专利名称：元器件失效归零分析方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及故障诊断技术领域，特别是涉及元器件失效归零分析方法与系统。
背景技术：
电子元器件失效归零分析的目的是通过失效分析进行失效定位和确定失效机理，提出针对失效原因的改进措施，进而实现质量问题归零，即达到失效“定位准确、机理清楚、措施有效”的归零要求。为实现元器件失效归零，人们采用了各种技术手段。但现有的元器件失效分析技术，多为失效现象观测技术，而缺少失效信息分析技术，给出的归零结论与分析经验的多少有关。因此，如何系统应用失效观测结果及失效信息进行归零分析，做到“定位准确”给出元器件内部的失效部位和失效路径，“机理清楚”给出导致失效的机理原因，“措施有效”提出针对机理原因的有效改进措施，这是失效归零的关键所在。
故障树分析是一种用于系统可靠性、安全性分析的逻辑推理方法，它通过对导致故障的各种可能因素进行分析和确定逻辑关系，找出系统故障原因，该方法已在航空、电子系统等领域得到广泛应用。为适应归零要求，从本世纪初开始，电子元器件逐步借鉴电子整机故障树分析方法，应用故障树分析对元器件进行失效归零分析，但目前需要解决的问题是如何建立元器件故障树。故障字典法是实现复杂电子整机故障快速定位的一种有效方法，所建立的故障字典必须能反映被测对象的故障原因与可测量外部参数特征之间的关系，为建立这种关系，常用故障树事件信息来构建这种关系。采用故障树及故障字典法的失效诊断和归零分析有上述优点，所以对于电子整机一般会采用故障树及故障字典法进行故障诊断和定位，但对于电子元器件，由于电子元器件失效模式的多样性和失效机理的复杂性，使得一般的故障树及故障字典法的失效诊断和归零分析无法准确对电子元器件进行故障定位和诊断。
发明内容
基于此，有必要针对一般的故障树及故障字典法的失效诊断和归零分析无法准确对电子元器件进行故障诊断和定位问题，提供一种元器件失效归零分析方法与系统，实现对电子元器件故障的快速、准确定位和诊断。一种元器件失效归零分析方法，包括步骤根据所述元器件失效物理的共性特点，建立所述元器件的失效物理故障树；根据所述失效物理故障树将失效物理事件转为可观测的节点事件，以使所述失效物理故障树转换为失效定位故障树；根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件故障字血.
ZN 根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析。在其中一个实施例中，所述元器件失效物理的共性特点包括故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素。在其中一个实施例中，所述步骤将失效物理故障树转换为失效定位故障树具体包括步骤确定失效模式与失效机理之间可观测节点，将不可测量的失效物理事件采用可观测的节点事件表示；根据所述元器件的结构和性能特点，选择表征各节点的特征参数，所述特征参数为可观测参数，所述可观测参数具体包括电性能、热性能、机械性能、表观特性、气密性和环境适应性；将节点失效事件表示所述元器件的失效事件，用所述可观测参数表征所述节点失效事件；建立以所述失效模式为顶事件、以所述可观测节点为中间事件和以所述失效机理原因为底事件的元器件失效定位故障树。在其中一个实施例中，所述步骤根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件故障字典具体包括步骤根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效模式集，所述失效模式集包括多个失效模式子集；根据所述定位故障树，确定所述失效模式子集在失效模式下的可观测节点；根据所述定位故障树，由所述可观测节点得出观测参数，判据所述观测参数，得出失效模式的可观测节点特征值；根据所述可观测节点特征值，确定所述元器件各种失效模式的特征向量；根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效机理原因；根据所述失效机理原因与所述可观测节点特征值，建立所述失效机理原因与所述节点事件失效特征相应的元器件
