你也許會(huì)覺得我這個(gè)智商高達(dá)181的帥哥是個(gè)不識(shí)情趣的人,，但其實(shí)并非如此,。我喜歡在晚上讀點(diǎn)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(dòng)力學(xué)》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(duì)半導(dǎo)體的可靠性有了一點(diǎn)小小的聯(lián)想,。不過我得在此聲明，我剛剛喝了點(diǎn)葡萄酒,，所以我的想法可能會(huì)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(dāng)戈登·摩爾(Gordon Moore)尚任職于飛兆半導(dǎo)體公司時(shí)，對(duì)摩爾定律 (即集成電路上的晶體管密度約每兩年便會(huì)翻一番) 所作出的貢獻(xiàn),。
1965年,，戈登·摩爾剛剛開始進(jìn)行他的數(shù)據(jù)繪制工作，按年份把芯片上晶體管的數(shù)目以對(duì)數(shù)的形式繪制出來,。它們都是一些不起眼的手繪圖?，F(xiàn)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(dāng)物體極為微型化時(shí)發(fā)生的電子隧道效應(yīng)，對(duì)嗎,？”
“是的,。”
“那不是會(huì)限制晶體管尺寸進(jìn)一步縮小嗎？”
“的確是,。”
“那么,，可以達(dá)到多小,？”
戈登追問這些非常簡單問題的方式,，讓你確實(shí)覺得你應(yīng)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(gè)問題,。
- 摘自Carver Mead在2006年 Telecosm 大會(huì)上的演講
摩爾定律的推動(dòng)力在于，在我們制造出更小晶體管的同時(shí),，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(huì)更低,，開關(guān)速度也更快,。正是這個(gè)小小的奇跡，推動(dòng)了數(shù)字化革命的驚人進(jìn)步,。
在創(chuàng)業(yè)50多年之后,，飛兆半導(dǎo)體今天已是功率管理和便攜式技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，而我們的工廠仍繼續(xù)以最先進(jìn)的晶體管光刻技術(shù)提供各種領(lǐng)先的產(chǎn)品,。
像我們這樣能夠?yàn)榭蛻舨粩喔倪M(jìn)產(chǎn)品,、同時(shí)又逐年降低價(jià)格的企業(yè)并不多。一般來說,，如果你在大賣場(chǎng)購買廉價(jià)品牌的貨品,，你對(duì)商品的質(zhì)量、功能,、可靠性的期望值就會(huì)降低,。倘若你低價(jià)買了一輛汽車，你就會(huì)有心理準(zhǔn)備,，它不會(huì)像高檔品牌那么舒服,，也不會(huì)那么安全可靠,。但是，半導(dǎo)體企業(yè)的運(yùn)作方式卻不是這樣,。無論你花費(fèi)多少來購買我們的產(chǎn)品,，你都可以期待高可靠性、穩(wěn)健堅(jiān)固的部件,。
年復(fù)一年,，我們不斷改進(jìn)，盡力生產(chǎn)出故障率超低的部件,。舉個(gè)例子,，飛兆的N –溝道FET NDT3055的FIT (Failure in Time, 1G元件小時(shí)的故障數(shù)量) 額定值為3.65，也就是說工作3127年才會(huì)出現(xiàn)一次故障,。
讓我們仔細(xì)看看這意味著什么,。我們當(dāng)然無法創(chuàng)建大量的部件并進(jìn)行長達(dá)3,127年的測(cè)試。當(dāng)然我們很樂意這樣做,，只是這并不可行,。這個(gè)FIT 額定值是基于部件樣品的加速壽命測(cè)試，再將結(jié)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(yīng)力對(duì)樣品器件進(jìn)行老化試驗(yàn)，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(dāng)然可以。
在建立我們的可靠性估計(jì)時(shí),，我們使用一個(gè)根據(jù)Arrhenius方程得出的溫度應(yīng)力系數(shù)如下：
其中：
Ea = 半導(dǎo)體激活能量
k = 玻爾茲曼常數(shù)
Tu = 使用溫度(K),，或設(shè)計(jì)中的芯片溫度
Ts = 加速壽命測(cè)試中使用的應(yīng)力溫度(K)。
所以,，比如說你想提高一個(gè)系統(tǒng)的可靠性,。利用本文末尾附帶的免費(fèi)平均故障間隔時(shí)間(MTBF)工具，我們可以預(yù)測(cè)把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果,。
我們對(duì)應(yīng)力溫度進(jìn)行控制,，這些基于半導(dǎo)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(gè)系統(tǒng)的可靠性。利用本文末尾附帶的免費(fèi)平均故障間隔時(shí)間(MTBF)工具,，我們可以預(yù)測(cè)把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果,。
100度時(shí)，計(jì)算所得FIT為1009,。
90度時(shí)，計(jì)算所得FIT為860,。
這個(gè)改進(jìn)夠了嗎,？這得看你的需要了。
請(qǐng)注意,，我并不是在談?wù)撨@些數(shù)字的基本現(xiàn)實(shí)意義,。說實(shí)在的，它們只是一些數(shù)字罷了,。不過在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，其實(shí)也存在著相當(dāng)數(shù)量的假設(shè)和未曾考慮的因素。
時(shí)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(fèi)平均故障間隔時(shí)間工具), Advanced Logistics Developments
《集合電動(dòng)力學(xué)》(Collective Electrodynamics), Carver A. Mead, The MIT Press
《諾維科夫猜想》(The Novikov Conjecture), Matthias Kreck and Wolfgang Lück, Birkhauser Verlag