電子元件老煉試驗(yàn)技術(shù)、
老煉是對(duì)電子元器件施加應(yīng)力,剔除有缺陷的元器件的過程。長時(shí)間的老煉會(huì)對(duì)一些原本健康的器件壽命產(chǎn)生影響,但是時(shí)間過短卻又不能起到很好地剔除有缺陷的元器件的目的。在相關(guān)文章的基礎(chǔ)上總結(jié)了哪類電子元器件適合進(jìn)行老煉,以及元器件老煉時(shí)間的優(yōu)化問題,提出電子元器件

1 　引　言
老煉是工程上常用來剔除早期失效產(chǎn)品,提高系統(tǒng)可靠性的方法。通常生產(chǎn)廠商生產(chǎn)出一批產(chǎn)品后,由于各種不確定因素,會(huì)導(dǎo)致同一批產(chǎn)品中各個(gè)元器件的可靠性不同。為了保證提交到用戶手中的產(chǎn)品的質(zhì)量,生產(chǎn)廠商會(huì)在產(chǎn)品包裝出廠前對(duì)元器件進(jìn)行老煉,即是在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)元器件施加一定的應(yīng)力,如電流、電壓、溫度等,且通常高于其正常使用應(yīng)力,從而剔除一些有缺陷的產(chǎn)品,保證出廠的產(chǎn)品質(zhì)量。
隨著市場競爭越來越激烈,用戶對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高。作為提高產(chǎn)品可靠性的重要手段,老煉技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用與重視。但是由于老煉是對(duì)元器件施加過應(yīng)力,所以長時(shí)間的老煉也會(huì)對(duì)一些原本“健康”的元器件壽命產(chǎn)生影響,但時(shí)間過短卻又不能起到很好的剔除有缺陷的產(chǎn)品的目的,況且老煉會(huì)增加器件生產(chǎn)成本,在市場競爭激烈的今天,增加成本顯然不是生產(chǎn)廠家所希望的。所以,如何將老煉時(shí)間*優(yōu)化,在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能的降低成本,是老煉研究的主要方向。

2 　老煉的前提
通常老煉分為3個(gè)步驟:首先確定元器件的壽命分布;其次判斷其壽命分布在早期是否為下降曲線;*后在挑選相應(yīng)的老煉準(zhǔn)則對(duì)元器件進(jìn)行老煉。由此可見,并不是所有元器件都適合通過老煉來提高可靠性的,那么什么樣的元器件或系統(tǒng)適合進(jìn)行老煉,具有什么樣壽命分布的總體才需要進(jìn)行老煉,先來看下面一些例子。
圖1 　失效率的各種類型 (詳見后面附件)
圖1 給出常見的幾種失效率的曲線。不難理解,對(duì)于曲線AL不適合進(jìn)行老煉。適合老煉的條件,首先是失效率在初始必須單調(diào)遞減;其次趨于穩(wěn)定為一個(gè)常數(shù),由此可知,類似曲線QAL失效率分布的器件才是適合進(jìn)行老煉的。對(duì)于這類曲線,這里將其稱之為浴盆曲線。嚴(yán)格的浴盆曲線的定義為:壽命X 為一隨機(jī)變
量,其分布函數(shù)為F(t) , 密度函數(shù)為f (t) , 失效率為r( t) = f ( t) /F ( t) ,其中F (t) = 1- F( t) ,如果存在著2個(gè)點(diǎn)0 ≤t1 ≤t2 ≤ ∞,使得: r( t) 為:

則這個(gè)曲線為浴盆曲線, t1 , t2稱為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由定義可以看出,針對(duì)的是連續(xù)函數(shù),實(shí)際上對(duì)于離散函數(shù)來說這個(gè)定義同樣成立。
大部分機(jī)械和電氣設(shè)備都近似具有浴盆曲線這樣的分布,一般的工業(yè)產(chǎn)品也都具有相同的分布,只有極少一部分是不相同的。雖然這一小部分的失效率曲線不嚴(yán)格符合浴盆曲線,但是經(jīng)過采樣后它們的混合樣本的分布也是近似于滿足浴盆曲線的。舉個(gè)簡單的例子,假設(shè)這里有兩個(gè)服從指數(shù)分布的相互獨(dú)立的樣本總體,且它們的期望一個(gè)較大,一個(gè)較小。從這兩個(gè)總體中進(jìn)行抽樣,所得到的樣本失效率就會(huì)基本上符合浴盆曲
線。對(duì)這一現(xiàn)象直觀上的解釋是:由于兩者的期望不同,那么在早期的高失效率就歸因于期望較低的那個(gè)總體,但是隨著時(shí)間的進(jìn)行,當(dāng)這一總體的器件基本上全部失效后,由于剩下的另一總體的期望較大,所以失效率下降,且基本穩(wěn)定為一常數(shù)。這樣,就得到了常見的浴盆曲線。
還有一種浴盆曲線的特殊形式,即沒有*后的老化的失效率上升的部分。其實(shí)這樣的曲線十分的復(fù)合一些電氣產(chǎn)品,因?yàn)樗鼈兇蟛糠值氖褂脡勖己荛L,在還沒有失效前就已經(jīng)廢棄不用了。

