Độ tin cậy hệ thống Thiết kế đánh giá độ tin cậy

Chia sẻ: Sas Sas | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thiết kế đánh giá độ tin cậy DART (design assessment reliability testing) mục tiêu là nghiên cứu giảm rủi ro của sản phẩm, được thực hiện chủ yếu thông qua các phương pháp thử nghiệm gia tốc. Mục tiêu của các nghiên cứu này nhầm làm quá trình trưởng thành của thiết kế càng nhanh càng tốt thong qua việc nhận dạng các chế độ hỏng hóc tiềm tàng và các tác động sửa sai đúng đắn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Độ tin cậy hệ thống Thiết kế đánh giá độ tin cậy

THI T K ðÁNH GIÁ ð TIN C Y 1. M ñu Trong thi t k ñánh giá ñ tin c y DART (design assessment reliability testing), m c tiêu là nghiên c u gi m r i ro c a s n ph m, ñư c th c hi n ch y u thông qua các phương pháp th nghi m gia t c. M c tiêu c a các nghiên c u này nh m làm quá trình trư ng thành c a thi t k càng nhanh càng t t thông qua vi c nh n d ng các ch ñ h ng hóc ti m tàng và các tác ñ ng s a sai ñúng ñ n (xem hình 1). Tăng trư ng ñ tin c y trong h u h t s n ph m ñ u x u t hi n trong giai ño n này (xem hình 2). Lúc này, chi phí cho tăng trư ng ñ u ñ tin c y là r t bé so v i th nghi m k ti p v ñ chín ch n c a thi t k (DTM: design maturity testing). Như t h , s n ph m c n ñư c hoàn thi n trong giai ño n này. Trong giai ño n ý tư ng (c ng giai ño n 1), ch c ng c các ý tư ng thi t k , chưa phát tri n y u t tăng trư ng th c t . Tác ñ ng ch y u lên ñ tin c y c a s n ph m lúc này là ch n cơ s xây d ng s n ph m. Trong giai ño n ñánh giá (c ng giai ño n 2) nh m tìm ra các thành ph n thi t k ch y u và k t thúc. T kh năng thay ñ i ti m tàng l n, giai ño n này s có nh hư ng l n lên ñ tin c y c a s n ph m . Trong giai ño n phát tri n (c ng giai ño n 3), và giai ño n s n xu t (c ng giai ño n 5) v i d ng c c m tay t i ch , m ch in ñã hoàn t t, và vi c l a ch n các linh kiên ñã xong. M c tiêu c a DART (Design Assessment Reliability Testing) là xác ñ nh các ch ñ h ng hóc ti m tàng c h u trong thi t k ban ñ u c a quá trình thi t k . Tìm ra nguyên nhân c i ngu n c a ch ñ h ng hóc r i tích h p trong thi t k , thì th c hi n tăng trư ng ñ tin c y ñư c. ði u này th c hi n ñư c thông qua thi t k ra kh năng xu t hi n
c a h ng hóc ti m tàng khi ñ n tay khách hàng và gi m r i ro c h u khi phát tri n các s n ph m m i. Quá trình này còn ñu c g i là giai ño n gi m r i ro (Risk-Mitigation Phase). Hình 1 mô t quá trình và m t s l i ñi m trong DART (Design Assessment Reliability Testing). DART trong c p l p ghép hay c p l p ghép con dùng phép th nghi m stress theo bư c (step-stress) làm phương pháp cơ b n. Chú ý là HALT (Highly Accelerated Life Testing) không ch có nghĩa là mô ph ng trong th i gian th c mà là phương ti n nhanh ñ kích kh i các ch ñ h ng hóc. Cơ s toán h c và ý ni m v phép th step-stress ñư c mô t trong chương 9. Trong c p ñ h n h p hay c p h p thành, có th dùng các phương pháp th nghi m khác theo mô t ph n 3. Phương pháp stress gia t