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21/10/99 - 1CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

LES NOUVEAUX MODÈLES DE FIABILITÉ

DES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES

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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

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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

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21/10/99 - 4CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 5CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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CCT Composants -

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

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21/10/99 - 7CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 8CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 9CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 10CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 11CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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 ...

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21/10/99 - 12CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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 ...

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21/10/99 - 13CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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 ...

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21/10/99 - 14CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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 ...

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21/10/99 - 15CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 16CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

/

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21/10/99 - 17CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 18CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 19CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

= 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

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21/10/99 - 20CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 21CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

= 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

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21/10/99 - 22CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 23CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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21/10/99 - 24CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

- 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

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21/10/99 - 25CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

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

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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

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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

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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

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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

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21/10/99 - 30CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques

CCT Composants -

Translation

Travaux de recalage

: modèle général

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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

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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

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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

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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

Page 35: 21/10/99 - 1 CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques CCT Composants - LES NOUVEAUX MODÈLES DE FIABILITÉ DES COMPOSANTS.

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

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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

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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

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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

Page 39: 21/10/99 - 1 CCT Composants : Nouveaux modèles de fiabilité des composants électroniques CCT Composants - LES NOUVEAUX MODÈLES DE FIABILITÉ DES COMPOSANTS.

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

A f

E a

k T TB

R H R H

E c a

e x p

1

1

1

2

1

1

1

2

E a : 0 . 6 5 e VB : 3 0 4E c a : E l e c t r i c f i e l d i n t h ec o r r o s i o n a r e a

H A R R I S C y c l e sT °

n

T

T

N

NAF

1

2

2

1

n : 3 à 1 1 ( 3 p o u r H a r r i s )

Travaux de recalage

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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

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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

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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

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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

form

atio

n p

lastiq

ue

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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 '

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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

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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