故障字典。在其中一个实施例中，所述步骤根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析具体包括根据所述元器件故障字典的节点参数，对所述元器件进行观测，得到观测向量的特征值；比对所述观测向量的特征值与所述元器件故障字典，确定所述元器件的失效机理原因；根据所述失效机理原因，在所述失效物理故障树中查找相应失效机理的机理因子和影响因素，提出针对所述失效机理的措施。—种元器件失效归零分析系统，包括失效物理故障树建立模块用于根据所述元器件失效物理的共性特点，建立所述元器件的失效物理故障树；失效定位故障树建立模块用于根据所述失效物理故障树将失效物理事件转为可观测的节点事件，以使所述失效物理故障树转换为失效定位故障树；故障字典建立模块用于根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件故障字典；失效归零分析模块用于根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析。在其中一个实施例中，所述元器件失效物理的共性特点包括故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素。在其中一个实施例中，所述失效定位故障树建立模块具体包括事件转换单元用于确定失效模式与失效机理之间可观测节点，将不可测量的失效物理事件采用可观测的节点事件表示；特征参数选取单元用于根据所述元器件的结构和性能特点，选择表征各节点的特征参数，所述特征参数为可观测参数，所述可观测参数具体包括电性能、热性能、机械性能、表观特性、气密性和环境适应性；参数表征单元用于将节点失效事件表示所述元器件的失效事件，用所述可观测参数表征所述节点失效事件；故障树建立单元用于建立以所述失效模式为顶事件、以所述可观测节点为中间事件和以所述失效机理原因为底事件的元器件失效定位故障树。在其中一个实施例中，所述故障字典建立模块具体包括失效模式集确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效模式集，所述失效模式集包括多个失效模式子集；可观测节点确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述失效模式子集在失效模式下的可观测节点；特征值获取单元用于根据所述定位故障树，由所述可观测节点得出观测参数，判据所述观测参数，得出失效模式的可观测节点特征值；特征向量获取单元用于根据所述可观测节点特征值，确定所述元器件各种失效模式的特征向量；失效机理确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效机理原因；故障字典形成单元用于根据所述失效机理原因与所述可观测节点特征值，建立所述失效机理原因与所述节点事件失效特征相应的元器件故障字典。在其中一个实施例中，所述失效归零分析模块具体包括观测单元用于根据所述元器件故障字典的节点参数，对所述元器件进行观测，得到观测向量的特征值；比对单元用于比对所述观测向量的特征值与所述元器件故障字典，确定所述元器件的失效机理原因；查找单元用于根据所述失效机理原因，在所述失效物理故障树中查找相应失效机理的机理因子和影响因素，提出针对所述失效机理的措施。本发明元器件失效归零分析方法与系统，能够通过失效定位故障树将元器件故障定位到内部物理结构，给出清晰的失效路径，通过故障字典的失效特征向量分析快速确定元器件失效模式对应的失效机理，通过失效物理故障树确定相关失效机理的机理因子和影响因素，提出针对性的失效控制措施，实现对电子元器件故障的快速、准确定位和诊断。
图1为本发明元器件失效归零分析方法其中一个实施例的流程示意图；图2为本发明元器件失效归零分析方法其中一个实施例的详细流程示意图；图3为本发明元器件失效归零分析系统其中一个实施例的结构示意图；图4为本发明元器件失效归零分析系统其中一个实施例的详细结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。本发明元器件失效归零分析方法与系统的基本原理是由于每一类元器件结构和工艺的相似性，故可以建立该类元器件的失效物理故障树，而失效物理故障树的物理事件可以通过可观测事件转换进行描述，这些可观测事件可选择电性能、或热性能、或机械性能、或表面特性、或气密性等物理参数表征，故形成单机理原因与节点失效特征对应关系的故障字典，若采集的失效特征向量与故障字典的某行向量相同，则确定了失效模式的机理原因，进而针对机理因子和影响因素提出改进措施，实现“定位准确、机理清楚、措施有效”的归零分析。如图1、图2所示，一种元器件失效归零分析方法，包括步骤SlOO :根据所述元器件失效物理的共性特点，建立所述元器件的失效物理故障树。在这里由于每一类元器件结构和工艺的相似性，故可以根据元器件失效物理的共性特点建立该类元器件的失效物理故障树。