1 簡介

半導體組件有望在產品的整個生命周期內可靠地運行。 選擇具有最高可靠性等級的設備可以限制故障組件導致現場產品故障的可能性。 SiTime 提供滿足這一目標的振蕩器，超過 2.5 億個 MEMS 現場故障為零。

零現場故障令人印象深刻，但工程師希望確保零件已經過充分的可靠性測試。 衡量半導體組件可靠性的關鍵指標是平均無故障時間或 MTBF。 MTBF 越高，設備的預期壽命越長，因此設備越可靠。 本應用筆記描述了 SiTime MEMS 振蕩器預測 MTBF 的測試過程和計算。

2 加速測試

半導體組件的預測 MTBF 是時間故障 (FIT) 率的倒數，FIT 是在 10 億工作小時后統計預期的故障數量。 對器件進行 10 億小時的測試顯然是不現實的，因此常見的方法是在升高的溫度和電壓（老化）下進行加速測試，并進行更短的小時數外推。

SiTime 在設定為 125°C 的行業標準溫度的腔室中進行老化測試。 然而，由于部件通電時的散熱，在壓力測試和操作期間結溫通常會升高 5 度。 這被計入表 1 中的值。 由溫度引起的加速因子 AFT 遵循 Arrhenius 關系，并使用公式 1 參考標準工作溫度進行計算。

表 1. 溫度引起的加速因子的參數值

測試的 SiTime 振蕩器的標稱工作電壓為 3.3 伏。 壓力測試是在電源電壓為 3.6 伏或比標稱電壓高出約 10% 的條件下進行的。 電壓引起的加速因子 AFV 使用公式 2 計算，參數如表 2 中指定。

表 2. 電壓加速因子的參數值

3 SiTime 振蕩器的結果

SiTime 對數千個振蕩器進行了壓力測試，累計測試時間為 3,307,000 設備小時，無故障。 使用統計方法，可以使用公式 3 以一定的置信度預測 10 億小時后的故障數量，其中 n 是器件老化測試的小時數。

對于 90% 的置信水平為零失敗，X2 統計量的值為 4.6。 代入方程 3 得到 696.3 的 FIT0 率。 現在有必要使用公式 1 和 2 中的加速因子校正加速測試條件。調整后的最終 FIT 率由公式 4 給出。

使用表 1 和表 2 中的值來計算上述加速因子和 FIT0 值，SiTime 振蕩器的最終 FIT 為：

MTBF 是 FIT 率的倒數，以十億小時表示。 對于上面計算的 FIT 率，MTBF 約為 11.4 億小時或超過 130,000 年。 這大大超過了競爭性石英振蕩器的 MTBF，如圖 1 所示。

圖 1. 基于 SiTime MEMS 和石英的振蕩器在 MTBF 方面的可靠性

?關于SiTime公司

SiTime是一家專注于全硅MEMS時鐘解決方案的Fabless半導體設計公司。公司成立于2005年，于2019年在美國納斯達克上市。截至2021年底，全球累積出貨量已超過20億片，占據全球MEMS硅晶振市場90%以上份額。

SiTime采用MEMS技術與CMOS半導體技術相結合，依托先進的堆疊封裝工藝制作而成。無需更改PCB設計,即可P2P完全替代所有傳統石英振蕩器產品。大尺度頻率覆蓋范圍、國際標準封裝、靈活的產品組合，快捷的可編程交付方式。所有產品可在24小時內提供32KHz--725MHz任一頻率樣品供應,實現更高性能時鐘樣品的快速交付。SiTime硅晶振以穩定的性能和超高的性價比成為了大多數高性能主控芯片的理想時鐘選擇和強健的心臟。不僅可以縮短研發周期，節約開發調試成本，而能降低未來產品返修風險，快給你的電路換上一顆SiTime硅晶振吧。

關于SiTime樣品中心

SiTime樣品中心成立于2014年，由SiTime公司聯合北京晶圓電子有限公司共同創立，并由晶圓電子全權負責全面運營、客戶服務以及國內的交付任務。SiTime樣品中心宗旨是致力于加速SiTime硅晶振市場在大中華地區的應用普及,助力中國客戶產品時鐘解決方案升級換代。提供售前售后技術服務、24小時快速供樣、以及國內中小批量現貨支持和重要客戶的全方位策略服務。更多資訊可訪問SiTime樣品中心官網(www.sitimechina.com)。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SiTime 硅晶振的可靠性MTBF计算的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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