les nouveaux modÈles de fiabilitÉ des composants Électroniques
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LES NOUVEAUX MODÈLES DE FIABILITÉ DES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES. Sommaire. Notions de fiabilité. - définitions - diagramme serie/parallele - courbe niveau satelite et composant (courbe en baignoire). Allocation de fiabilité niveau satellite et composant. - allocation niveau satellite - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
21/10/99 - 1CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
LES NOUVEAUX MODÈLES DE FIABILITÉ
DES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES
21/10/99 - 2CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants - Sommaire
Travaux de recalage
- définitions- diagramme serie/parallele- courbe niveau satelite et composant (courbe en baignoire)
- allocation niveau satellite- tenue des exigence niveau composant- amélioration de la fiabilité systeme et composant
- balayage des méthodes employées
- modèles classiques (MIL HDBK 217)- modèles nouveaux (RDF 99, RAC, IEC 1709)- modèles associés aux types de composants- exemple- limitation des recueils
- recalage par le retour d'expérience- recalage par translation- recalage par les essais- recalage par la physique des défaillances
Notions de fiabilité
Allocation de fiabilité niveau satellite et composant
Détermination du taux de panne
Modèles prévisionnels
Conclusions - conclusion et perspectives- références outils et recueils
21/10/99 - 3CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Quelques notions de fiabilité
FIABILITE :
Aptitude d ’une entité « S » à accomplir une fonction requise dans des conditions données pendant un intervalle de temps donné (définition CEI 50(191), Déc. 1990)
R(t) = Prob (S non défaillant sur [0,t])
Si T est une variable aléatoire mesurant la durée de bon fonctionnement, alors
R(t) = Prob (T>t) = 1 - Prob (T t)
Notions de fiabilité
21/10/99 - 4CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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TAUX DE DÉFAILLANCE :
Probabilité que S tombe en panne entre t et t+dt (avec dt 0), sachant qu ’il fonctionnait à t
(t) = lim Prob (S en panne sur [t,t+dt] / S non défaillant sur [0,t])dt
1
dt 0
)(
)(
)(tR
dt
tdR
t
t
duutR0
))(exp()(
Quelques notions de fiabilité
Notions de fiabilité
21/10/99 - 5CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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MTTF = Moyenne des durées avant défaillanceMTBF = Moyenne des durées entre 2 défaillancesMUT = Moyenne des durées de bon fonctionnementMDT = Moyenne des durées d ’indisponibilitéMTTR = Moyenne des durées de réparation (MTTR < MDT)
MTTF
MDT
MUT
MTBF
tt=0
S OK
S OK
S en marche
S en panne
MDT
Les définitions associées :
Notions de fiabilité
21/10/99 - 6CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Satellite
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 2 4 6 8 10
Fiab
Dispo
Système réparable
0,97
0,98
0,99
1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Dispo
Fiab
Jeunesse Vie utile Usure
Période de défaillance précoce
(fautes de conception, de production, etc...)
Période de défaillance à taux
constant(fautes occasionnelles)
Période dedéfaillance d'usure
(détérioration, corrosion, etc...)
