在依据工业功能安全程序进行合规评估时，对安全相关系统的元器件可靠性进行揣测至关勤劳。揣测抑止时常以“给定时间内的失效次数”(FIT)暗意，FIT是安全性分析的勤劳依据，用于评估系统是否达到标的安全完好性品级。业界有多个元器件失着力数据库，可供系统集成商参考使用。本文接头了揣测集成电路(IC)失着力的三种常用工夫，并先容了ADI公司的安全应用札记若何提供此类失着力信息。

为什么需要可靠性揣测？

失着力或基本失着力是指居品在灵验寿命期内单元时间的预期失效频次，时常以FIT（十亿小时内发生一次失效）为单元。图1泄露了电子元器件失效的可靠性浴盆弧线模子，可分为三个阶段：早期失效阶段、灵验寿命或观念使命时间随即失效阶段、磨损老化失效阶段。本文重心眷注元器件灵验寿命期内的失着力。

图1.可靠性浴盆弧线1

了解电子系统中元器件的失着力关于开展可靠性揣测以评估系统举座的可靠性至关勤劳。进行可靠性揣测时，需要明确可靠性模子、失效方式假定、会诊远隔和会诊障翳率。揣测抑止将动作输入信息，应用于失效方式和影响分析(FMEA)、可靠性框图(RBD)、失效树分析(FTA)等可靠性建模门径。2，3

凭据功能安全的要求，为了达成安全完好性品级(SIL)标的，需要对安全相关系统的随即硬件失效进行定量可靠性揣测。这一需求源自基础功能安全程序IEC 61508的第二部分，其中措施了安全相关系统(SRS)在硬件方面的具体要求。表1泄露了SIL标的与SRS危境失效概率的对应关系。

表1.安全完好性品级要求与危境失效概率的对应关系2，3

注：当需求率为每年一次时，PFD办法和PFH办法等效。

此外，这些失着力针对的是安全功能举座，而具体到单个集成电路(IC)，其分派到的失着力限值仅为总办法的很小一部分，举例1%。

若何揣测系统可靠性

业界有多个失着力数据库，可供系统集成商在盘算系统时参考使用。电子和非电子元器件的失着力数据起首包括：《IEC工夫申诉62380: 2004》、西门子程序SN 29500、ADI元器件平均无失效时间(MTTF)数据、现场退货情况和大师判断。4

ADI元器件的MTTF数据可在analog.com上的可靠性部分中找到。在“可靠性数据和资源”下方有晶圆制造数据、拼装/封装工艺数据、Arrhenius/FIT率想到器、百万分率想到器和可靠性手册。图2泄露了每个资源子部分包含的本色。

图2.ADI可靠性数据和资源

为了匡助读者意会前述三个半导体失着力数据起首（侧重于Arrhenius高温使命寿命(HTOL)的ADI元器件MTTF数据、西门子程序SN 29500和IEC TR 62380:2004）之间的永别，接下来的章节将证据每种门径和联系的数据库。5，6

什么是Arrhenius HTOL？

HTOL是JEDEC程序中界说的常用加快寿命测试之一，用于评估元器件失着力。HTOL测试旨在让器件在高温下启动，以加快其老化进度，从而等效地模拟其在常温（如55°C）下长时间启动的成果。因此，HTOL是一种在加快应力要求下评估半导体元器件长久可靠性的门径，比如评估元器件的平均无失效时间(MTTF)。这种测试通过加热元器件并保合手平素使命电压，在较短时间内模拟元器件的通盘这个词寿命周期。

在可靠性想到的详确分析中，HTOL加快测试（125°C下1，000小时或等效要求）产生的数据需通过Arrhenius方程和0.7 eV的活化能为进行换算，赢得在最终用户使用要求下的预期寿命（比如55°C下10年）。选拔卡方统计漫步，基于HTOL测试的样本数目，想到失着力的60%和90%置信区间。

其中：

• x2为逆卡方漫步，其值取决于失效次数和置信区间

• N为HTOL测试的样本数目

• H为HTOL测试的合手续时间

• At为凭据Arrhenius方程想到的测试要求到使用要求的加快因子

晶圆制造数据是analog.com上提供的可靠性数据和资源之一。点击它就会呈现包括居品举座寿命测试数据撮要在内的数据。它由总样本数目、失效数目、55°C劣等效器件小时数、FIT值（基于HTOL数据）及MTTF数据（60%和90%置信度）构成。示举例图3所示。

