集成電路可靠性預測

具有良好的可靠性是功能安全的 3 大支柱之一，因此可靠性預測非常重要，如果沒有其他方法可以允許在不同架構(gòu)之間進行比較，但 IEC 61508 確實對每小時危險故障概率有強制性值，為了滿足這一點，您需要可靠性預測。但是，在有人發(fā)表評論之前，可以使用冗余和診斷來使用不可靠的組件設(shè)計一個安全的系統(tǒng)，我在最近的博客中談到了這一點。也可以使用可靠的組件設(shè)計不安全的系統(tǒng)，但我跑題了。然而，正如我所說，可靠性以及HFT（硬件容錯），SFF（安全故障分數(shù)）以及采取措施防止引入設(shè)計錯誤是功能安全的支柱。

圖1 ADI公司可靠性手冊中的浴盆曲線

許多物品的可靠性遵循通常稱為浴缸曲線的形狀，如上所示。首次通電時，故障率可能很高，一旦超過物品的使用壽命，故障率再次很高，但在其壽命中期，可靠性達到穩(wěn)定的故障率，這是通常用于可靠性預測的數(shù)字。開始時的延長期可能為48小時或更短，ADI公司會進行ELF（早期故障）測試，以測量此故障率并調(diào)試其制造工藝以消除此類故障。半導體的磨損階段通常為20年或更長時間，但取決于任務(wù)概況（在不同溫度下花費的時間）。還進行了測試以確保此使用壽命，HTOL – 高溫工作壽命，以及使用DRC（設(shè)計規(guī)則檢查器）和其他工具。

對此數(shù)據(jù)的批評是，它只包括隨機硬件故障，不包括由于系統(tǒng)原因引起的故障。這種批評是有道理的，因為如果ADI在HTOL測試期間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，則會修復故障，并消除故障源。因此，基于HTOL的數(shù)據(jù)不包括由于客戶誤用設(shè)備而導致的故障，由于誤讀或數(shù)據(jù)表不準確的故障，由于未正確保護設(shè)備免受電氣過應(yīng)力而導致的故障等。但是，我對此很好，因為我認為我們應(yīng)該只使用包含隨機硬件故障率的數(shù)據(jù)，因為在IEC 61508等功能安全標準中，隨機和系統(tǒng)故障的處理方式不同。

可靠性數(shù)據(jù)以FIT（時間故障）引用，F(xiàn)IT（在1億年的運行時間內(nèi)預期的故障次數(shù)）。當某些東西具有非常高的可靠性時，可以使用該單位，因為它提供易于解釋的數(shù)字，例如 10 FIT 或 100 FIT，而不是 1e-8/h 和 1e-7/h。如果某物的 FIT 為 1，這并不是說該設(shè)備的壽命為 1 億年，而是如果您有 1 萬臺設(shè)備運行 1000 小時，如果 FIT 為 1，則可以預期由于隨機硬件故障問題而導致的一次故障。

FIT實際上是在60%的置信水平和90%的置信水平下給出的。功能安全標準通常尋找70%或其他置信水平的數(shù)字，我之前寫過一篇關(guān)于如何從一個置信度轉(zhuǎn)換到另一個置信度的博客，見這里。該工具僅允許您輸入平均工作溫度，雖然這對于工業(yè)應(yīng)用通常是可以接受的，但我們的汽車同事使用更令人印象深刻的任務(wù)配置文件來反映更高溫度下的更高故障率。在這些情況下，可以將上述預測輸入Excel電子表格，并使用Arrhenius方程求解任意任務(wù)配置文件的可靠性數(shù)字。

如果產(chǎn)品是多芯片解決方案，例如我們的數(shù)字隔離器中經(jīng)常使用的解決方案（光耦合器替代品），則將對封裝中的每個芯片進行預測。

表中的數(shù)據(jù)基于HTOL（高溫工作壽命）測試，該測試是在燃燒爐中進行的一種形式或加速測試。此外，它不僅包括其自身的數(shù)據(jù)，而且通常還包括ADI在該工藝節(jié)點上提交給HTOL測試的每個部件的數(shù)據(jù)。還給出了這些部件和測試溫度（通常為125'c或150'c以獲得加速度系數(shù)）的列表。使用這種替代數(shù)據(jù)是被廣泛接受的。如果您使用的是ADI的新工藝節(jié)點，則不會有很多先前完成的定性來收集數(shù)據(jù)，也無法在60%置信水平下獲得可靠性預測，而報價的FIT可能非常高。隨著越來越多的零件在工藝節(jié)點上完成HTOL測試，置信度會增強，當然，如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，報價的FIT將會下降。

如果您不想使用ADI數(shù)據(jù)，那么可靠性預測的常見來源是使用IEC 62380。下面顯示了使用 IEC 62380 預測芯片可靠性的公式，對于我們的客戶來說，使用該公式可能很困難，因為您可能不知道晶體管數(shù)量等信息。

圖 3 - 根據(jù) IEC 62380 進行可靠性預測的公式

該等式并不像看起來那么糟糕，可以封裝到電子表格中，其中包含下面所示的電子表格中的樣本。

圖 4 - 根據(jù) IEC 62380 進行可靠性預測的快照

IEC 62380允許輸入更精細的任務(wù)配置文件。在上面的示例中，總壽命為 7920 小時（汽車典型壽命不到 1 年），包括在 -480'C 下為 20 小時，在 1600'C 下為 23 小時，在 5200'C 下為 60 小時。IEC 62380要求單獨計算封裝可靠性。

是呢環(huán)保局：郭婷