Courbe en baignoire du (t)
Fiabilité R(t)
Notions de fiabilité
21/10/99 - 7CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Cas particulier ou(t) = constante
(t) = Nombre de pannes / Nombre d ’heures composants
R(t) = exp(-t)
La fiabilité est modélisée pour la partie constante de la courbeen baignoire
F(t) = 1 - exp(-t)
Fiabilité
Panne
MTTF = 1/ Par extension, si S est non réparable, MTTF = MTBFMTBF en heures(le MTBF est la durée au bout de laquelle le composant à une probabilité de 0,63 de tomber en panne)
Heures composants = Nb composants suivis x T observation en panne/heure ou FIT (panne/10-9 heures)
Composants électroniques
Notions de fiabilité
21/10/99 - 8CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Ordre de grandeur couramment observé dans le spatial
composant
hybride
équipement
R satellite
R plate forme
40% connectique 60% circuits actifs/passifs
0,1 à 100 FIT
100 à 1000 FIT
1000 à 5000 FIT
0,6 à 5 ans
0,85 à 3 ans
R lanceur 0,95 à t=0
=
=
=
=
=
=
Notions de fiabilité
21/10/99 - 9CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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1 2 3
= 1+2+3
P(S OK) = P(1 OK et 2 OK et 3 OK)
R(t) = R1(t) x R2(t) x R3(t)
R(t) = exp(-1t) x exp(-2t) x exp(-3t)
Diagramme série
Notions de fiabilité
21/10/99 - 10CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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1
2
3
P(S OK) = P(1 OK et 2 OK et 3 OK)
F(t) = F1(t) x F2(t) x F3(t)
F(t) = [1 - exp(-1t)] x [1 - exp(-2t)] x [1 - exp (-3t)]
Diagramme parallèle
321
1111
Notions de fiabilité
21/10/99 - 11CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Allocation de fiabilité (niveau satellite)
SatelliteR(t) = 0,64
Plate forme
R1(t) = 0,8
Charge Utile
R2(t) = 0,8
GS0,99
SCAO0,85
Ges. Bord0,95
Inst0,89
Trait bord0,89
R(t) = R1 x R2
R1 = R11 x R12 x R13 R2 = R21 x R22
EquipementCombinaison série/parallèle
EquipementCombinaison
série
Allocation de fiabilité ...
21/10/99 - 12CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Tenue des exigences niveau composant : le
Définir un objectif de fiabilité
Analyser le profil mission
Analyser et identifier les modes de pannes
influencés par le profil mission
Calcul de fiabilité prévisionnelleniveau composant
Objectif tenu?
donnéesfiabilité
Plan complémentaire d ’essaisde fiabilité
Spécificationsretour exploitation
avis d ’expertsmesures in-situ
Données fournisseurretour exploitationrecueils fiabilité
essais qualité/fiabilité
Baisse de l ’objectifou du profil mission
Non OK
OK
Non OK
Allocation de fiabilité ...
21/10/99 - 13CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Amélioration de la fiabilité du système
- on augmente le nombre de redondances au niveau équipement
- on diminue le composant
- on conçoit des modes de mission dégradés au niveau système
Redondance d ’équipement chaud ou froid
Revient à utiliser les diagrammes parallèles
Plus forte intégration de composants par équipementAmélioration de la fabrication des composantsConception avec marges
Allocation de fiabilité ...
21/10/99 - 14CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Amélioration du (t) composant
Amélioration du bonne conception
Augmentation de la durée de vie :population homogène
Diminution des défautsde jeunesse :
amélioration procédés
t
(t)
Pannes intrinsèques Pannes intrinsèques
Pa
nn
es
ext
rinsè
qu
es
Allocation de fiabilité ...
