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QKC20190816:讀書會_早期壽命失效分析 [複製鏈接]

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本帖最後由 hlperng 於 2019-8-13 13:13 編輯

品質學會品質知識社群 (QKC) 讀書會
專題:早期壽命 (EL) 失效分析
時間:2019 年 08 月 16日(星期五) 16:00 - 18:00
地點:台北市羅斯福路二段 75 號 9 樓 (時代大樓品質學會九樓會議室)
引導:彭鴻霖 會友

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本帖最後由 hlperng 於 2019-8-30 20:46 編輯

產品失效隨時間的變化,大致可分為早夭期 (infant mortality period)、有用期 (useful period)、和磨耗期 (wear-out period) 三個階段,以失效率 (failure rate) 對時間 (time) 曲線表示,就像浴缸形狀,一般稱之為浴缸曲線 (bathtub curve)。

第一個階段早夭期又稱為早期壽命 (early life) 、除錯期 (de-bugging region)、或燒入期 (burn-in period)。此階段失效事件多、但隨時間增加而遞減,大致是因為用料不當、工藝不良等產生的次標準零件、人為誤差、製造過程管制不當、品管不足、和除錯不全等所造成的。

早期壽命失效率 (Early Life Failure Rate, ELFR) 的量測工作一般是產品鑑定階段進行,特別是半導體,也有的是當作產品可靠度持續監控作業的一部分。早期壽命試驗量測產品出廠後數個月的現場可靠度性能,甚至於涉及產品保固承諾、影響商譽。因此,建立可以在顧客實際使用的條件下,精確地推測早期壽命失效率的方法,是非常重要的工作。

早期壽命階段失效率為遞減失效率 (decreasing failure rate),描述此階段的失效行為有三種模式:(1) 假設失效發生時間為指數分布 (exponential distribution),(2) 假設此階段的失效發生時間為韋伯分布 (Weibull distribution),(3) 假設失效構因分別來自製造和設計兩個因素,製造因素造成的失效率隨時間成指數函數遞減、設計因素的失效則是常數失效率,此一數學模型稱為隨機不良品指數模型 (chance defective exponential, CDE)。

(1) 指數分布早期壽命
假設指數分布主要理由:數學簡單、常用易懂,顯然早期壽命階段的失效率(平均)應該是高於有用期,早夭期和有用期分別為兩個等常數失效率的階段,好像階梯一樣。有用期階段的失效率為λ0,是產品設計與驗證的可靠度目標。早期階段的失效率為 λEL,一般稱為早期壽命失效率,λEL > λ0





(2) 韋伯分布早期壽命
假設韋伯分布則認定失效率有明顯的隨時間變化(遞減)趨勢,因此形狀參數應該是小於 1,亦即 β < 1。






(3) 隨機不良品指數早期壽命
隨機不良品指數模型 (chance defective exponential, CDE) 在可靠度成長應用稱為 IBM 模型 (IBM model),假設在任何一時間點的設備失效有兩種形式:
  • 非隨機失效,因為設計、製造與工藝缺點(或瑕疵)所造成,假設失效率函數為 h(t) = D λm exp(-λm t),其中 D 為與產品出廠時可能存在的不良品數有關的常數;λm 為因為製造產生的失效率,為一常數值,隨著時間增加呈指數函數遞減。
  • 隨機失效,失效率為常數,h(t) = λ0


早期壽命階段主要指標為良率,相對應的負面指標為不良率,一般以PPM、DPM、DPPM 表示。ppm (PPM) 泛指百萬之一,DPM = Defect Per Million,百萬(檢驗點)的缺點數,DPPM = Defective Parts Per Million,百萬 (物件) 中的不良品數。

IEC/TS 62686-1:2015 4.8.5 節「出貨品質」(outgoing quality) 規定,元件原始製造者 (original component manufacturer, OCM) 必須量測均勻製造過程的 (outgoing quality, AOQ),以百萬分之缺點數 (DPM) 為單位,估算不良率時,每一裝置的任何功能、電性、目視、或機械規格要求,觀測結果的所有不符合都要納入缺點數的計算。


表觀活化能 (apparent activation energy),Eaa

參考資料:
  • JEDEC JESD-74A:2007 (reaffirmed 2014), Early Life Failure Rate Calculation Procedure for Semiconductor Components
  • JEDEC JESD-659, Failure-Mechanism-Driven Reliability Monitoring
  • JEDEC JESD-47, Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits
  • JEDEC JESD-85, Methods for Calculating Failure Rate in Units of FIT
  • JEDEC JESD-91, Method for Developing Acceleration Models for Electronic Component Failure Mechanisms








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