c giúp tìm ra ch ñ h ng hóc ti m tàng c a thi t b trong th i gian ng n nh t. Các phương pháp này thư ng dùng các phép th nghi m tu n t (sequential) như phép th nghi m step-stressing dùng y u t nhi t ñ và rung ñ ng. Hai y u t stress này còn ñu c k t h p ñ ng th i. ði u này càng làm tăng nhanh quá trình th nghi m, và n u xu t hi n các ch ñ h ng hóc tương tác rung ñ ng/nhi t, thì phép th nghi m k t h p này là phương ti n duy nh t ñ phát hi n ra. Ph n ti p th o lu n v các phương pháp th nghi m này. M t y u t stress khác có th dùng là tăng công su t step-stress, power cycling, package preconditioning with infrared (IR) reflow, mô ph ng x tĩnh ñi n (ESD) và nhi u phương pháp khác. Ch n l a phuơng pháp nào thì tùy d ng và ñơn v th nghi m cùng các ch ñ h ng hóc ti m tàng c a ñơn v . 2. Phương pháp th nghi m HALT b n góc HALT ch y u ñư c dùng trong c p l p ghép hay c p l p ghép con. Phương pháp th nghi m HALT thì c n ñ n phòng HALT. Nhi u nhà cung c p ñã s n xu t ra các h th ng v i nhi u môi tru ng stress. Phòng này là duy nh t có th th c hi n các th nghi m step-stress v c nhi t ñ và rung ñ ng. Th nghi m này ch y u ñu c th c hi n trong giai ño n ñánh giá (Evaluation Phase) trong ñó các ñơn v ñư c ráp m ch th nghi m hay xây d ng các m u th (prototypes - xem hình 3) và còn ñu c th c hi n trong c ng giai ño n 3 ñ ki m nghi m l i k t qu c a th nghi m HALT trư c ñó. Quá trình phân tích h ng hóc FA (Failure Analysis) và th c hi n tác ñ ng hi u ch nh trong su t giai ño n th nghi m. Do th nghi m HALT là d ng th nghi m stress gia t c, cho phép xu t hi n r t
nhanh quá trình tăng tru ng ñ tin c y khi thi t l p ñúng tác ñ ng hi u ch nh. Hơn n a, th nghi m này còn giúp thi t l p tiêu chu n th m tra ti m năng, c n có trong quá trình tăng tru ng c a năm s n xu t ñ u tiên. Phương pháp th nghi m HALT ñư c th c hi n v i b n góc th nghi m. ð u tiên, là các th nghi m step-stress v nhi t ñ và rung ñ ng, như mô t trong ph n 2.1 và 2.2. M c tiêu c a th nghi m này là tìm ra gi i h n khi v n hành và khi không v n hành c a ñơn v ñu c th . Các gi i h n này, khi tìm ñư c v i ñi u ki n nhi t ñ và rung ñ ng, t o ra b n góc c a th nghi m HALT (xem hình 4). Khi xác ñ nh ñu c các ch ñ h ng hóc, các k sư ñánh giá ch ñ h ng hóc r i th c hi n tác ñ ng hi u ch nh thích h p. Ph n 9.2 tóm t t các hư ng d n thích h p ñ ñánh giá ch ñ h ng hóc. Ti p ñ n là các th nghi m k t h p nhi t và rung ñ ng, như mô t ph n 2.3. Cu i cùng, th nghi m stress gia t c nhi t ñ , theo mô t ph n 2.4. Sau khi th c hi n tác ñ ng hi u ch nh, th nghi m v i các ñơn v m i dùng phương ti n tương t ñ xác ñ nh h u qu c a ch ñ h ng hóc m i và thi t l p gi i h n m i. C n ti p t c nghiên c u các ñi u ki n có liên quan ñ n ch ñ h ng hóc nh n d ng ñu c thông qua h th ng tác ñ ng phân tích/s a ch a h ng hóc. 2.1 Th nghi m HALT step – stress v nhi t Th nghi m step-stress v nhi t là th nghi m HALT ñư c dùng nhi u nh t. HALT dùng các th nghi m step-stress v nhi t ñ ñ tác ñ ng vào các ch ñ h ng