可靠性工程师必备之七种武器

.可靠性工程师必备之七种武器！1.环境试验(ESS)2.机械试验3.高加速寿命试验(HALT)及高加速应力筛选（HASS）4.破坏性物理分析(DPA)5.失效分析(FA)6.可靠性预计(RP)7.可靠性分配能够熟练运用其中一种，即可行走江湖。可靠性预计及可靠性分配更是武器中的精品，无三五年的修炼难成正果。可靠性工程师面试常碰到的问题可靠性工程师面试时常常碰到的问题：第一类：你现在在做什么？、做什么产品？、做哪些测试？3、怎么测试（取样多少、时间多长。 。。）？、测试中出现的问题，是怎么处理的？5、在哪一阶段做测试（研发、 中试、量产）？、在各个阶段的测试中，有些什么差异？7、对于可靠性增长你参与到什么程度？ 、对可靠性设计，你们有那些方法？、你用过那些可靠性软件？专业资料.第二类：为什么这么做。1、为什么要测试这几项（对其它的产品，你有什么理由选择什么测试项目）？2、为什么要取这么多样品（产品不同、阶段不同时取样有什么标准）？、为什么要测试这么长的时间（如果时间太长，有没有变通的方法）？、为什么要用这个测试条件（针对另一种产品，你怎么取测试条件）？、如何做到可靠性增长（有那些方法）？、如何保持已经设计好的可靠性？第三类：相关理论。、加速理论是怎么回事？、MTBF的置信区间是怎么回事？、受过那些可靠性培训？、可靠性设计中常用的方法有哪些？5、进入我公司（知道要做什么）后，你会有什么样的工作计划？ 6、最近五年有什么目标？当然，如果是外企，还有一些英文方面的要求。以上，是我个人的感觉。请大家根据看到的面试要求、面试经验，有兴趣的话写二句，也是给可靠性工程者的一个学习方向的参考吧。产品在规定的条件下和规定的时间，完成规定功能的能力，称为产品的可靠性。 可靠度产品在规定的条件下和规定的时间，完成规定功能的概率称为产品的可靠度。若以 T表示专业资料.产品的寿命，以 t表示规定的时间，显然，“ T＞t”的事件是一随机事件。产品的寿命特征量一批产品中某一特定产品在失效发生之前， 难以指出其寿命的确切值。 但在掌握了一批产品寿命的统计规律后，就可以指出产品寿命小于某一值的概率，或产品寿命在某一围的概率。在可靠性工作中，常常用平均寿命、 寿命方差、可靠寿命、中位寿命以及特征寿命等作为衡量产品可靠性的尺度。失效率的单位通常可以采用每小时百分之一或千小时的百分之一来作为产品失效率的单位，但对具有高可靠要求的产品来说，就需要采用更小的单位来作为失效率的基准。现在常采用菲特作基准单位。菲特这一单位的数量概念是：1菲特（FIT）=1/小时=1/千小时实际上，这就表示了 10亿个元件小时只允许有一个产品失效，亦即在每千小时，只允许有百万分之一的失效概率。3.4.2失效率的等级我国于1979年发布了标准GB/T1772-79《电子元器件失效率试验方法》，对有可靠性指标（ER）的军用元件，规定了失效率等级，该国标是参照采用了美军标MIL-STD-690B（1968）而制定的，一直沿用到九十年代初期。1996年发布了军用标准GJB2649-96，该军标等效采用了美军标MIL-STD-690C（1993），今后国军标有可靠性指标的贯标元件将主要采用GJB2649-96。但目前大多数列入合格产品目录（QPL）中有可靠性指标的元件，仍沿用GB/T1772-79规定的失效率等级，两者的失效率等级代号很易混淆，现将这两个标准失效率等级的分类及代号同时列于表 2-1，供比较。专业资料.表3-1失效率等级失效率等级名称 失效率等级代号 最大失效率（1/h 或1/10 次）GB/T1772-79GJB2649-96亚五级 YL3 ×-105五级 WM10-5六级 LP10-6七级 QR10-7八级 BS10-8九级 J-10-9十级S-10-10加速寿命实验之加速因子加速壽命試驗的成敗關鍵是如何掌握加速壽命試驗之加速因子(AcceleratedFactor)，該加速因子可表示為將高低應力分別施於產品上，其產品失效結果的加速程度，再應用其結果去預估第3種應力試驗下之壽命。一般標準的電子零件其加速壽命參數及可靠度模式，可由美軍軍方標準手冊(MIL-HDBK-217F)及其相關規範中查得。也可利用熱應力如溫度來做為產品之嚴苛負苛或環境來加速獲得失效數據，其分析的方式則可採Arrhenius模式；如為非熱應力如電壓等，則使用反乘幕法則(InversePowerLaw)模式；如為複合應力模式(CombinationModel)則可利用Eyring加速壽命試驗模式來估計壽命與加速環境應力間之關係；除此之外，也可利用使用者對產品使用累積之經驗，建立零件所適用之加速壽命之模式，其中加速壽命試驗的方法可分為頻率加速，即增多間歇動作的反覆次數，或成連續動作而謀求頻率加速的有效性，另一方面則是加重動作應力或環境應力，短時間內使製品強製故障的方法，又稱強製劣化試驗。在所施加之嚴苛應力中，通常施加专业资料.一定應力，但也 .2ic.;r,v0C8J$f!u&k3X:Y+L