在其中一个实施例中，元器件的共性特点为故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素，这样6个共性特点能完整全面覆盖元器件的故障特征和失效原因，在整理好了 6个共性特点之后就分别以故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素六个层次建立元器件失效物理故障树。在这个失效物理故障树中，根据元器件失效物理的关联性，该故障树中故障对象、失效模式、失效部位和失效机理之间的上下级事件关联性为“或”逻辑门，其上下级事件的 或门结构函数O为上级事件状态，X为下级事件状态；若下级事件Xi发生则取
1 5
值为1，不发生则取值为0，描述上级事件发生状态①的结构函数可写为取
15
值亦为发生时取值为1，不发生时取值为0，该结构函数表示只要有一个下级事件发生，上级事件就会发生。该故障树中失效机理、机理因子、影响因素之间的上下级事件关联性，为
“与”逻辑门或者“或”逻辑门，其中与门结构函数若下级事件xi发生则取值为1、
I 5
不发生则取值为0，描述上级事件发生状态o的函数为￠#)=1 取值亦为发生时取值为
I ,
1，不发生时取值为0，该函数表示只有下级全部事件发生，上级事件才发生。故障树第二 第六层的每一物理层事件可在分解成1-3级事件，形成六个物理层n级事件的各类元器件故障树事件，很容易理解这里n最小为6。S200 :根据所述失效物理故障树将失效物理事件转为可观测的节点事件，以使所述失效物理故障树转换为失效定位故障树。在其中一个实施例中步骤S200具体包括步骤S220 :确定失效模式与失效机理之间可观测节点，将不可测量的失效物理事件采用可观测的节点事件表示；步骤S240 :根据所述元器件的结构和性能特点，选择表征各节点的特征参数，所述特征参数为可观测参数，所述可观测参数具体包括电性能、热性能、机械性能、表观特性、气密性和环境适应性；步骤S260 :将节点失效事件表示所述元器件的失效事件，用所述可观测参数表征所述节点失效事件；步骤S280 :建立以所述失效模式为顶事件、以所述可观测节点为中间事件和以所述失效机理原因为底事件的元器件失效定位故障树。S300 :根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件
故障字典。在其中一个实施例中步骤S300具体包括步骤S310 :根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效模式集，所述失效模式集包括多个失效模式子集；步骤S320 :根据所述定位故障树，确定所述失效模式子集在失效模式下的可观测节点；步骤S330 :根据所述定位故障树，由所述可观测节点得出观测参数，判据所述观测参数，得出失效模式的可观测节点特征值；步骤S340 :根据所述可观测节点特征值，确定所述元器件各种失效模式的特征向量;步骤S350 :根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效机理原因；步骤S360 :根据所述失效机理原因与所述可观测节点特征值，建立所述失效机理原因与所述节点事件失效特征相应的元器件故障字典。S400 :根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析。在其中一个实施例中步骤S400具体包括步骤S420 :根据所述故障字典的节点参数，对所述元器件进行观测，得到观测向量的特征值；步骤S440 :比对所述观测向量的特征值与所述故障字典，确定所述元器件的失效机理原因；步骤S460 :根据所述失效机理原因，在所述失效物理故障树中查找相应失效机理的机理因子和影响因素，提出针对所述失效机理的措施。实施本发明元器件失效归零分析方法，能够通过失效定位故障树将元器件故障定位到内部物理结构，给出清晰的失效路径，通过故障字典的失效特征向量分析快速确定元器件失效模式对应的失效机理，通过失效物理故障树确定相关失效机理的机理因子和影响因素，提出针对性的失效控制措施，实现了对电子元器件故障的快速、准确定位和诊断。为了更进一步详细解释本发明元器件失效归零分析方法的技术方案，下面将以混合集成电路“电参漂移”的归零分析这个具体实施例为例，详细介绍本发明元器件失效归零分析方法的技术方案以及带来的有益效果。步骤一，建立混合集成电路失效物理故障树根据混合集成电路“电参漂移”失效物理的特点，建立该失效模式的失效物理故障树。分别以故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子、影响因素六个层次建立混合集成电路失效物理故障树，在这个失效物理故障树中，第一、第二、第三层和第四层事件之间为或门逻辑关系，第四、第五、第六层事件之间为或门和与门逻辑关系，失效物理·故障树有六个失效物理层、共计8级事件的故障树。步骤二，将失效物理故障树转换为失效定位故障树根据步骤一建立的失效物理故障树，将其转换为以失效机理为底事件的失效定位故障树。首先，针对建立的混合集成电路失效物理故障树，在故障对象顶事件与失效机理事件之间，把不可测量的元器件焊/粘退化、引线键合点退化等不可直接测量的失效物理事件，转换为采用元器件热阻过高、引线键合强度不达标、界面明显MC等可测量和可观察的一个或多个节点事件，作为失效定位故障树的中间事件。对各节点失效事件，选择结温Tj、键合强度、界面IMC、水汽含量等特征参数表征。转换后的混合集成电路电参漂移失效定位故障树，为含有15个失效机理原因、共8级事件的失效定位故障树。步骤三，建立混合集成电路电参漂移故障字典根据步骤二建立的失效定位故障树，建立单一失效机理原因与节点事件失效特征相对应的元器件故障字典。由失效定位故障树，确定电参漂移失效模式Fl下面23个可观测节点及其特征参数。其中表征内部元器件失效导致HIC参漂的节点特征参数有元器件参漂、元器件微裂、ESD损伤和表面沾污漏电等；表征组装失效导致HIC参漂的节点特征参数有元器件焊/粘热阻热阻、键合界面IMC和键合点腐蚀等；表征绝缘性退化导致HIC参漂的节点特征参数有引脚/外壳绝缘电阻和焊点之间绝缘电阻等。节点失效特征参数为X1 =U1^X1,
...Y )
2，，八1，23 Jo由节点失效特征参数X1 = {X1; DX1,2，…，X1,23}，按其取值范围由下式求出相应的特征值Fuj,组成特征向量Fm = (F1；1,F1j2, -,F1j23}0其中，sp的取值范围参照混合集成电路、元器件相关标准的合格判据，即各节点观测的取值范围。匕={ I x；"p混合集成电路电参漂移有15个失效机理原因，机理原因集Mlij = (MljllM1,2，…，Mi，15}。根据电参漂移失效定位故障树的节点事件间逻辑关系，列表给出各观测节点失效特征与失效机理原因的对应关系式。由各观测节点失效特征与失效机理原因的对应关系式，建立混合集成电路电参漂移失效模式的故障代码字典。见表I =HIC “电参漂移”失效模式故障字典。
权利要求
1.一种元器件失效归零分析方法，其特征在于，包括步骤 根据所述元器件失效物理的共性特点，建立所述元器件的失效物理故障树； 根据所述失效物理故障树将失效物理事件转为可观测的节点事件，以使所述失效物理故障树转换为失效定位故障树； 根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件故障字典； 根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析。
2.根据权利要求1所述的元器件失效归零分析方法，其特征在于，所述元器件失效物理的共性特点包括故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素。
3.根据权利要求1或2所述的元器件失效归零分析方法，其特征在于，所述步骤将失效物理故障树转换为失效定位故障树具体包括步骤 确定失效模式与失效机理之间可观测节点，将不可测量的失效物理事件采用可观测的节点事件表示； 根据所述元器件的结构和性能特点，选择表征各节点的特征参数，所述特征参数为可观测参数，所述可观测参数具体包括电性能、热性能、机械性能、表观特性、气密性和环境适应性； 用节点失效事件表示所述元器件的失效事件，用所述可观测参数表征所述节点失效事件； 建立以所述失效模式为顶事件、以所述可观测节点为中间事件和以所述失效机理原因为底事件的元器件失效定位故障树。
4.根据权利要求1或2所述的元器件失效归零分析方法，其特征在于，所述步骤根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的元器件故障字典具体包括步骤 根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效模式集，所述失效模式集包括多个失效模式子集； 根据所述定位故障树，确定所述失效模式子集在失效模式下的可观测节点； 根据所述定位故障树，由所述可观测节点得出观测参数，判据所述观测参数，得出失效模式的可观测节点特征值； 根据所述可观测节点特征值，确定所述元器件各种失效模式的特征向量； 根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效机理原因； 根据所述失效机理原因与所述可观测节点特征值，建立所述失效机理原因与所述节点事件失效特征相应的元器件故障字典。
5.根据权利要求1或2所述的元器件失效归零分析方法，其特征在于，所述步骤根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析具体包括步骤 根据所述元器件故障字典的节点参数，对所述元器件进行观测，得到观测向量的特征值； 比对所述观测向量的特征值与所述元器件故障字典，确定所述元器件的失效机理原因； 根据所述失效机理原因，在所述失效物理故障树中查找相应失效机理的机理因子和影响因素，提出针对所述失效机理的措施。
6.一种元器件失效归零分析系统，其特征在于，包括失效物理故障树建立模块用于根据所述元器件失效物理的共性特点，建立所述元器件的失效物理故障树；失效定位故障树建立模块用于根据所述失效物理故障树将失效物理事件转为可观测的节点事件，以使所述失效物理故障树转换为失效定位故障树；故障字典建立模块用于根据所述失效定位故障树，建立失效机理原因与失效特征相对应的兀器件故障字典；失效归零分析模块用于根据所述失效物理故障树与所述元器件故障字典，对所述元器件进行失效归零分析。
7.根据权利要求6所述的元器件失效归零分析系统，其特征在于，所述元器件失效物理的共性特点包括故障对象、失效模式、失效部位、失效机理、机理因子和影响因素。
8.根据权利要求6或7所述的元器件失效归零分析系统，其特征在于，所述失效定位故障树建立模块具体包括事件转换单元用于确定失效模式与失效机理之间可观测节点，将不可测量的失效物理事件采用可观测的节点事件表示；特征参数选取单元用于根据所述元器件的结构和性能特点，选择表征各节点的特征参数，所述特征参数为可观测参数，所述可观测参数具体包括电性能、热性能、机械性能、 表观特性、气密性和环境适应性；参数表征单元用于用节点失效事件表示所述元器件的失效事件，用所述可观测参数表征所述节点失效事件；故障树建立单元用于建立以所述失效模式为顶事件、以所述可观测节点为中间事件和以所述失效机理原因为底事件的元器件失效定位故障树。
9.根据权利要求6或7所述的元器件失效归零分析系统，其特征在于，所述故障字典建立模块具体包括失效模式集确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效模式集，所述失效模式集包括多个失效模式子集；可观测节点确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述失效模式子集在失效模式下的可观测节点；特征值获取单元用于根据所述定位故障树，由所述可观测节点得出观测参数，判据所述观测参数，得出失效模式的可观测节点特征值；特征向量获取单元用于根据所述可观测节点特征值，确定所述元器件各种失效模式的特征向量；失效机理确定单元用于根据所述定位故障树，确定所述元器件的失效机理原因； 故障字典形成单元用于根据所述失效机理原因与所述可观测节点特征值，建立所述失效机理原因与所述节点事件失效特征相应的元器件故障字典。
10.根据权利要求6或7所述的元器件失效归零分析系统，其特征在于，所述失效归零分析模块具体包括观测单元用于根据所述元器件故障字典的节点参数，对所述元器件进行观测，得到观测向量的特征值； 比对单元用于比对所述观测向量的特征值与所述元器件故障字典，确定所述元器件的失效机理 原因； 查找单元用于根据所述失效机理原因，在所述失效物理故障树中查找相应失效机理的机理因子和影响因素，提出针对所述失效机理的措施。
全文摘要
本发明提供一种元器件失效归零分析方法与系统，系统建立元器件失效物理故障树，将失效物理故障树转换为失效定位故障树，建立机理原因与失效特征相对应的元器件故障字典，根据故障树和故障字典进行元器件失效归零分析。本发明元器件失效归零分析方法与系统，能够通过失效定位故障树将元器件故障定位到内部物理结构，给出清晰的失效路径，通过故障字典的失效特征向量分析快速确定元器件失效模式对应的失效机理，通过失效物理故障树确定相关失效机理的机理因子和影响因素，提出针对性的失效控制措施，实现对电子元器件故障的快速、准确定位和诊断。
文档编号G06F19/00GK103020436SQ201210511020
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者何小琦, 来萍, 恩云飞, 陈媛 申请人:工业和信息化部电子第五研究所