1 简介

零现场故障令人印象深刻，但工程师希望确保零件已经过充分的可靠性测试。 衡量半导体组件可靠性的关键指标是平均无故障时间（ MTBF）。 MTBF 越高，设备的预期寿命越长，因此设备越可靠。 本文描述了 SiTime MEMS 硅晶振预测 MTBF 的测试过程和计算。

2 加速测试

半导体组件的预测 MTBF 是时间故障 (FIT) 率的倒数，FIT 是在 10 亿工作小时后统计预期的故障数量。 对器件进行 10 亿小时的测试显然是不现实的，因此常见的方法是在升高的温度和电压（老化）下进行加速测试，并进行更短的小时数外推。

SiTime 在设定为 125°C 的行业标准温度的腔室中进行老化测试。 然而，由于部件通电时的散热，在压力测试和操作期间结温通常会升高 5 度。 这被计入表 1 中的值。 由温度引起的加速因子 AFT 遵循 Arrhenius 关系，并使用公式 1 参考标准工作温度进行计算。

表 1. 温度引起的加速因子的参数值

测试的 SiTime 振荡器的标称工作电压为 3.3 V。 压力测试是在电源电压为 3.6 V或比标称电压高出约 10% 的条件下进行的。 电压引起的加速因子 AFV 使用公式 2 计算，参数如表 2 中指定。

表 2. 电压加速因子的参数值

3 SiTime 振荡器的结果

SiTime 对数千个振荡器进行了压力测试，累计测试时间为 3,307,000 设备小时，无故障。 使用统计方法，可以使用公式 3 以一定的置信度预测 10 亿小时后的故障数量，其中 n 是器件老化测试的小时数。

对于 90% 的置信水平为零失败，X2 统计量的值为 4.6。 代入方程 3 得到 696.3 的 FIT0 率。 现在有必要使用公式 1 和 2 中的加速因子校正加速测试条件。调整后的最终 FIT 率由公式 4 给出。

使用表 1 和表 2 中的值来计算上述加速因子和 FIT0 值，SiTime 振荡器的最终 FIT 为：

MTBF 是 FIT 率的倒数，以十亿小时表示。 对于上面计算的 FIT 率，MTBF 约为 11.4 亿小时或超过 130,000 年。 这大大超过了竞争性石英振荡器的 MTBF，如图 1 所示。

图 1. 基于 SiTime MEMS 和石英的振荡器在 MTBF 方面的可靠性

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