有使用應力隨時間變化的逐步加嚴應力試驗。應力加速法須慎選應力的種類、大小等。所施予嚴苛應力中包含有環境溫度、濕度、產品所承受之應力、電壓及其增多間歇動作的反覆次數等。7t:n.\8@+g+k&y"l所以加速壽命試驗是在物理與時間上，加速產品的劣化速度，以較短的時間試驗，獲取必要之壽命分佈數據，進而予以推估產品在正常使用狀態的壽命或失效率。半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺一般所使用的加速測試方式，有2種模式，其一為物理模式，其二為統計模式。在物理模式中是對於產品施予較嚴苛應力，再依其失效情況來推估正常使用應力下之壽命分佈，在所施予嚴苛應力中可分為熱應力、非熱應力與複合應力等。其二為統計模式，其中若對於產品若已有了一些使用經驗，或是已知產品失效分佈相關公式，則可採用貝氏法則(Bayser)，另一方面則是找尋常態應力和嚴苛應力條件二者累積失機率函數(CumulativeDistributionFunction；簡稱為CDF)之間的關係，稱為時間轉換式在電子業常用的加速壽命試驗中，最常使用的便就是熱應力負載 [19]，一般電子工業就是對其組件採提高溫度的測試法， 來加速隨機失效的發生， 也可當作不良製品的早夭加速壽命測試，一般許多的化學反應諸如金屬的生鏽、 潤滑劑的失效或半導體物質 [20]的擴散都符合阿忍尼斯定律 (ArrheniusLaw) 。根據最原始的阿忍尼斯定律，當一個物質經由化學反應而變成另一個新物質時，化學家所感興趣的是：新物質的性質與原來物質的性質有何不同、 反應發生的速率有多快、 以及控制這速率的因素有那些。有關這方面的探討均屬於化學動力學 (Chemicalkinetics 、或稱反應動力學，Reactionkinetics) 的領域。 一般而言，影響反應速率的因素有四個，即：反應物的本性、催化劑、反應物 .26m5Z S2o1h专业资料.之濃度及溫度；在工業上實驗部分通常都可控制了反應物本性、催化劑及溫度等變因，探討反應速率的濃度效應，在電子元件產業的可靠度實驗部分，則控制反應物本性、催化劑及濃度，觀察環境溫度對反應速率的影響。當產品對於使用溫度的改變有著明顯的加速率時，Arrhenius模式可用來探討產品反應速度和溫度間的關係，在文獻中也用此方式來討論各種化學變化與溫度的關係。其中溫度變化對於電子產品壽命影響，有著十分密切的關係，因為電子元件內部的化學變化是隨著溫度變化速度不同而有所改變，例如電解電容內部的電解液會隨溫度增加而導致化學反應速率的增加，化學變化的發生是導致元件快速產生失效的主因，故這種關係在化學上稱做阿忍尼斯方程式(ArrheniusEquation)其反應速率與溫度間最初的關係可表示成下式:+X.j4X3P-Tk=A*exp(-Ea/R*T)k為化學反應發生時的反應速率係數(ratecoefficient)，A為常數,Ea為活化能(activationenergy)，單位為仟焦耳(Kilo-Joule)，R理想氣體常數(universalgasconstant)，T為絕對溫度值(indegreesKelvin)。R值常為8.314x10-3kJoulemole-1K-1 。所以方程式可表示成G=C*exp(E/BT)G為化學反應的反應速率.2ic.:R&g3I9B7\;A0x.m5vC為加速因子常數E為化學反應時所需之“活化能量(activationenergy)(電“子單伏位特為：eV)半导体技术天地3V8I:B為波氏(Boltzman)常數(0.00008623eV/K).26|5u#`7N'xT為某加速條件下的絕對溫度专业资料.假設能找出某一性質 Q，和產品的壽命 η之間的某種關係， 則該產品的化學反應速率和產品之壽命乘積應該相等於 Q，即Cη=Q半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fables η=Q/C*exp(E/BT) 此處Q和C，都為常數將上式兩式取對數，可得知 ln( η)=U+E/BT;U=ln(Q/C)T為絕對溫度，單位為 Kelven，此即為 Arrhenius 加速圖紙的由來 [12]。半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片在工業實際的應用上，是將各項資料點繪在特殊的設計的圖表上，可利用圖解的方式，很快且容易地求出縱座標是以 ln( η為)單位，而橫座標單位為 1/T，將其各點繪置在特殊設計的圖紙之上， 找出一條適合的直線， 此種圖解法也可用在加速壽命測試之中。2A5_*Y;G:}若於嚴苛應力下進行加速壽命試驗，可得2組數據，則Arrhenius模型成立時的加速率為集,fab,fabless;a#`$?)N-pAF=(G1/G2)=(η2/η1)=Exp{(E/B)(1/T2-1/T1)}AF為加速率即加速因子(acceleratedfactor)所以只要知道兩種試驗的條件溫度(T1、T2)，即可得知加速因子A，其中有關於活化能E是分子於發生化學反應作用中，所需具備的最小能量，單位為電子伏特eV(Electron-Volts)。當試驗的溫度差度差距範圍不大時，則活化能 E值均可設定為常數 [11]，其數值的大小，可利用實驗，將其失效數據繪入 Arrhenius 加速壽命圖紙中可求得。 