QKC20150327：許芳勳 - 電子產品加速壽命試驗案例分享

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品質學會品質知識社群(QKC)研討會
專題：電子產品加速壽命試驗案例分享
時間：2015年03月27日(星期五) 19:00 - 21:00 (原訂 2 月 27 日放假，延後舉行)
地點：品質學會九樓教室（台北市羅斯福路 2 段 75 號）
主講：許芳勳會友
主持：彭鴻霖會友
參加人員 : 周芳蘭、官生平、石玉立、孫成宏、彭鴻霖、許芳勳、吳嘉偉、陳姝樺、陳燕坦、林正國、陳佳祥。

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可靠度試驗討論兩個時間問題：一個是有用期的失效發生時間 (time to failure, TTF)、一個是磨耗期的壽命 (end of life, EOL)。
在系統設備層級多稱為 MTBF 試驗，在零件層級則稱為磨耗可靠度試驗 (wear reliability test) 或壽限試驗 (end of life test)。

加速壽命試驗，利用壽命試驗在短時間內，探討應力與壽命的關係，一般採用指數 (exponential) 與反冪次方(inverse power) 兩種模型。

指數模型，應力隨時間變化的關係，只有一種非線性變化趨勢。指數模型最常用的是阿倫尼爾斯定律，壽命取決於物品的活化能：


其中 E_a 為活化能，單位為電子伏特 (eV)；k_b 為玻茲曼 (Boltzmann) 常數，k_b = 8.617 x 10^-5 eV/K；T 為溫度，單位為絕對溫度 K，T (K) = T (^oC) + 273。


上式兩邊取對數，



壽命的對數值 [log (L)] 與溫度 (T) 的一次方為反比關係。

實務上，根據溫度加速壽命試驗結果，經過回歸分析得到的活化能，稱為視在活化能或表觀活化能 (apparent activitive engergy) E_aa。


反冪次方模型，則有許多變化趨勢。

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軸承：
軸承壽命一般使用 B₁₀

壽命關係可以寫成：


也可以寫成：


疲勞：
輔導經驗，測試資料顯示，磨耗量與時間關係（鏈條）沒有變化，可能是量測解析度不夠，影響數據結果。

反冪次方模型的指數：m = 0.5 ~ 3

可以寫成：





塑膠封裝微電路 (PEM) 特性時間變化率與相對溼度及溫度有關：




潛變

n = 1 ~ 8
LED 小時了了，大未必佳。

只有兩種模型的原因，非線性最簡單只有指數與反冪次方（只考慮一項）。

一階平均大家都一樣，二階，很多是一樣（共同原因），這些都屬於大同，剩下來三階則是小異，個體與群體不同。
一次對數，為指數模型；雙對數，則屬於反冪次方模型。

指數分布的

電子零件構裝 Electromigration，同時受到溫度與電流的影響，可以寫成：



或是寫成：



電能的退化趨勢採反冪次方模型、溫度的退化趨勢採指數模型。其中，J_cr：零件的關鍵能量，T_aa：零件的表觀活化能。
壽命試驗資料為一數列，執行回歸分析，可得壽命與應力的關係式。
高分子電容案例
ESR (mΩ)

加速壽命試驗規劃：
溫度應力三個水準：95 ^oC、107 ^oC、125 ^oC。
溼度應力三個水準：75 %RH, 85 %RH, 95 %RH
電應力三個水準：1 W, 1.5 W, 2 W

試驗規劃為何不用直交表？因為假設關係為已知！
Aluminum and copper corrosion model.
壽命隨機假設為韋伯分佈

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Q:
可靠度試驗常談到可修與不修、時間截止或次數截止等議題？

壽命試驗，壞了不修（磨耗期）

考慮項目多，數據亂，數學難。可能不只是壽命的問題而已，產品數量不多時，會影響分析結果。
相關係數 > 0.9 ，數據可信度高，結論可用。
做壽命試驗前提，產品要穩定。

溫度是大部分系統產品的共同應力 → 採用指數模型（失效機制屬於化學反應與熱力學），其他如電壓、電流、功率、振動等應力對壽命的效應，則多採反冪次方模型。

參數與模型不知，
環境做多少，建議如何做。

非壽命問題，試驗有不同目的，有些做壽命，有些做 qualification，規格多少、試驗做多久。做多久才會壞，先做實驗再說，看數據變化率。發展試驗，根據數據再判斷。
不同失效模式，不是在試驗規劃前考慮清楚的。
工程看系統性因素的趨勢，統計看隨機性因素的變異。

壽命試驗不是 Burn-in。
從浴缸曲線觀點，早夭期執行篩選汰除因為工藝不良或料件缺陷造成的早夭產品、有用期執行可靠度 (MTBF) 抽樣試驗、磨耗期才需要執行壽命試驗，必要時採加速壽命試驗方式進行。

一般消費性產品，經濟壽命 (EcL) < 實體壽命 (EOL)，大多不做壽命試驗，必要時做首批型式認可或鑑定試驗，及生產階段的出貨可靠度 (MTBF) 抽樣檢定試驗。

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ANQ 活動規劃

從一開始是台韓、後來台日韓三國，二、三十年前開始，王治翰博士認為宜擴大為亞洲品質網路，
上週與狩野信昭博士在桃園福容飯店聚會。

此次ANQ年會配合，石川馨百年誕辰紀念活動，特別規劃有一個單元，由陳燕坦、周芳蘭主持，（活動：三個半天），過去先鋒、建峰、七曜等單位推動品質顧問活動，對台灣貢獻大。

專題演講，

蕭亞洲會友擔任大會司儀，前置作業，排程及主導大會進行。

鼓勵大家投稿：網站收稿，學會楊小組負責。三月前寄英文摘要到收論文網站。

Shu

品質學會品質知識社群(QKC)研討會(2015-03-27)
參加人員 : 周芳蘭 , 官生平 , 石玉立, 孫成宏, 彭鴻霖,許芳勳, 吳嘉偉,陳姝樺,陳燕坦,林正國, 陳佳祥