介绍

    MEMS振荡器在半导体元件中拥有最高可靠性等级。选择具有最高可靠性等级的器件避免了组件故障的可能性导致现场产品故障。 SiTime提供了满足此目标的MEMS振荡器，全球超过2.5亿只（截至2015年1月）出货量无故障率。

    零故障率令人印象深刻，但工程师希望确保零件已经充分测试可靠性。半导体元件的可靠性测量的关键指标是平均故障间隔时间MTBF。MTBF越高，预期寿命越长该设备越可靠。本应用笔记介绍了SiTime MEMS振荡器MTBF的测试和计算。

加速测试

    半导体元件预测MTBF是时间失效（FIT）的倒数率，这是十几个小时后统计预期的故障数。因为测试设备十亿小时显然不现实，所以通常的做法是在较高的温度和电压（老化）下进行加速测试数小时并推断。
    SiTime在一个设定为工业标准温度的室内进行了老化测试。 然而，由于部件上电时的散热，通常会有一个故障压力测试期间和运行期间结温上升。 这是因子转入表1中的值。 由温度导致的加速因子AFT遵循Arrhenius关系，并使用等式1参考标准工作温度计算。

等式1

表1.由于温度引起的加速因子的参数值

    被测SiTime振荡器的额定工作电压为3.3V。 压力测试是在电源电压下达到3.6伏，或高于额定电压约10％。使用等式2计算由电压AFV引起的加速因子与参数如表2所示。

等式2

表2.由于电压引起的加速因子的参数值

SiTime振荡器的计算结果

    SiTime压力测试了数千个振荡器，累积测试时间为3,307,000小时没有失败。 使用此统计方法可以预测经过10亿小时测试的失败次数，使用等式3，其中n是老化测试的设备小时数。

等式3

    对于零失败的90％置信水平，χ2统计值为4.6。插入方程3导致FIT0率为696.3。 现在需要纠正加速测试使用等式1和2的加速度因子的条件。调整后的最终FIT率为由等式4给出。

等式4

    使用表1和表2中的值计算加速因子和FIT0值，SiTime振荡器的最终FIT是：

等式5

    MTBF是FIT率的倒数，以数十亿小时表示。 对于FIT率计算，MTBF约为1140万小时或超过13万年。 这远远超过石英振荡器的MTBF，如下图所示。

结论

    SiTime可靠性测试表明FIT率小于0.9，对应于MTBF为1140万小时。 这是石英振荡器的MTBF的30倍，因而SiTime MEMS振荡器是市场上最可靠的振荡器。

相关链接：SiTime硅晶振产品选型