數(shù)分布可用于對故障概率和壽命進(jìn)行建模。
威布爾分布
威布爾分布是一種由 Waloddi Weibull 提出的連續(xù)概率分布。在可靠性方面,它用于描述隨時間變化的故障率。?
在實際應(yīng)用中,故障概率通常用 3 參數(shù)威布爾分布進(jìn)行建模:
η、β、γ 是通過對器件進(jìn)行應(yīng)力測試直至失效來確定的參數(shù)。
在很多情況下,僅需兩個參數(shù)即可對可靠性進(jìn)行建模,此時威布爾分布可簡化為:
β 稱為“威布爾斜率”,η 稱為分布的“特征壽命”。
浴缸曲線的三個部分(早期故障,使用壽命和磨損失效階段)通常具有不同的故障分布形狀,如圖所示。
威布爾分布是一種靈活的數(shù)學(xué)函數(shù),可用于表示浴缸曲線的三個階段,通常只需兩個可調(diào)參數(shù):β 和 η。
這通常用于可靠性建模。