《電子技術應用》
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經得起推敲的可靠性
Dr. FAE
飛兆半導體
摘要: 摩爾定律的推動力在于,,在我們制造出更小晶體管的同時,,它們的制造成本也越來越低,,而且工作性能也越來越高。這不是很了不起嗎,?那么,,工作性能更高意味著什么呢? 這意味著這些晶體管的功耗會更低,,開關速度也更快,。正是這個小小的奇跡,推動了數字化革命的驚人進步,。
Abstract:
Key words :

你也許會覺得我這個智商高達181的帥哥是個不識情趣的人,,但其實并非如此。我喜歡在晚上讀點輕松的東西,,例如Kreck 與 Lück合著的《諾維科夫猜想》,,或者是卡沃·米德 (Carver Mead)的《集合電動力學》等。

這些巨著非常引人入勝,,我相信你一定也深有同感,。

這讓我對半導體的可靠性有了一點小小的聯想。不過我得在此聲明,,我剛剛喝了點葡萄酒,,所以我的想法可能會受到酒精的影響啊。

 前面提到過的卡沃·米德 ,,他的成就眾多,其中之一就是在1960年代,,當戈登·摩爾(Gordon Moore)尚任職于飛兆半導體公司時,,對摩爾定律 (即集成電路上的晶體管密度約每兩年便會翻一番) 所作出的貢獻。

1965年,,戈登·摩爾剛剛開始進行他的數據繪制工作,,按年份把芯片上晶體管的數目以對數的形式繪制出來,。它們都是一些不起眼的手繪圖。現在我還保留了一些,。

有一天,,我們談到這些手繪圖。

他說:“你正在研究當物體極為微型化時發(fā)生的電子隧道效應,,對嗎,?”

“是的。

“那不是會限制晶體管尺寸進一步縮小嗎,?”

“的確是,。”

“那么,可以達到多???”

戈登追問這些非常簡單問題的方式,讓你確實覺得你應該知道所有答案,,然而我并不知道,。我說:“好的,我得去想一想”,。從那天以后,,我就一直在思考這個問題。

-          摘自Carver Mead在2006年 Telecosm 大會上的演講

摩爾定律的推動力在于,,在我們制造出更小晶體管的同時,,它們的制造成本也越來越低,而且工作性能也越來越高,。這不是很了不起嗎,?那么,工作性能更高意味著什么呢,? 這意味著這些晶體管的功耗會更低,,開關速度也更快。正是這個小小的奇跡,,推動了數字化革命的驚人進步,。

在創(chuàng)業(yè)50多年之后,飛兆半導體今天已是功率管理和便攜式技術的領導廠商,,而我們的工廠仍繼續(xù)以最先進的晶體管光刻技術提供各種領先的產品,。

像我們這樣能夠為客戶不斷改進產品、同時又逐年降低價格的企業(yè)并不多,。一般來說,,如果你在大賣場購買廉價品牌的貨品,你對商品的質量,、功能,、可靠性的期望值就會降低,。倘若你低價買了一輛汽車,你就會有心理準備,,它不會像高檔品牌那么舒服,,也不會那么安全可靠。但是,,半導體企業(yè)的運作方式卻不是這樣,。無論你花費多少來購買我們的產品,你都可以期待高可靠性,、穩(wěn)健堅固的部件,。

年復一年,我們不斷改進,,盡力生產出故障率超低的部件,。舉個例子,飛兆的N –溝道FET NDT3055的FIT (Failure in Time, 1G元件小時的故障數量) 額定值為3.65,,也就是說工作3127年才會出現一次故障,。

讓我們仔細看看這意味著什么。我們當然無法創(chuàng)建大量的部件并進行長達3,127年的測試,。當然我們很樂意這樣做,,只是這并不可行。這個FIT 額定值是基于部件樣品的加速壽命測試,,再將結果插入公式法而推算出來的,。

其基本概念是,利用高濕度與過壓應力對樣品器件進行老化試驗,,這樣便無需等待幾千年就可以估算出故障率,。

如我上文所述,我們盡力為客戶創(chuàng)建出穩(wěn)健可靠的器件,??蛻艨梢詤⑴c到其中嗎?當然可以,。

在建立我們的可靠性估計時,,我們使用一個根據Arrhenius方程得出的溫度應力系數如下:

6

其中:

Ea = 半導體激活能量

k = 玻爾茲曼常數

Tu = 使用溫度(K),或設計中的芯片溫度

Ts = 加速壽命測試中使用的應力溫度(K),。

所以,,比如說你想提高一個系統(tǒng)的可靠性。利用本文末尾附帶的免費平均故障間隔時間(MTBF)工具,,我們可以預測把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果,。

我們對應力溫度進行控制,這些基于半導體工藝,,一般為150攝氏度(423K)或175攝氏度(448K),。只是使用溫度是由你來控制,工作溫度越低,,則可靠性更高,。這就是你那部分的工作。

 所以,,比如說你想提高一個系統(tǒng)的可靠性,。利用本文末尾附帶的免費平均故障間隔時間(MTBF)工具,我們可以預測把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果,。

 100度時,,計算所得FIT為1009。

 90度時,,計算所得FIT為860,。

這個改進夠了嗎?這得看你的需要了,。

請注意,,我并不是在談論這些數字的基本現實意義。說實在的,,它們只是一些數字罷了,。不過在實際設計中,其實也存在著相當數量的假設和未曾考慮的因素,。

時間不早了,,瓶子里也只剩下約半杯的酒。我還在想要不要把余下的酒留待下次再喝……

 參考信息

Free MTBF Tool (免費平均故障間隔時間工具), Advanced Logistics Developments

《集合電動力學》(Collective Electrodynamics), Carver A. Mead, The MIT Press

《諾維科夫猜想》(The Novikov Conjecture), Matthias Kreck and Wolfgang Lück, Birkhauser Verlag

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