功能安全时常需要70%的置信度，因此90%的置信度不错动作一种更保守的弃取径直使用，八成不错诈欺某种门径（举例“若何转换可靠性揣测的置信度”中先容的门径）进行调遣。5

图3.来自analog.com的晶圆制造数据

西门子程序29500

SN 29500程序是一种基于查询表的可靠性揣测程序，滥觞由西门子公司建议，现已被庸俗用作ISO 13849程序的可靠性揣测依据。它通漏洞着力来想到可靠性，其中失着力界说为在特定的环境和功能启动要求下，元器件在一定时间内平均预期发生的失效比例。该程序代表了一种保守的元器件失着力笃定门径。每类元器件的参考FIT值基本上是凭据特定类型元器件的现场退货情况笃定的。因此，参考值会包括应用中遭遇的任何类型失效，AG庄闲和游戏而不单是是上一节所述HTOL门径引起的内在失效。其中包括电气过载(EOS)所导致的失效，此失效不会在HTOL测试中使用的受控执行室环境下发生。5-8

公式2标明了SN 29500-2若何得出集成电路的失着力。滥觞，它提供了参考失着力，也便是程序所界说的参考要求下的元器件失着力。由于参考要求并不老是换取，因此该程序还提供了调遣模子，相沿凭据电压、温度和漂移忠良度等应力使命要求来想到失着力，如公式2所示。

其中：

• λref是参考要求下的失着力，与晶体管的数目成比例

• πU是电压依赖因子

• πT是温度依赖因子

• πD是漂移忠良度因子

凭据IC的特质，公式2可能有所不同。举例，当它是具有扩展使命电压鸿沟的模拟IC时，不错使用公式2。关于通盘其他具有固定使命电压的模拟IC，电压依赖因子将设立为1。关于数字CMOS-B系列，漂移忠良度因子将设立为1。终末，关于通盘其他IC，电压依赖因子和漂移忠良度因子齐将设立为1。

请注目，IEC 617099程序讲解了若何凭据不同使用要求谐和可靠性揣测，这项程序似乎是SN 29500所依据的表面基础。

《IEC工夫申诉62380: 2004》

IEC 62380是另一个常用的IC失着力评估程序。它于2004年发布，随后被IEC 61709取代。尽管如斯，IEC 62380程序仍被汽车功能安全程序ISO 26262:2018援用，在其第11部分中赓续用作电子元器件可靠性揣测的参考模子。该程序将IC的失着力想到为芯片、封装和EOS失着力之和。凭据IEC TR 62380和ISO 26262-11:2018，FIT想到的抒发式如公式3所示。10-12

其中：

• λdie是芯片失着力，包含与晶体管数目、IC系列及所用工夫、温度、使命时间、年周期影响因子等任务弧线数据联系的参数

• λpackage是封装失着力，包含与热身分、热扩展、任务弧线的温度轮回身分及IC封装联系的参数

• λoverstress是过载失着力；针对不同的外部接口，它有相应的术语界说

ADI安全应用札记中的失着力

除了analog.com上提供的可靠性数据以外，ADI元器件的可靠性揣测还不错在IC的安全应用札记中找到。象征为相沿FS的IC时常有相应的安全应用札记。举例，LTC2933的安全应用札记提供了凭据HTOL、SN 29500和IEC 62380可靠性揣测门径得出的器件FIT值，如图4、图5和图6所示。图中的表格泄露了FIT值及所辩论的要求。要是具体要求不同，系统集成商不错诈欺表格下方的信息自行想到FIT。

图4.凭据LTC2933安全应用札记，基于Arrhenius HTOL的FIT

图5.凭据LTC2933安全应用札记，基于SN 29500的FIT

图6.凭据LTC2933安全应用札记，基于IEC 62380的FIT

结语

本文详尽了三种常见的集成电路可靠性揣测工夫，即Arrhenius HTOL、SN 29500和IEC 62380。诈欺HTOL测试数据，凭据Arrhenius公式进行想到，不错得出以FIT为单元的失着力。SN 29500提供了参考失着力及针对不同应力使命要求的调遣模子。IEC 62380措施电子元器件的失着力为芯片失着力、封装失着力和过载失着力之和。

ADI元器件的失着力不错在analog.com上或相应的安全应用札记中找到。安全应用札记的优点在于，它提供了依据上述三种门径得出的元器件可靠性揣测。除此以外，它还提供了想到此类FIT值所需的信息，以便系统集成商针对不同的使命要求自行再行想到。