21/10/99 - 15CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Détermination du (t) composant
Méthode Défautsjeunesse
Défautsaléatoires
Défautsd’usure
description
Empirique X X Relie typiquement les données de défaillances observéespour quantifier le pourcentage attribué dans le modèleempirique
Translation X X Translate une prédiction de fiabilité basée sur un modèleempirique vers une valeur estimée de terrain. Les facteurs detranslation affectant l’environnement cible ne doivent pas êtredéjà utilisés dans le modèle empirique
Physique des défaillances X Modélise chaque mécanisme de défaillance de chaquecomposant. La fiabilité du composant est déterminée encombinant les densités de probabilité associées à chaquemécanisme
Test X X X Les données de test d’un produit sont extrapolées pourestimer la fiabilité opérationnelle
Retour expérience X X X Les données de terrain d’un produit sont directement utiliséespour estimer la fiabilité opérationnelle
Entrées nécessaires :- retour d ’exploitation ou d ’expérience- profil mission- modes de panne et leur modélisation- essais de qualité/fiabilité- avis d ’expert
Détermination du taux de panne
21/10/99 - 16CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Modèles prévisionnels du (t)
- Empirique
- translation
- physique des défaillances
- exploitation des résultats d ’essais
- retour d ’expérience
Détermination du taux de panne
iicomposant /
j
ipfield
MTBFéquipementMTBF
/
),,( ii YXtfMTTF
AFHC
ncomposant
i
ii
/
i
pfield composant
/
21/10/99 - 17CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Modèles classiques empiriques
= 0 t e q a
0 taux de défaillance de référencet facteur de températuree facteur d’environnementq facteur de qualitéa facteur d’apprentissage
MIL HDBK 217 F DOD, HDR5 British Telecom, RDF 93 CNET
recueils propriétaires (SN29000 Siemens, SRDF d'EDF,US TR-332 Bellcore)
- emploi simple- comparaison possibles- reflet des taux de défaillances réels
- mise à jour difficile- pondération entre défaillances intrinsèques et extrinsèques
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 18CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Nouveaux modèles empiriques : le modèle européen IEC 1709
= ref t u i
ref taux de défaillance de référencet facteur de températureu facteur de tensioni facteur de courant
- facteurs d ’influence simple- utilisation couplée avec un autre source pour le ref
- effort d ’harmonisation au niveau européen
- toutes les lois d ’accélération sont identiques- pas de prise en compte des EOS et de l ’humidité- quels ref à utiliser pour le spatial ?
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 19CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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= puce + boitier
puce = [1 N g1 + 2 g2 ] t + eos
boitier = pack m h
Nouveaux modèles empiriques : le modèle RDF 99 UTE 80810
Pour la partie puce :
1 taux de défaillance par transistorpour une famille composant
2 taux de défaillance associée à la technologie
(indépendant de la complexité)
eos taux de défaillance dû aux ESD-EOSN complexité en nombre de transistor
g facteur d’apprentissage
t facteur de température
Pour la partie boîtier :
pack taux de défaillance de référence boîtier
m facteur de cyclages thermo-mecaniques
- modèle le plus à jour pour les COTS- environnements sévères pris en compte (extrinsèque)- modélise la fatigue thermique (phases ON/OFF)- disparition des q (best commercial practice)
- humidité non modélisée- RDF non reconnu à l ’export- Maintenance du recueil non assuré
Rem : modèle similaire pour les passifs
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 20CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Nouveaux modèles empiriques : le modèle RDF 99 UTE 80810
Détail du modèle
= [1 N g1 + 2 g2 ] t + eos + pack m
Recalage selon retour d ’exploitation
Maturité technologie : exp(-at)t0 : 1998
Recalage sur essais fabricants
Modélisation de la fatigue thermique : modèle d ’Engelmaierdilatation différentielle entre boîtier et puce
Retour d ’expérience et audit fabricant
Prise en compte des composants en interface
on de jonctiemperaturepour une t
ionnement % de fonction
Arrhéniusit
iionitt
)(
)(
posantour du comrmique autiation theT
Tmplitude cycles d'anombre de
eportsubstrat r boitier dilatation
T
i
in
iiinm
var
/
)( 68,0
Croissance de fiabilité pendant la période 80-90 : exp(-bt)
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 21CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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= puce + environnement + temperature = type [bo t dc lt + be rth hast + bct tc cr tct ] g
Nouveaux modèles empiriques : le modèle du RAC (97)
type facteur de famille de composant
g facteur d’apprentissage
bo taux de défaillance de référence puce
be taux de défaillance de référence environnement
bct taux de défaillance de référence cycle thermique
t facteur de température
dc facteur de rapport cyclique (temps en fonctionnement/temps total)
pour le t
lt facteur de l’essai « life test »
rth facteur d’humidité
hast facteur de l’essai « hast »
tc facteur de température extrême
cr facteur de rapport cyclique pour le tc
tct facteur de l’essai « test cyclage en température »
- prise en compte des essais de fiabilité- modèle américain du RAC(initiateur de la MIL 217)
- pas de modèle équivalent pour les passifs- pas de prise en compte des EOS- non officiel
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 22CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Quel modèle pour quel type de composant ?
