失效物理模型与加速寿命试验.ppt

1、失效物理模型与加速寿命试验,主讲人: 王 杰 博士,几种常用的失效物理模型,5、最弱环（串联）模型 6、并联（筷子）模型 7、累积损伤（疲劳损伤）模型,Arrhennius模型 Eyring模型,1、界限模型 2、耐久模型 3、应力强度模型 4、反应速度论模型,界限模型,能量积累超过某一程度即引起失效,应力超过某一界限时即引起失效,思路： 不考虑时间，关注界限,改进措施：,了解界限,设计安全余量,限制工作环境和条件,耐久模型,元器件的应力在界限以内，开始工作正常，但长久后发生失效,思路：,应力（能量）会随时间的推移而积累，当达到一定量就失效,考虑应力和时间,从时间轴看：损伤积累是内因,按应力强

2、度模型解释：强度的退化,退化模型,损伤累积模型,应力强度模型,电子元器件对任何应力都有一定承受能力的限度（强度），当应力超过该强度 时，元器件就失效。,安全裕度（系数）：强度最低值与应力最大值之比,反应速度论Arrhennius模型,元器件的特性退化直至失效，是由构成其物质的原子或分子因 化学或物理原因随时间发生了不良的变化（反应）。,反应速率越快，寿命越短,19世纪，Arrhenius从化学实验的经验中总结出：,反应速率和激活能的指数成反比，与温度倒数的指数成反比,M元器件某特性量或退化量 A系数 E某种反应的激活能 k玻尔兹曼（Boltzman）常数,0.861710-4eV/K T绝对温

3、度,反应速度论 Eyring模型,在Arrhenius中只考虑了温度应力,考虑温度在内的多种应力和寿命的关系，其反应速率：,R(T,S)R0f1f2,S非温度应力 R0a(k/h)Texp(-E/(kT)只有温度应力时的艾林反应速率 h普朗克常量 f1=exp(CS)考虑非温度应力存在时对能量分布的修正因子 f2=exp(DS)考虑非温度应力存在时对激活能的修正因子 a,C,D待定常数,电应力对寿命的影响,K，c为常数,串/并联模型,元器件由n个部分组成，其中任何一个部分失效都会引起元器件整体失效,并联（筷子）模型,最弱环（串联）模型,容错设计,以整流二极管为例： 引出端、内外引线连接、内引线

4、与芯片的键合、p-Si、pn结、n-Si等,串联数越多，可靠性越低,组成并联系统的一个部件失效，系统还能正常工作,大规模集成电路的随机储存器,累积损伤（疲劳损伤）模型,或,在单一应力Si下，元器件的寿命为Li，作用时间为ti,受到应力产生的缺陷：可逆 不可逆,满足下式的m次应力时失效,Miner（迈因纳）法则,加速寿命试验统计分布,1.加速寿命试验概述,1.1 加速寿命试验的目的,思想：用加大应力的办法，加快产品失效，缩短试验时间，运用加速寿命模型， 估计出产品在正常工作应力下的可靠性特征,注意：真正的加速,A、短时间内估计器件的可靠性水平，外推在额定条件下的失效率 B、短时间内通过试验结果，

5、检验器件设计、工艺等的改进效果 C、短时间内暴露失效形式，了解失效机理。合理制定筛选条件和例行试验规范,1.2 加速寿命试验的分类,恒定应力 步进应力 序进应力,加速寿命试验统计分布,1.3 加速寿命试验的理论依据,（1）以温度T为变量的加速方程,dM/dt=Aexp(-E/kT),M1-M0=Aexp(-E/kT)(t1-t0),t=(M/A)exp(E/kT),lnt=ln(M/A)+E/kT,lnt=a+b(1/T),E和a与b的计算,加速系数,加速寿命试验统计分布,(2) 以电应力为变量的加速方程,lgt=-clgV-lgK,K和c的计算,加速系数,加速寿命试验统计分布,2.恒应力加速寿命的设计要素,2.1 加速应力的选择,2.2确定加速应力的水平,原则：失效机理（模式）相同,水平数 水平大小 水平间隔,T？ V？,3.3试样的选取,3.4确定测试周期,3.5试验的停止时间,加速寿命试