3 　老煉的準(zhǔn)則及優(yōu)化時(shí)間的確定
在確定產(chǎn)品需要進(jìn)行老煉之后,就該決定基于怎樣的老煉準(zhǔn)則來對(duì)器件進(jìn)行老煉。常用的準(zhǔn)則由以下3種:基于性能、基于成本、基于性能及成本。
首先,假設(shè)器件其失效率都是符合浴盆曲線的,轉(zhuǎn)折點(diǎn)為t1 , t2。下面主要介紹基于性能考慮的一些準(zhǔn)則和基于成本的準(zhǔn)則來論述老煉時(shí)間的優(yōu)化問題。
3. 1 　基于性能的準(zhǔn)則
在這部分,僅是從對(duì)器件性能的影響上來考慮,而不加入任何成本的因素。老煉時(shí)間的優(yōu)化問題*早于1961年提出,*初的注意力集中在老煉后的平均剩余壽命上,即期望得到的結(jié)果是老煉后的器件的平均壽命要盡可能地比老煉前的大。所以該準(zhǔn)則都是為了使得剩余壽命盡可能的大。

3. 2 　基于成本函數(shù)的準(zhǔn)則
基于成本是老煉的另一準(zhǔn)則。下面列出文獻(xiàn)中總結(jié)的幾條關(guān)于成本方程得準(zhǔn)則。其出發(fā)點(diǎn)都是一樣的,列出成本方程, 然后找到一個(gè)b,使得所花費(fèi)的成本*少即可。

3. 3 　其他準(zhǔn)則
此外還有一些方法來確定*優(yōu)老煉時(shí)間的方法,如達(dá)到可靠度目標(biāo)法,通常事先定出所欲達(dá)到的可靠度目標(biāo),然后將可靠度目標(biāo)值,代入累計(jì)失效方程中求解得出*優(yōu)老煉時(shí)間。還有貝氏法,通常用于混合型分布的轉(zhuǎn)換點(diǎn)的估計(jì),尤其應(yīng)用于一些小樣本的產(chǎn)品,不易確定其失效分布的場合。還可以根據(jù)應(yīng)用場合將各種準(zhǔn)則相互結(jié)合,*終確定老煉時(shí)間。

老煉時(shí)間的決定,很大程度上要求對(duì)元器件的失效分布有近可能準(zhǔn)確的模型,從統(tǒng)計(jì)學(xué)來說,這需要很多
的失效數(shù)據(jù)才能分析得出。但由于元器件生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展速度日新月異,或者出于成本的考慮,一些器件的制造成本很高,失效信息的收集成為一大難題。在不能準(zhǔn)確知道失效分布、失效主要原因的情況下,老煉的過程中,施加多大的應(yīng)力、進(jìn)行多長時(shí)間的老煉都是無法合理確定的,這也為老煉的發(fā)展提供了研究方向。
4 　結(jié)　語
老煉的思想是在20 世紀(jì)50 年代提出來的,雖然不可避免的,老煉增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,但老煉是一種
有效地提高器件可靠性的手段,在老煉中暴露出來的實(shí)效原因,經(jīng)過分析之后可以很好地反饋到元器件生產(chǎn)廠
家中去,在新產(chǎn)品或下一批產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中生產(chǎn)中加以改進(jìn)和完善,產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性就可以得到很大的提
高。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,老煉已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),尤其是電子元器件生產(chǎn)中。伴隨著工業(yè)的發(fā)展與顧
客對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量追求越來越高,老煉技術(shù)必將在越來越多的領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

參　考　文　獻(xiàn)

[1 ] Henry Block W , Tomas H Savit s. Burn2In. StatisticalScience ,1997 ,12 (1) :1219.
[2 ] Way Kuo ,Taeho Kim. An Overview of Manufacturing Yield andReliability Modeling for Semiconductor Product s. Proceedings ofIEEE ,1999 ,87 (8) .
[3 ] Thomas S Barnett . Relating Yield Models to Brun2in FallOut inTime [ C ] . ITC International Test Conference , 1 :77284.
[4 ] Won Young Yun , Yang Woo Lee , Luis Ferreira. Optimal Burn-inTime Under Cumulative Free Replacement Warranty. ReliabilityEngineering and System Safety , 2002 , 78 :932100.
[5 ] 楊錦章,謝國臺(tái),劉祖榮. SDRAM 產(chǎn)品預(yù)燒時(shí)間之研究[J ] .華中理工學(xué)刊,2004 ,2 (1):46252.
[6 ] Henry W Block ,J ie Mi , Thomas H Savit s. Some Result s onBurn-In[J ] . Statistica Sinica ,1994 ,4 :5252533.
[7 ] Henry Block , Harry Joe. Tail Behavior of the Failure RateFunctions of Mixtures. Lifetime Data Analysis , 1997 ( 3 ):2692288.
[8 ] Ji Hwan Cha , Sangyeol Lee ,J ie Mi. Bounding the OptimalBurn-in Time for a System with Two Types of Failure. Naval ResearchLogistics ,2004.
[9 ] Wei Ting Kary Chien ,Way Kuo. A Nonparamet ric Bayes Approachto Decide System Burn-In Time. Naval Research Logistics ,1997.
[10 ] Xie M , Lai C D. Reliability Analysis Using an AdditiveWeibull Model with Bathtub2Shaped Failure Rate Function.Reliability Engineering and System Safety ,1995 ,52 :87293.