1 简介

半导体组件有望在产品的整个生命周期内可靠地运行。选择具有最高可靠性等级的设备可以限制故障组件导致现场产品故障的可能性。 SiTime 提供满足这一目标的振荡器，超过 2.5 亿个 MEMS 现场故障为零。

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或 MTBF。 MTBF 越高，设备的预期寿命越长，因此设备越可靠。本应用笔记描述了 SiTime MEMS 振荡器预测 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 伏。压力测试是在电源电压为 3.6 伏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

关于SiTime公司

SiTime是一家专注于全硅MEMS时钟解决方案的Fabless半导体设计公司。公司成立于2005年，于2019年在美国纳斯达克上市。截至2021年底，全球累积出货量已超过20亿片，占据全球MEMS硅晶振市场90%以上份额。

SiTime采用MEMS技术与CMOS半导体技术相结合，依托先进的堆叠封装工艺制作而成。无需更改PCB设计,即可P2P完全替代所有传统石英振荡器产品。大尺度频率覆盖范围、国际标准封装、灵活的产品组合，快捷的可编程交付方式。所有产品可在24小时内提供32KHz--725MHz任一频率样品供应,实现更高性能时钟样品的快速交付。SiTime硅晶振以稳定的性能和超高的性价比成为了大多数高性能主控芯片的理想时钟选择和强健的心脏。不仅可以缩短研发周期，节约开发调试成本，而能降低未来产品返修风险，快给你的电路换上一颗SiTime硅晶振吧。

关于SiTime样品中心

SiTime样品中心成立于2014年，由SiTime公司联合北京晶圆电子有限公司共同创立，并由晶圆电子全权负责全面运营、客户服务以及国内的交付任务。SiTime样品中心宗旨是致力于加速SiTime硅晶振市场在大中华地区的应用普及,助力中国客户产品时钟解决方案升级换代。提供售前售后技术服务、24小时快速供样、以及国内中小批量现货支持和重要客户的全方位策略服务。更多资讯可访问SiTime样品中心官网(www.sitimechina.com)。

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