FMEDA中怎么考虑芯片失效

baoshijie

之前介绍过一个细思极恐的事情，ISO 26262从业人员一声一声FMEDA、FMEDA叫的那么亲近，而ISO 26262通篇却没提FMEDA一下，想想都可怕。不过FMEDA作为计算单点故障，潜伏故障诊断覆盖率的技术，该用还是要用的。

芯片的失效模式不像电阻电容的失效模式那样直观，有必要单独拎出来说说。

ISO 26262 2011版没有对芯片的失效做过多的描述，为了填补这一空白，ISO 26262 2018版专门为半导体准备了一章part11，其中涵盖IP核、芯片基础失效率、芯片DFA分析、芯片级别故障注入测试、数字器件、模拟混合器件、可编程逻辑器件、多核技术等等，内容极其丰富。

言归正传。

经常问不同公司的功能安全从业人员，你们的FMEDA中芯片的失效精确到哪个层级了，回答各个层级的都有。

那么ISO 26262是怎么建议的呢？

请看下图的芯片失效分布框图，一个芯片的失效分为package/pin失效和die失效，package/pin失效说白了就是芯片的PIN脚连接失效，die失效就是裸片失效，die失效继续分为数字部分失效、模拟部分失效、存储单元失效、时钟单元失效、逻辑单元失效等等，关于die失效的具体分布芯片厂商的芯片FMEDA会进一步提供。



芯片失效率分布
着重强调一下package失效，package失效包含2部分，一部分是芯片PIN脚在芯片自身层面与die的连接失效，另外一部分是PIN脚与PCB板之间的失效，这两种失效都要考虑。

关于失效率怎么计算？

芯片厂商一般会基于SN29500或者 IEC62380提供一系列温度下的芯片基础失效率，有经验的芯片厂商会同时提供基于SN29600, IEC62380, HTOL加速老化测试JESD85A（基于一定的置信水平）等失效率数据，这是为了满足不同客户的不同口味。

然而不幸的是这些温度可能会与系统的mission profile对应不上。

这时候需要根据SN29500或者IEC62380的失效率预估公式反推出目标温度下的失效率。








SN29500计算芯片失效率公式




IEC62380计算芯片失效率公式
反推的好处是不需要了解芯片内部有多少门电路，是CMOS还是Bipolar或者其他类型的。

笔者专门做了一个Excel表格来进行失效率的反推。

需要特别注意的是，SN29500和IEC62380计算出来的失效率包含的内容不一样。

区别如下：

SN 29500算出来失效率是一个总体，没有分成die和package失效，并且不包含引脚与PCB之间的失效。



IEC 62380算出来的失效率可以直接拆分成die，package的失效率，并且package那一部分失效率已经包含了引脚与PCB之间的失效率。



那么如果一个项目的FMEDA是基于SN29500做的，那么怎么把用SN29500得到的失效率分成λdie+λpackage呢？

首先提一点：基于IEC 62380得到的package的失效率其中大约80%是芯片内部的裸片到引脚的连接失效，大约20%的失效是芯片引脚与PCB之间的连接失效。

分解的原则就是按照其他失效率来源的die和package的失效占比来分解SN29500。

基于IEC62380分解的具体公式如下。



最后再根据IEC61709, 分配一下Package的失效模式：5% Short to Vcc, 5% Short to Gnd, 90% Open。

保守一点，再增加5%的芯片相邻引脚的短路失效。

至此，FMEDA中如何考虑芯片的失效完成，精确到芯片引脚失效，无懈可击。

这么细的FMEDA估计客户或者功能安全评估人员也不会看，但请记住做到这里会很踏实，不怕别人的challenge。

baoshijie

针对FMEDA中芯片失效的考虑，应当结合ISO 26262标准对半导体部分的描述进行分析。芯片的失效模式较为复杂，包括IP核失效、芯片基础失效率评估等。在FMEDA中，应针对芯片特有的失效模式进行建模和计算。对于芯片级别的故障注入测试和数字、模拟混合器等，也需充分考虑其潜在风险。针对此，需结合具体项目要求和标准，进行详尽的芯片失效分析，确保系统的可靠性和安全性。

hudaren43

关于FMEDA中芯片失效的考虑，必须结合其独特的失效模式进行全面分析。芯片失效不仅包括常见的物理损伤和功能衰退，还需考虑半导体材料的缺陷和工艺变异等复杂因素。针对ISO 26262对芯片失效描述不足的问题，最新的版本如2018版已经为半导体专门设立一章，涉及IP核、失效率、DFA分析、故障注入测试等方面，这为我们在FMEDA分析中提供了宝贵的参考依据。在实际操作中，我们应结合具体芯片的特性和应用环境，进行详尽的失效模式分析，确保系统的可靠性和安全性。

hk4835

关于FMEDA中芯片失效的考虑，应结合ISO 26262标准来进行全面分析。针对芯片的失效模式，需重点考虑其特殊的失效机制，如辐射、温度冲击等。对于半导体芯片，特别是复杂的集成芯片，除了通用方法外，应着重参考其专章进行建模分析。IP核失效率是基础参数之一，必须依据专业统计数据进行合理设定。芯片级别的故障注入测试、数字器件与模拟混合器等是FMEDA中的关键部分，应结合实际工程经验进行细致分析。针对芯片的失效分析，还应结合芯片DFA分析，确保对潜在风险进行全面评估。总之，对芯片的失效分析应结合多方面因素，采用专业的方法和工具进行精确建模和评估。