hóc có liên quan ñ n y u t nhi t ñ . Thông thư ng thì step-stress là m t phương pháp khác c a th nghi m v tu i th (life testing) (xem chương 9). ðây là m t công c r t m nh nh m tìm ra cơ ch hóa-nhi t không m. (thí d : khu ch tán liên kim lo i metal interdiffusion, bài toán tăng tru ng intermetallic như ch t th i Kirkendall (Kirkendall voiding), chuy n d ch ñi n t (electromigration), phá h ng c ng MOS (gate wear out), etc.). Th nghi m còn ñu c dùng trong nghiên c u sâu v ñ tin c y. Do công c HALT kh o sát ch ñ h ng hóc ti m năng, các th nghi m nhi t step-stress thư ng b t ñ u t nhi t ñ phòng và luôn ñu c áp d ng ñ l nh step-stresses b ng cách gi m nhi t ñ t ng bư c m i l n 10°C. M i nhi t ñ d ng l i ñ lâu ñ ñơn v th n ñ nh v nhi t. Trong HALT, ñơn v th ñư c giám sát cho ñ n khi ñ t ñu c ngư ng gi i h n ho t ñ ng dư i và th c hi n v i t ng ch ñ h ng hóc. Th nghi m ti p t c cho ñ n khi xác ñ nh ñư c là h ng hóc quan sát ñư c là do cơ ch phá h ng (wear-out). Ti p ñ n, th c hi n các bư c step-stress v ñ nóng b ng cách tăng nhi t ñ m i l n 10°C, t nhi t ñ phòng. Nhi t ñ ñư c duy trì ñ lâu ñ ñơn v th n ñ nh ñu c v nhi t ñ . Tìm gi i h n nhi t ñ ho t ñ ng trên, ti p t c cho ñ n khi xác ñ nh ñu c cơ ch phá h ng (wear-out). Sau khi tìm ra các gi i h n ho t ñ ng, xác ñ nh ñư c các gi i h n phá h ng: ñ u tiên là gi i h n l nh, ti p ñ n là gi i h n nóng. Gi i h n công tác dùng xác ñ nh ñi m mà ñơn v th vư t kh i các ñ c tính ho t ñ ng nhưng v n hành ñư c dùng các ch nh ñ nh v nhi t ñ .. Gi i h n phá h ng ñu c
dùng ñ xác ñ nh ñi m t i ñó ñơn v không th ph c h i ñư c, dù ñã lo i tr h t m i y u t stress. 2.2 Th nghi m HALT step – stress v rung ñ ng ng d ng stress rung ñ ng là công c quan tr ng ñ tìm cơ ch h ng hóc cơ h c như các v n ñ có liên quan ñ n gá l p cơ h c (mechanical attachment), tính nguyên v n c a ñóng gói (package integrity), mõi , v.v... Th nghi m rung ñ ng step-stress ñư c th c hi n b ng cách gia tăng rung ñ ng t m c không cho ñ n m t bư c ñ nh trư c (tùy theo nh n ñ nh k thu t) trong t m t n s ñ c thù. Ch n ñ ng ñ u vào ñư c liên t c nh y bư c cho ñ n khi có ñư c m c v n hành và/hay m c phá h ng. Th i gian duy trì cho m i rung ñ ng ñư c ñ nh trư c khi th nghi m. Các rung ñ ng kích thích c a t ng m c ñ nh trư c ñư c ñưa vào nh m phát hi n có h ng hóc có liên quan nhưng chưa ñu c phát hi n ñ n m c rung ñ ng c p cao. 2.3 Th nghi m step stress v nhi t/rung ñ ng Do tính tương tác c a cơ ch h ng hóc nhi t ñ /rung ñ ng nên c n ñư c k t h p l i trong HALT. Các cơ ch h ng hóc này không th ñư c phát hi n d dàng v i ñ c m t y u t stress. Cơ ch h ng hóc ti m tàng khi g p các y u t stress ñ ng th i s tăng t c nhanh hơn. Áp d ng vào các cơ ch , thí d ch ñ h ng do mõi, thì thư ng b nh hư ng c a t t c môi trư ng (nhi t ñ và rung ñ ng) m t cách ñ c l p. Tuy nhiên, trong m t s trư ng h p, ch c n m t y u t tăng cư ng này hay m t s y u t khác là phát hi n ngay ñư c ch ñ h ng hóc, chưa c n các th nghi m h n h p. Trong th nghi m