La fiabilité prévisionnelle agit sur :- le choix d ’architecture- le choix d ’une politique de maintenance- le management thermique
Le choix d ’un recueil de fiabilité doit répondre :- à la simplicité d ’utilisation- au reflet des taux de défaillance rencontrés- à sa reconnaissance par tous les acteurs
Le secteur spatial français (Multipartenariat) a opté pour :- la MIL HDBK 217 pour les composants Hi-Rel- le RDF 99 (UTE 80810) pour les composants commerciaux
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 23CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Fiabilité et composant commercial
En fiabilité, on appelle COTS ou composant commercial,tout composant qui ne répond pas à une norme de qualité au niveau approvisionnement tel que les normes américaines MIL, JAN, ou européennes comme le SCC B/C
M5M51008BFP-70LLTC4 SRAM 1 Mbits, -40°C/+85°C,boitier SO plastique,
SN74HC245DW Logique Transceiver, 40°C/+85°C,boitier SO plastique,
IMST805-F25S P Transputer 32 bits, -55°C/+125°C, boitier CQFP céramique
L ’utilisation du RDF99 implique que le composant suit une filièred ’approvisionnement du type Best Commercial Practice
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 24CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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- CI ............................. COTS = 40 x HI-REL
Besoin de 2 recueils :
- Discrets .................... COTS = 11,4 x HI-REL
- Capa/Résistance .... COTS = 330~1000 x HI-REL
Les différences sont dues essentiellement au facteur de qualité q
La MIL HDBK 217 n ’est pas adaptée pour modéliser les taux dedéfaillance des composants commerciaux
comparaison des taux de panne avec la MIL HDBK 217
La MIL 217 n ’est plus maintenue ( F : dernière version en date)
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 25CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
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Exemple 1 : comparaison de recueils pour une carte processeur
MIL HDBK 217 FHigh Quality (40°C)
MIL HDBK 217 FLow Quality (40°C)
RDF 93(40 °C)
29 000 Fits 213 000 Fits 13 000 Fits
MIL HDBK217F RDF93 SN29500 ref (IEC 1709)
DRAM 4Mo 37 61 34 30SRAM 1Mo 103 88 56 50EPROM 1Mo 32 54 101 3080486 P 509 150 48 100ML741 ampli op 24 23 9 10ASIC CMOS 30Kgate, 40 pins 144 34 59 20Diode 100 mA 2 2 2 2LED 1,5 2 2 2Tansistor Bipolaire 1W 0,5 3 3,5 2MOSFET 1W 27 4 27 2Capacité céramique 1nF 1,5 2 2 1Capacité goutte 1F 3 2 1 1Capacité solide 100 F 2 13 2 5Capacité Alu 100 F 18 10 4 10Resistance film 100K 0,5 0,3 0,1 0,2Potentiomètre 50 K 41 16 40 10
Exemple 2 : comparaison de recueils par famille composant
A= 40°C, J= 50°C, GB, q pour qualification CECC ou B-1, JANTX ou P
ref est le taux de panne supposé comme référence possible pour les calculs selon l’IEC 1709
Carte module de gestion de siège d'avion Boeing 777 (source Aérospatiale)
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 26CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Exemple 3 : comparaison fiabilité satellite Hi-Rel/COTSSatellite d'observation de la terre4 bandes spectrales (1 panchro + 3 Xs)
Cas n° 1 : configuration nominale(Panchro et XS necessaire)
cas n° 2 : configuration dégradée (Panchro necessaire; utilisation de certains circuits du XS comme redondance pour le panchro)
Charge Utile Plate-forme
Panchro XS Reste
