近年來,汽車電子產品的功能安全話題越來越熱,功能安全的需求需要在產品的概念設計,系統設計,硬件開發及軟件開發中來實現。那么在硬件設計中就需要針對于產品中所用到的所有的所有的電子元件進行FMEDA分析,來計算產品的硬件是否能達到預期的ASIL等級,那么計算中所用到的時間失效率FIT(Failure In Time)就尤為關鍵。本文就以NEXPERIA的產品為例,從FIT的角度介紹下MOSFET的可靠性。
FIT經常被用來表達元件的可靠性,它的定義為在10^9小時內產生失效的元件數量。在任意消逝的時間 t 內,工作的半導體的可靠性 R 是:R(t) = (n0-nf)/n0。這里 n0 是原始的樣品數量,nf 是在 t 時間之后失效的數量。在經過標準時間 109 小時后,大約是 F = (1/no)*(nf/t)*10^9
老化測試:
在應用中施加在元件上的總應力是決定半導體可靠性的主要因素。工作溫度是由環境溫度和自身功率的加熱導致的。在一個產品通常工作在額定限值之內時,溫度是最重要的工作應力。為了建立溫度和元件失效率的關系,我們使用下面的阿倫尼烏斯方程:
這里的:
EA = 活化能(eV)
K = 波爾茲曼常數 (8.60-10^-5*eV/K)
T1 = 工作溫度(℃)
T2 = 可靠性測試的溫度(K是基于絕對溫度的)
老化測試使元件進行了高等級的應力測試。在嚴峻條件下短期的實驗結果可以被用來推廣到正常條件下期待的壽命時間。在加速壽命測試條件下:
時間 t 現在變成了A*t,這里的 A 是加速因子。
基于一個樣本元件的壽命的實驗結果,FITs 數據的計算已經展示在了下面的表格中。但要注意已經基于泊松概率分布對失效的數量做了一個調整,表明了在一定可信任等級下大量樣品的失效率。
這里展示的僅僅是汽車電子產品中一個元件的FIT,而在做硬件功能安全的設計時需要考慮到整個BOM,所以首要任務就是如本文中一樣,從元件供應商獲取FIT值。希望本文能幫助大家對元件的可靠性參數FIT有所了解。