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电子器件可靠性认证与评估，国外怎么做的？

2022-09-20 17:56:03·  来源：可靠性知识  
　
电子器件可靠性评估是指对电子器件产品、半成品或模拟样片(各种测试结构图形)，通过各种可靠性评价方法，如可靠性试验、加速寿命试验和快速评价技术等，并运用数

电子器件可靠性评估是指对电子器件产品、半成品或模拟样片(各种测试结构图形)，通过各种可靠性评价方法，如可靠性试验、加速寿命试验和快速评价技术等，并运用数理统计工具和有关模拟仿真软件来评定其寿命、失效率或可靠性质量等级。


不同领域的电子器件可能采用的可靠性标准不一样，本文分享被光电子器件行业广泛采纳的可靠性标准 GR-468-CORE-Issue2，了解一下标准中关于光电子器件可靠性认证与评估相关知识内容。

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 一、可靠性认证项目


图一显示了GR468中提到可靠性认证的六个基本项目，这些项目除器件可靠性验证外，其他五项均与生产的标准化作业直接相关，目的是通过制程控制来保障产品可靠性。这与精益六西格玛原则中的控制理念异曲同工。图1分别对这六个项目所涉及到的主要内容进行了说明。


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图1


在可靠性认证六个基本项目中，如要高质量地去执行它们，有3个关键点需要特别注意：

（1）稳定的工艺参数：根据以往经验，绝大多数的失效案例与制造工艺直接相关；设备的迁移，工艺参数的微调均需要通过试验来验证可靠性。成熟、稳定工艺是产品可靠性重要保障。

（2）可信任的测试系统：测试是拦截失效品的有效途径，因此，测试系统的置信度非常关键。测试系统是否可靠需要经过GR&R（重复性与再现性）试验检验，且测试系统投入生产后需坚决执行金样监控与过程控制。

（3）有效且无损的筛选：偶尔存在某些失效，我们在工艺或测试中没有办法去控制或拦截它，即便我们清楚其根因。这需要制定更加有效的筛选策略——加大应力，加速失效品损耗（如温循或老化）。同时，我们需要通过可靠性试验去认真评估该策略的有效性（失效样品）与非破坏性（正常样品）。


二、可靠性试验项目


上述六个项目中，器件可靠性验证是最重要的一个项目，而可靠性试验是器件可靠性验证项目的必要手段。GR468对光电子器件可靠性试验的执行程序与主要项目（测试项，试验条件，样本量等）进行了说明。基于实践，我们对可靠性试验的执行程序与试验项目进行了归纳整理（请见图2）。更详细内容，请参考GR-468-CORE-Issue 2。

需要注意的是：可靠性试验的所有加载条件（温度，电压等）需要应用方—客户代表进行拉通对齐。


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图2


三、可靠性结果评价


近年来，统计分析在制造行业获得推崇与应用，催生了六西格玛法则，DOE，SPC等一系列概念。概率、方差分析与相关性分析的引入可以大大缩短制造周期与成本。同理，为降低可靠性试验周期与成本，概率分析被应用于可靠性评估。


试验样品与置信度


根据GR468，不同置信度水平，器件应力测试对样品量需求不同。表1展示了不同LTPD（容许缺陷度，与置信度相反）对应的取样数量与允许失效数目。以高温带电老化试验为例，如果试验结果达到80%置信度（20% LTPD），我们至少需要11个样品且试验结果为0失效；或者18个样品存在1个失效。如不能满足，可靠性认证试验宣告失败。

根据经验，光电子芯片类一般要求90%的置信度，即22个样品有0失效，38个允许1个失效；光电子器件或模块一般要求80%置信度，即11个样品有0个失效，18个允许有1个失效。

表1

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工作寿命与失效率


一般电信级应用要求光器件的工作寿命是20年，二十年累积失效率：<100Fits。加速老化试验，是通过提高应力，用2000Hr的试验结果推算器件的工作寿命。然后选择恰当的概率分布去计算器件的失效率。

这其中涉及两个模型，一个是针对单个器件性能退化的寿命外推模型，一个是针对于所有器件的累积失效的概率分布模型。推算寿命与失效率时，两个模型的选择非常重要。针对这两个模型以及后面失效率具体计算方法有机会再详细介绍，这里不做赘述。


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MTBF（平均故障间隔）与FR（失效率）是评估器件故障率的两个指标。这两个参数是紧密相关的。从客户角度，一般会选择失效率作为出厂指标。失效率的常用单位是Fit（1Fit 指10^9h 内，出现一次故障）。

产品生命周期内有两种失效模式：wear-out失效以及random失效。两种失效模式的表现形式有所不同，其对应概率分布函数也不相同。wear-out累积失效率指的是器件性能随时间累积的逐步退化，与样本量多少没有强相关；而random的累积失效率一般包含60% &90%两个置信度，与时间累积没有关联性，其计算结果与样本量*老化时间以及器件失效数量强相关，因此计算random FR 需要投入大量的样本进行试验。一般情况下，产品发货前，这两个失效率的结果都需要反馈给客户。表2为产品可靠性报告中需呈现的失效率表格（来自GR468标准）。

表2

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