Composants Haute faibilité Composants commerciaux
Configuration nominale 0,772 0,347
Configuration dégradée 0,927 0,826
Charge Utile Plate-forme
Panchro
XS
Reste
Résultats Fiabilité à 3 ans (MIL HDBK217F)
Rapport moyen 2,5 entre taux panne composants haute fiabilité et commerciaux
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 27CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Limitation des 2 recueils adoptés
- Variabilité de fabricant non représentée
- Recueils souvent plus pénalisant que la réalité (remise à jour régulière nécessaire)
- Doit être reconnu à l'export- Maintenance non assuré- Modèle de l ’humidité non pris en compte
MIL HDBK 217 RDF 99
- Ne prend en compte que l ’intrinsèque- Révision des modèles d ’accélération utilisés- Ne s ’applique pas aux COTS- Remise à jour stoppée
Recalage des recueils
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 28CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Recalage des modèles prévisionnels MIL HDBK 217 et RDF
- recalage à partir de données de terrain- facteur de recalage simple mono-application et/ou mono-environnement- prise en compte de l ’extrinsèque- constat : 2 < correction < 10
- recalage à partir des essais de fiabilité
- recalage sur avis d ’expert- plus empirique (bien qu ’il apparaît un début de formalisation) - le plus souvent, redéfinition des classes de qualité selon critère d ’appro
recueilcorrection
final
1
- utilisé ponctuellement si doute sur un composant- représentativité de l ’environnement difficile
Modèles prévisionnels
21/10/99 - 29CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Translation : facteurs d'extrapolation (e, t, etc...) à partir de résultats de fiabilité dans un environnement de départ versun environnement d ’arrivé (outil SELECT du RAC)
Essais de fiabilité : insertion dans les modèles empiriques existants des essais de fiabilité fabricants (travaux de l ’EIA G-12)
Physique des défaillances : modélisation de la durée de vie des composant par des lois physiques qui décrivent les mécanismesde défaillances (travaux du CALCE)
Retour terrain : de fait pour maintenir un recueil
Recalage des modèles prévisionnels
Travaux de recalage
21/10/99 - 30CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Translation
Travaux de recalage
: modèle général
21/10/99 - 31CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Translation
- supporté par un outil informatique (outil SELECT du RAC)- valable uniquement que pour les équipements COTS- peu de références encore répertoriées
Travaux de recalage
: facteur e
21/10/99 - 32CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Retour d ’expérience
Les heures de fonctionnement sont comptabilisées et on recense le nombre de défauts constatés
- Traitements statistiques : estimateurs de R(t), (t), vérification d ’une loi (exp, weibull, etc.)- Recherche de modes de panne- Recalage des modèles prévisionnels
Travaux de recalage
21/10/99 - 33CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Evolution de la fiabilité
0
50
100
150
200
250
300
81 83 85 87 89 91 93 95 97 99
ans
fits
DRAM Texas
ALS Texas
VLSI Intel
Comparaison de fiabilité boitier / puce
0
100
200
300
400
500
600
700
76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
ans
fits
Boitier
Puce
Hyp : Bipolaire et logique standard Taux de panne pour le test 55°C/50%HRRépartition des défauts
(source ???)