HALT h n h p, thư ng dùng sáu m c nhi t ñ cao c a các bư c nhi t 10°C step-stress. Các m c rung ñ ng k t h p b t ñ u v i kho ng x p x m c phân n a m c rung ñ ng “v n hành” ñã tìm ñư c trong quá trình th nghi m rung ñ ng step-stress. Dùng m t m c rung ñ ng trong m i l n c a sáu bư c nhi t tăng cư ng. Vi c th nghi m chuy n ñ i nhanh nhi t ñ ñư c th c hi n ti p theo v i ba m c rung ñ ng cao v a tìm ñư c trong quá trình th nghi m stress rung ñ ng. C n có báo cáo t ng k t th nghi m, cung c p chi ti t các ñi m b t thư ng tìm ñư c trong quá trình th nghi m HALT. C n có tác ñ ng hi u ch nh thích h p ñ s a ch a, làm cho thi t k có tính b n v ng. 2.4 Chuy n ñ i nhanh nhi t ñ ðây không ph i là m t th nghi m th a, mà là th nghi m dùng s c nhi t hay th nghi m theo chu kỳ ñ tìm ra cơ ch h ng cơ - nhi t (thí d , ñóng gói b v , các m i hàn, dây n i vi m ch, v n ñ gi i nhi t chưa ñúng, y u t mõi kim lo i, v.v,...). Quá trình chuy n ñ i nhi t ñ ñư c th c hi n gi a nhi t ñ th p và cao (l y t các nh n xét k thu t và k t qu th nghi m step-stress trư c ñó). Thông thư ng, các giá tr này gi m theo gi i h n làm vi c. Nói chung c n th c hi n t c ñ thay ñ i nhi t ñ càng nhanh càng t t (trong ñi u ki n cho phép c a phòng th ) và y u t n ñ nh nhi t/kh i lư ng cho phép. Như th , nhi t ñ ñu c duy trì ñ lâu ñ nhi t ñ c a khung ñ (chassis) ñ t ñư c ñi m ñ t nhi t. C p ngu n nhi t cho ñơn v th khi chuy n ñ i nhi t ñ t l nh sang nóng và t i nhi t ñ duy trì, ñ ng th i t t ngu n trong giai ño n t nóng sang l nh, th c hi n v i b n chu kỳ nhi t. 3. Thi t k ñánh giá ñ tin c y c p h n h p và c p c u thành s n ph m
DART còn ñu c th c hi n trong c p ñ h n h p và c p ñ c u thành. Th nghi m này có th có hay không dùng th nghi m step-stress. Th nghi m ph i ñu c thi t k ñ c bi t trên t yêu c u c th . Hình 5 minh h a chương trình thi t l p cho quá trình ñóng võ h n h p. ði u ch y u trong DART chính là các khung th i gian và ch t lư ng nghi m ñang th th c hi n. Thí d , chuơng trình hình 5 ñư c hoàn t t trong th i gian ng n hơn hai tu n. Chu kỳ th i gian th c còn ph thu c vào tính s n sàng ca th nghi m. Các th ñây nghi m mô t cung c p ñ tin c y k thu t là ñơn v th ñã ñ t th nghi m v ñ chính ch n c a thi t k (Design Maturity Testing), thư ng th c hi n sau c ng giai ño n DART (Design Assessment Reliability Testing). Thí d , th nghi m này bao g m c vi c ki m tra v preconditioning, IR reflow, chu kỳ nhi t (temperature cycling), phóng tĩnh ñi n (ESD), các th nghi m nhi t có y u t m ñ (temperature-humidity-bias tests), và các th nghi m khác. 4. Tóm t t Chương trình thi t k ñánh giá ñ tin c y r t quan tr ng ñ th c hi n ñ tin c y trong th gi i bán d n hi n nay. Nhi u ngành công nghi p s ng ch y u nh vào các chương trình này. Tuy nhiên, theo hư ng c ng giai ño n thì thi t k ñánh giá ñ tin c y ch là m t c ng và không th dùng ñ thay th toàn b chương trình tăng trư ng ñ tin c y. Toàn chương trình v ñ tin c y là c n thi t ñ ñáp ng và làm gia tăng các kỳ v ng c a khách hàng