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功率MOSFET应用指南-12-时间失效率FIT

近年来,汽车电子产品的功能安全话题越来越热,功能安全的需求需要在产品的概念设计,系统设计,硬件开发及软件开发中来实现。那么在硬件设计中就需要针对于产品中所用到的所有的所有的电子元件进行FMEDA分析,来计算产品的硬件是否能达到预期的ASIL等级,那么计算中所用到的时间失效率FIT(Failure In Time)就尤为关键。本文就以NEXPERIA的产品为例,从FIT的角度介绍下MOSFET的可靠性。

FIT经常被用来表达元件的可靠性,它的定义为在10^9小时内产生失效的元件数量。在任意消逝的时间 t 内,工作的半导体的可靠性 R 是:R(t) = (n0-nf)/n0。这里 n0 是原始的样品数量,nf 是在 t 时间之后失效的数量。在经过标准时间 109 小时后,大约是 F = (1/no)*(nf/t)*10^9

老化测试:
在应用中施加在元件上的总应力是决定半导体可靠性的主要因素。工作温度是由环境温度和自身功率的加热导致的。在一个产品通常工作在额定限值之内时,温度是最重要的工作应力。为了建立温度和元件失效率的关系,我们使用下面的阿伦尼乌斯方程:

这里的:
EA = 活化能(eV)
K = 波尔兹曼常数 (8.60-10^-5*eV/K)
T1 = 工作温度(℃)
T2 = 可靠性测试的温度(K是基于绝对温度的)
老化测试使元件进行了高等级的应力测试。在严峻条件下短期的实验结果可以被用来推广到正常条件下期待的寿命时间。在加速寿命测试条件下:

时间 t 现在变成了A*t,这里的 A 是加速因子。
基于一个样本元件的寿命的实验结果,FITs 数据的计算已经展示在了下面的表格中。但要注意已经基于泊松概率分布对失效的数量做了一个调整,表明了在一定可信任等级下大量样品的失效率。

这里展示的仅仅是汽车电子产品中一个元件的FIT,而在做硬件功能安全的设计时需要考虑到整个BOM,所以首要任务就是如本文中一样,从元件供应商获取FIT值。希望本文能帮助大家对元件的可靠性参数FIT有所了解。

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