专业资料.首先你要确定产品寿命的置信度（ confidence level），一般 memory product 为60%,Logic product 90%.(但是，更重要的是你自己对这个产品寿命准确度的要求有多高 )。6U8H8Z/\3v7M"G,[其次，需要知道在 ArrheniusModel 下，产品的 Ea激活能（eV）是多少(需要综合考虑各种失效模式)。4{+Y*w0R4U8Z#k'I7n6H4g然后，根据customerusagemodel下与HTOL的stressmodel下温度和电压的差值(Delta),分别计算出At和Av2w7z!v5K7T+U7@2O2t)C6Q（其中，计算At时的TJ=Tambient+Theta*Vcc*Icc；Vaf根据devicedesign+经验确定）Av*At*Stresstime=lifetime@customerusagemodel.,^&x#A0|/R0L'M0j这样，2000hrsxAvxAt=等于实际情况下客户使用的时间。半导体技术天地*Q6@9r2S%x,f5R8G如果77个都pass,只能表明如果客户随机抽取77个产品，使用了2000hrxAvxAt时间后不会失效。:d4F7h-J"] 但是如果要预测寿命，只抽取 77个简单作 2000hr 是绝对不行的。一般要几千个样品试验，根据 48,168,500,1k,2k hrs时的失效数量，拟合到 Weibull 对数纸上，然后平移推定寿命的。半导体技术天地 ;a)g&I%k;q(n半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless3P2O%z'l/Q%R%f!u下文是根据要求寿命判定产品是否合格的 DOE方法，道理是相通的，可以帮助理解“寿命专业资料.“的概念。（本人就不打字了。。。）--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------"AD.M#L6h某种产品，要求在90%的信心度下 MTBF为2000H，如何判定此产品的可靠性是否达到了规定的要求？可以转化为判定此产品是否能通过规定时间的模拟运行测试，其关键是要找出测试时间；测试时间＝A×MTBFA，这个因子与“在这段时间允许失效的次数”和“90%的信心度”有关系。根据已经成熟的体系，直接代用公式：A＝0.5*X2（1-a，2(r+1)）半导体技术天地;z:q2}6[:b)E'wX2（1-a，2(r+1)）是自由度为2(r+1)的X平方分布的1-a的分位数；a是要求的信心度，为90%；r是允许的失效数，由你自己决定；此分布值可以通过EXCEL来计算，在EXCEL中对应的函数为CHIINV；如允许失效1次时，A=0.5*CHIINV(1-0.9,2*2)=0.5*CHIINV(0.1,4)＝0.5*7.78＝3.89；所以应该测试的时间为：3.89×2000＝7780H。也就是当设备运行7780H是只出现一次失效就认为此产品达到了要求的可靠性。或者，10个产品运行778个Hr出现的失效小于等于1个就可以认为达到了要求。依此类推。MTBF计算实例专业资料.前段时间一个韩国客户问 ,当时计算了一下，并回复级客户，拿出来分享并和大家讨论一下：6000台产品,每天工作10小时,工作一个月后有6台失效,MTBF是多少？1000台产品,每天工作24小时,工作一个月后有0.5台失效,MTBF是多少？那当1000台产品,每天工作24小时,连续工作一个月,要使其MTBF为第一种情况时的值时,需使其失效低于多少台?我的计算方法如下：计算方法一:1Fit=1/10^9小时意为：10^9小时坏了1台，失效率为1Fit1）6000台*10小时*30天=1800000台时，一个月坏了6台λ=6/180WMTBF=180W/6=30W 小时2）1000台*24小时*30天=720000台时，一个月坏了0.5台λ=0.5/72WMTBF=72W/0.5=144W小时3)6/==2.4/72也就是说180W台时坏了6台与72W坏了2.4台是等效的.计算方法二:(1)(2)(3)n=6000t*=300r=6公式：可靠度：R（t)=0.999=(6000-6)/6000专业资料0.9990005R(t)=e-λtMTBF=300000即当MTBF=30W 时，上面两个相等） n=1000t*=720r=0.5 R（t)=0.9995=(1000-0.5)/1000

. 0.999500125R(t)=e-λtMTBF=1440000即当MTBF=144W时，上面两个相等）n=1000t*=720r=2.4 R（t)=0.99760.997602878MTBF=300000即当1000台工作坏了2.4台时,MTBF=30W计算方法三:（参考cliffcrag可靠性统计试验方案EXCEL计算表第5页置信限(指数)示例1，再次感谢cliffcrag的无私奉献）专业资料.实例例：n=20t*=80r=10

本例 ㈠ ㈡ ㈢ 置信水平:0.95a=0.052r=20T=nt*1600解: