THỬ NGHIỆM ðỘ CHÍN CHẮN CỦA THIẾT KẾ

1. Mở ñầu
Chương này thảo luận về giai ñoạn phát triển dùng phép thử nghiệm tính chín chắn
của thiết kế DMT (Design Maturity Testing) cho ICs, thiết bị hỗn hợp và các lắp ghép ñể
bảo ñảm ñộ tin cậy cao trong các ứng dụng dài hạn (10 năm). Các thiết bị và bộ phận lắp
ghép là ñại diện cho phần lớn các sản phẩm trong công nghệ IC ( hình 1).
DMT dựa trên phương pháp
thống kê lấy mẫu các kế hoạch, bước
ñầu dùng thử nghiệm về môi trường,
bảo ñảm là sản phẩm bền vững ñược
trong ñiều kiện trắc trở của tuổi thọ,
tạo hỏng hóc tai biến (catastrophic)
khi sử dụng. Xác minh này bao gồm
các thử nghiệm gia tốc nhằm tiết kiệm
thời gian và tiền bạc mà vẫn bảo ñảm
ñộ tin cậy của sản phẩm. Do hầu hết
các quyết ñịnh chủ yếu ñều dựa trên
các thử nghiệm dạng này, cần có kế
hoạch ñể bảo ñảm ý nghĩa thống kê của phép thử phù hợp với ñộ tin cậy mong muốn.
Chương này mô tả phuơng pháp DMT cùng các mô hình liên quan cho các thử
nghiệm gia tốc, ñộ tin cậy thống kê, cũng như biên tin cậy của xác suất thành công-thất
bại. Các thủ tục thử nghiệm hiện ñại nhất cần kết hợp với tiềm năng của sản phẩm mới,
kỹ năng về thương mãi tốt nhất, khả năng của các thiết bị mới và các hiểu biết mới về cơ
chế hỏng hóc tiềm tàng. Mục tiêu chủ yếu của DMT là xác ñịnh khi nào thì thiết kế khớp
với các mục tiêu do DMT hoạch ñịnh, là:
• Minh họa cấp ñộ tin cậy của sản phẩm
• Cung cấp kế hoạch thử nghiệm có ý nghĩa thống kê nhằm biện minh cho việc
cân bằng giữa yếu tố bảo vệ ñộ tin cậy với và các chi phí phải cộng thêm; và
• Cung cấp kế hoạch hướng dẫn cho kỹ sư ñể thử nghiệm xác minh các tiêu chuẩn
chấp nhận ñược. Các tài liệu về kế hoạch DMT cần bao gồm các yếu tố tin cậy

ñiều này không có nghĩa là ñộ tin cậy ít dần ñi, do yếu tố tin cậy dài hạn và các thử
nghiệm thường tốt hơn so với các tiêu chí ñã ñuợc xác ñịnh. Các yêu cầu thử nghiệm
cung cấp bảo ñãm ñộ tin cậy cao do DMT thường ñược ñặc trưng theo thủ tục không
hỏng hóc (zero-failure) như mô tả dưới ñây. Hướng dẫn tạo ra mục tiêu thích hợp với kỳ
vọng của khách hàng ñối với sản phẩm. Thông thường thì ñều bằng nhau, khi số phần tử
trong quá trình hỗn hợp và lắp ghép tăng, thì tốc ñộ hỏng hóc nội tại cũng tăng theo. Như
thế, mục tiêu nên ñược hướng dẫn từ số phần tử ñếm ñược trên quá trình hỗn hợp hay lắp
ghép. Tuy nhiên, nên dùng một mô hình dự báo ñộ tin cậy, thí dụ như mô hình của quân
ñội (MIL STD) 217 hay phân tích Bellcore trong ñánh giá. (xem chương 11). Hơn nữa, ,
DMT thuờng yêu cầu tất cả mọi sản phẩm phải ñạt ñược các mục tiêu 1, 2, 3, hay 4 thông
qua thủ tục thử nghiệm không hỏng hóc (zero-failure).

4. Các phương pháp DMT
ðộ chín chắn của sản phẩm cần bao gồm cả ñộ tin cậy của quá trình và sản phẩm.
Trước khi ñưa vào sản xuất, sản phẩm cấp beta cần ñạt mức DART (Design Assessment
Reliability Testing) tương tự như trong chuơng 3. Giai ñoạn này bao gồm các thử nghiệm
HALT (Highly Accelerated Life Testing). Khi sản phẩm ñã sẳn sàng cho DMT, thì quá
trình ñược xem là ñạt mức chín chắn. Sau khi ñạt mức cổng giai ñoạn DART, thì cần
thực hiện DMT. Lắp ghép là một thí dụ tốt của quá trình DMT do chúng là sản phẩm
phức tạp. Theo hình 4, thì thử nghiệm lắp ghép tiêu biểu thường gồm 15 khối (B1–B15).
Mổi khối ñều có tư liệu là một thẻ quá trình. ðể thiết lập thử nghiệm trên qui mô thực tế
với nhiều dự án linh kiện, thì cần phần mềm cung cấp kế hoạch thử nghiệm cho việc
ñóng võ plastic các IC, linh kiện rời, hỗn hợp và lắp ghép. Thông tin chi tiết về vấn ñề
này ñược cung cấp dưới ñây. Trong quá trình tự ñộng hóa, các thẻ của quá trình tuân theo
các bước trong hình 4. Trong khối 1, các mẫu ñầu tiên ñược cung cấp ñể thực hiện thử
nghiệm DMT (quá trình lấy mẫu ñược mô tả ở phần sau). Tiếp ñến, thực hiện bằng mắt
và bằng ñiện các phép thử hoạt ñộng- không hoạt ñộng theo khối 2. Bước này ñược thực
hiện kết hợp với khối 3 nhằm phân tích về khả năng của quá trình. Mục tiêu của phân tích
này trong khối 3 và 9 là kiểm tra xem tất cả tham số chủ yếu về ñiện ñược giữ ổn ñịnh
trong thử nghiệm về giới hạn làm việc hay trong thử nghiệm stress. Thử nghiệm này

(wearout), etc.), và cơ chế hóa nhiệt có ẩm (thí dụ, ảnh hưởng ñiện tích bề mặt (surface
charge effects), ảnh hưởng rò iôn (ionic leakage), dendrite growth, ăn mòn chân ra (lead
corrosion), ăn mòn ñiện hóa (galvanic corrosion), etc.). ðể tạo stress một cách thích hợp
cho cơ chế hỏng hóc, thì cần phải có cả bốn phép thử nghiệm. ðầu tiên, cơ chế stress cơ
nhiệt như chu kỳ nhiệt và rung, cơ chế hóa nhiệt không ẩm stress HTOL, và cơ chế stress
hóa nhiệt có ẩm THB. Ý niệm sau thử nghiệm stress là yếu tố nén thời gian và stress cơ
chế hỏng hóc trong một thời gian thử nghiệm hợp lý ñể ước lượng ñược ñộ tin cậy. ðể
ước lượng ñược thời gian thử nghiệm và số mẫu cần, phải có cả yếu tố mô hình hóa gia
tốc và phân tích thống kê. Một kế hoạch thử nghiệm tiêu biểu cần bốn mô hình gia tốc
quá khứ là (xem phần tham khảo 1):
• Mô hình Arrhenius Model dùng cho tuổi thọ vận hành với nhiệt ñộ cao
• Mô hình Peck dùng cho chu kỳ nhiệt ñộ -ẩm ñộ
• Mô hình Coffin-Manson dùng cho chu kỳ nhiệt ñộ và
• Luật mật ñộ phổ công suất dùng cho rung ñộng
Các mô hình này ñuợc mô tả chi tiết trong chương 9.
4.2 Các thử nghiệm không stress (B10 ñến B15)
Các khối từ B10 ñến B15 (xem hình 4) cung cấp phần tổng quan về thử nghiệm
không stress về ñộ chín chắn của thiết kế. Cần một ñơn vị ñiều khiển A ñể ñánh giá ñộ
chính xác ño lường dùng DMT trong khối B10. ðơn vị ñiều khiển chỉ làm những thử
nghiệm liên quan ñến ño lường ñiện. Trong khối lắp ghép thì thử nghiệm drop/shock
ñược thực hiện trong khối B11 ñể bảo ñảm là vật liệu chịu ñựng ñược tương ñối sốc
thường xuyên, không lặp ñi lặp lại hay rung ñộng giao thời xuất hiện khi tính ñến phần
quá ñộ của rung ñộng, ñóng gói, vận chuyển, và môi trường dịch vụ. ðơn vị cũng cần
thỏa mãn mọi ñặc tính trong khối B12. Trong DMT còn cần bao gồm tính năng về vật lý,
bảo ñảm ñược là thiết kế ñã chín chắn, và vấn ñề ñơn giản không ảnh huởng ñến yếu tố
không lường trước từ khách hàng. Thử nghiệm xả tĩnh ñiện (ESD: Electrostatic
Discharge) thực hiện trong khối B13 xác ñịnh tính nhạy cảm của thiết bị lắp ghép, các
linh kiện từ ảnh hưởng của tĩnh ñiện. Hơn nữa, ñơn vị thử còn ñược phân cấp theo ñộ
nhạy (xem bảng 1). Nên sắp xếp ñộ nhạy từ mô hình thử nghiệm người (Human Body
Model ESD) (hình 5), dùng xung ESD ñể phát hiện rò rỉ bên ngoài. Các thử nghiệm

Thử nghiệm về tuổi thọ thường ñưa ñến các hỏng hóc mới. Các giá trị quá khứ
thường ñược dùng ñể mô hình số lần hỏng hóc theo phân bố dạng log hay Weibull cho
từng linh kiện. Tuy nhiên, khi ñề cập ñến kết quả thử nghiệm ñể tạo hỏng hóc tai biến
mới, kế hoạch thử nghiệm thường phải dựa trên thử nghiệm không hỏng hóc (zero-
failure hay failure-free). Trường hợp này, dùng mô hình dạng phân bố log là hợp lý với
hai lý do: chưa xác ñịnh ñược phân bố hỏng hóc, và ñơn vị ñã suy tàn mà không cần ñến
thử nghiệm dài hạn (10 năm). ðiều này cho thấy là quá trình lão hóa ở chế ñộ xác lập
trong mô hình tuổi thọ, còn ñuợc gọi là mô hình ñuờng cong bồn tắm (xem hình 6). Mô
hình xác lập này dùng phân bố dạng mủ; trong ñó
λ: tốc ñộ hỏng hóc, là hằng số và hàm tin cậy R theo thời gian t là:

t
etR
λ
−
=)( (1)
Phần linh kiện bị
hỏng trước ñó là
F(t) = 1 – R(t).
Chương 8 sẽ cung cấp
thêm chi tiết về hàm
phân bố này. Một lý do
nữa là mô hình tốc ñộ
hỏng hóc cố ñịnh
thường ñược dùng
trong các hệ thống/thiết
bị phức tạp. Các hệ
thống phức tạp hơn thì
dùng mô hình với tốc
ñộ hỏng hóc có dạng

Trong bộ ước lượng
2
χ
(chi bình phương) thì mục tiêu tốc ñộ hỏng hóc ñược lấy
làm biên trên ước lượng. Nhằm minh họa mục tiêu ñộ tin cậy, cần thêm một số thừa số
bao gồm tổng thời gian thử nghiệm, thừa số ước lượng về tăng tốc môi truờng, mức tin
tưởng thống kê, số hỏng hóc cho phép khi thử nghiệm. Nếu số hỏng hóc cho phép là 0,
thì ñược gọi là thử nghiệm “zero” hay “failure-free”. Do kích thước mẫu phụ thuộc vào
thừa số ước lượng yếu tố gia tốc, cần dùng ước lượng từ dữ liệu quá khứ hay nghiên cứu
về quá trình ñộ tin cậy trước ñây. Một thí dụ về kế hoạch thử nghiệm gia tốc không hỏng
hóc (failure-free) ñược mô tả ở chương 9. Trong thí dụ, nếu mục tiêu DMT thỏa lắp ghép
là 90% mức tin cậy thống kê, tức là tốc ñộ hỏng hóc không cao hơn (1.000 FITs và ñộ tin
cậy không dài hơn một năm (biên dưới).Các chứng minh toán học ñuợc trình bày ở
chương 8. Trong một số rất hiếm trường hợp, ñặc biệt khi phát triển sản phẩm bêta, dùng
sơ ñồ lấy mẫu dạng khác tùy nhu cầu và ñặc biệt khi dựa vào yêu cầu của khách hàng về
sản phẩm bêta.

7. Qui hoạch thử nghiệm gia tốc tự ñộng
Như ñã nói thì nhiều sản phẩm/nền tảng phải ñạt thử nghiệm DMT. ðể kế hoạch
DMT thực hiện ñược và duy trì ñược phép thử ổn ñịnh trên mọi sản phẩm, cần có phần
mềm lập kế hoạch thử nghiệm tự ñộng.
Các mô hình thử nghiệm stress quá
khứ, các ước lượng tham số ñã có, và
mẫu kế hoạch thống kê cần thiết
ñuợc tích hợp trong một chương trình
tự ñộng, trong ñó có ghi nhận về thời
gian thử nghiệm, cuờng ñộ thử nghiệm,
và việc sử dụng của khách hàng. Các
phần mềm tự ñộng cũng thỏa mãn yêu
cầu của ISO-9001 cho một kế hoạch ổn

ra nếu một hay nhiều ñơn vị bị hỏng? chỉ dẫn chung phù hợp cho từng tác ñộng thiết lập
hiệu chỉnh ñuợc trình bày ở chương 10, trong ñó thảo luận về phương pháp thử nghiệm
tăng trưởng ñộ tin cậy truyền thống Crow-AMSAA (xem phụ lục 2 và 3). Các phương
pháp này bao gồm quá trình phân tích hỏng hóc, tác ñộng hiệu chỉnh và ñánh giá, cho
phép ñịnh lượng mức tăng trưởng ñộ tin cậy. Kết quả này cải thiện ñộ tin cậy của sản
phẩm theo thời gian, nhờ kết quả của quá trình lặp lại thử nghiệm nhiều lần và tìm ra, sửa
chửa sai lầm của thiết kế, hỏng hóc của các phần tử, và/hay các thiếu sót do nhân công.
Thực tế về tăng truởng ñộ tin cậy tốt nhất trong thương mãi dùng cho một ñơn vị không
ñạt thử nghiệm không hỏng hóc (zero-failure) ñược thực hiện theo ba bước ñơn giản sau:
phân tích nguyên nhân gốc của hỏng hóc, tác ñộng hiệu chỉnh và ñánh giá. Xem chi tiết
về ba bước này ở bảng 2. Trong một số trường hợp, tác ñộng này không sửa chữa tức thời
ñược hỏng hóc, mà cần chương trình thẩm tra sản xuất. Khi ñã thiết lập ñược tác ñộng
hiệu chỉnh, thì cần có giám sát sản xuất, bảo ñảm tác ñộng này là ñúng chổ. Chương kế
mô tả cổng giai ñoạn thẩm tra và giám sát sản xuất.

Các bước
(Procedure)
Mô tả Hướng dẫn
Phân tích nguyên
nhân chủ yếu gây
hỏng hóc
Nhận dạng và phân tích
các chế ñộ, cơ chế và hậu
quả của hỏng hóc tiềm
năng và thực tế
Mọi hỏng hóc ñều phải ñược tiến hành
phân tích nguyên nhân chủ yếu. ðiều này
bao gồm cả việc phân tích hỏng hóc. Sau
khi nhận dạng xong thì phân lớp chế ñộ
hỏng hóc thành loại A hay loại B. Chế ñộ

Nếu ñiều kiện về thời gian và tài chính
cho phép, thì nên thử nghiệm lại toàn b
ộ
thiết kế với mẫu thống kê, dùng bước
lượng hóa như chỉ dẫn của tài liệu. Khi
ñiều kiện thời gian và tài chính không
cho phép, thì cần thử nghiệm từng phần
nhằm chứng tõ khả năng của thiết kế, có
chứng nhận về kỹ thuật ñộ tin cậy. khi
cần thì ñơn vị thử nên ñược thiết lập theo
chương trình tăng trưởng ñộ tin cậy
TAAF (Test-Analyse- and –Fix). Các bộ
phận ñầu tiên cần có chương trình thẩm
tra tăng trưởng của tin cậy.

Thư mục:
1. Nelson, Wayne, Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data
Analysis, John Wiley & Son, NEw York, 1990
2. Department of Defense: “ Military Hanbook -189, Reliability Growth Management, “
Naval Publications and Forms, Philadelphia, 1981.
3. Feinberg, A. A,. and Gibson, G. J., “Accelerated Reliability Growth Methodologies
and Models”. Recent Advances in Life-Testing and Reliability. Edited by N.
Balakrishan, CRC press, 1995.