Défauts d'assemblage composants 52%Défauts induits lors de l'assemblage cartes 24%Défauts d'origine non absolument certaine 19%Défauts intrinsèques à la technologie plastique 5%
Quelques illustrations du retour d ’expérience
fiabilité constatée chez les fabricants
Travaux de recalage
21/10/99 - 34CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Répartition des pannes chez les utilisateurs
Telecom (Ground benign)
EOS/ESD71%
Boitier23%
Puce6%
Industrial (Ground fixed)
EOS/ESD62%
Boitier26%
Puce6%
autre6%
Automotive (Ground fixed)
EOS/ESD23%
boitier42%
puce9%
autre26%
Quelques illustrations du retour d ’expérience
Travaux de recalage
21/10/99 - 35CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Comparaison fiabilité prévisionnelle / fiabilité opérationnelle
Comparaison prédiction fiabilité / résultats constatés
0100
200300400
500600700800
9001000
Logique ASIC Micro MémoireSRAM
Données prédites (MIL HBDK 217)
Données fabricantMotorola
Données Opérationnelles (Industriestandard)
Quelques illustrations du retour d ’expérience
Travaux de recalage
21/10/99 - 36CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité
- séquence d'endurance (Life test)- séquence de chaleur humide avec/sans polarisation (HTOL, THB, HAST, PCT)- variation de température (cycles thermiques)- simulation du brasage des CMS- simulation du stockage
modèles d'accélération
On accélère le temps d ’apparition d ’un mode de panne en accélérant la contrainte qui le déclenche (U, I, T°, RH)
Travaux de recalage
21/10/99 - 37CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité
Echantillon sous test
test
Traitement statistiques: Test du Khi-2, de Student
lois de Weibull, Exp, Log-Normale
prévisionnel= test x AF
Facteurs d ’accélération Arrhénius (T°), Peck (RH), Coffin-Manson (cycles T°)
AF est souvent donnésous forme d ’abaques
: traitement
Travaux de recalage
21/10/99 - 38CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité : Exemple de modes de pannes
Travaux de recalage
21/10/99 - 39CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité : Exemple de facteurs d ’accélérationM O D E L E T Y P E F O R M U L E [ 1 ] P A R A M E T R E S C O M M E N T A I R E S
A R R H E N I U S T °
2
1
1
1exp
TTk
EaAF
E a : 0 . 3 à 1 . 2 e V
P E C K R HA F
R H
R H
E a
k T T
n
2
1
1
1
1
2e x p
P e c k ( 1 9 8 6 )E a : 0 . 7 9 e V / n : 2 . 6 6H a l l b e r g a n d P e c k ( 1 9 9 1 )E a : 0 . 9 e V / n : 3
M o d e l b a s e d o n r e g r e s s i o na n a l y s i s o f d a t a c o l l e c t e df r o m t h e r e s u l t s o f v a r i o u sT H B s t u d i e s .
S I N N A D U R A Ï R H
A F X R H R HE a
k T Tn n
e x p 1 2
1
1
1
2
X : - 0 . 0 0 0 4 4n : 2E a : 0 . 6 e V à 0 . 9 e V( 0 . 8 e V s i T a > 1 2 5 ° C )
I B M R HA F B
R H R H
E a
k T T
e x p
1
1
1
2
1
1
1
2
B : 2 9 6E a : 0 . 3 e V
L A W S O N R H
A F K R H R HE a
k T Tn n
e x p 1 2
1
1
1
2
k : - 0 . 0 0 0 5 5 7E a : 0 . 4 e V
[ 1 9 8 4 ]M o d e l s o n l y m e t a l l i z a t i o nc o r r o s i o n
R E I C H - H A C K I M R HA F
E a
k T R H T R H
e x p
1
1 1
1
2 2
E a : 1 . 1 9 e V[ 1 9 7 2 ]T h e m o d e l w a s d e v e l o p e df r o m f a i l u r e d a t a o b t a i n e d i nP a n a m a u n d e r h i g hh u m i d i t y c o n d i t i o n s .
S H I R L E Y a n d H O N G R HA F
R H
R H
E a
k T T
n
2
1
1
1
1
2e x p
n : 4 . 6 4E a : 0 . 7 9 e V
[ 1 9 9 1 ]F o r p a s s i v a t i o n m i c r o c r a c k sl e a d i n g t o t h r e s h o l d v o l t a g es h i f t s o n t r a n s i s t o r s i np l a s t i c e n c a p s u l a t e d S R A M s
M O T O R O L A R H
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H A R R I S C y c l e sT °
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1
2
2
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n : 3 à 1 1 ( 3 p o u r H a r r i s )
Travaux de recalage
21/10/99 - 40CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité : Facteur d ’accélération d ’Arrhénius
Travaux de recalage
21/10/99 - 41CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Essais de fiabilité : Bilan
Travaux de recalage
- Les facteurs d ’accélération se retrouvent souvent dans les recueils de fiabilité sous forme de t , s
- Le terme «Ea» est une source d ’incertitude majeure dans les calculs
- Le fiabiliste ne maîtrise pas ces modèles d ’accélération
- Les tests ne sont pas assez sévères pour le traitement statistique (peu de défaillances observées, l ’idéal serait 63% de défauts pour trouver le MTBF moyen)
- L ’IEA G-12 propose de n ’exploiter que l ’essai « life test »
- Le CNES propose le « life test » et « cycles thermiques » pour modéliser la vie orbitale en complément du modèle prévisionnel
21/10/99 - 42CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Physique des défaillances
modèles analytiques
Le mécanisme de défaillance est modélisé par une loi physiqueanalytique. On cherche un temps avant la 1ère défaillance
- estimation de la durée de vie d ’un composant- estimation des facteurs d ’accélération (AF)- lourd a mettre en œuvre sur toutes les familles de composants- le fiabiliste maîtrise de loin l ’ensemble des paramètres (ex: Ea, coefficients matériaux, etc.)- introduction dans le RDF 99 (modèle d ’Engelmaier)- supporté par l ’outil CALCE (CADMP II)
Travaux de recalage
21/10/99 - 43CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Physique des défaillances :
Loi d ’Arrhenius et ses dérivées
Modélisation physique des pannes
Loi de Coffin-Manson et ses dérivées
- diffusion, électromigration, corrosion, etc.…
- fissuration, déformation, rupture
autes matériconsEKK
en élastiqudéformatioNfE
K
en plastiqudéformatioNfK
NfE
KNfK
c
c
tan ,,,,
21
2
1
21
Ln(Nf)
0sinCourbe de WohlerRupture avant
10000 cycles
Endurance limitée
Endurance illimitée> 100 Mcycles
0
d
Travaux de recalage
Zone de déformation élastique
Zo
ne
de
dé
form
atio
n p
lastiq
ue
21/10/99 - 44CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Physique des défaillances : Modèle d ’Engelmaier
Modélisation de la fatigue des joints de soudures pour boîtiers montés en surface
c
csD
f
TLF
hfN
1'
)(
2
21%)50(
Modèle de référence pour le calcul du m du RDF
Travaux de recalage
atier-substrielle boit différentdilatation
ature de temperamplitude T
du boîtierdiagonale L
piriquefacteur emF
Ttpsfc
e de soudur johauteur duh
lassique) soudure c,ue (t de fatigcoefficien
)éfaillantepulation d% de la poédiane à (valeur m
tureant la rupan entraincycle médiNombre de N
cs
d
f
f
max
2
),(
int
3250
50 '
21/10/99 - 45CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Conclusions et perspectives
- Le secteur spatial a subi une révolution dans le domaine du calcul de fiabilité avec l ’implantation des COTS
- La MIL HDBK217 doit maintenant s ’utiliser conjointement avec le modèle RDF 99
- Les modèles de fiabilité doivent s ’adapter aux nouveaux composants et être remis à jour régulièrement par les méthodes de recalage citées (Rex, Translation, Essais, PoF)
- La modélisation des pannes extrinsèques devient une priorité dans l ’affinage des modèles (future étude R&T)
- Les « essais aggravés » peuvent peut-être conduire à modéliser un taux de panne équipement (veille techno en cours)
Conclusions
21/10/99 - 46CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques
CCT Composants -
Quelques références
OUTILS INFORMATIQUES- MIL STRESS d'Item Software- RELEX de Relex Software Corporation- FIABEX de CEP système- CARE Distribué par Ligeron- SELECT du RAC- CADMP II du CALCE- SUPERCAB+ de Microcab
RECUEILS DE DONNEES ET MODELES DE FIABILITE- EPRD et le NPRD 95 du RAC- LAMBDATHEQUE du STPA-SOPEMEA GIFAS- RDF 99 (UTE 80810) du CNET- MIL HBDK 217 du DOD- IEC 1709
Conclusions