目录

概要

1 元器件分类和基准温度

2 Digital CMOS and bipolar analog ICs 失效率的计算

2.1 失效率预测模型

2.2 电压应力系数

2.2.1 电压应力系数计算模型

2.2.2 电压应力系数计算

2.3 温度应力系数

2.3.1 温度应力系数计算模型

2.3.2 温度应力系数计算

3 Other ICs 失效率的计算

3.1 失效率预测模型

3.2 温度应力系数

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概要

IEC 61709是国际电工委员会（IEC）制定的一个标准，全称为"Electric components - Reliability - Reference conditions for failure rates and stress models for conversion"，即“电子元器件.可靠性.转换用故障率和应力模型的基准条件”。主要涉及电学元器件的可靠性，包括失效率的基准条件和失效率转换的应力模型。本文介绍IEC 61709第六章：Integrated semiconductor circuits的失效率预测模型。

1 元器件分类和基准温度

IEC 61709第六章根据元器件的类型和40°C的元器件环境温度，推荐了基准结温θref：

Memory的基准温度

Microprocessors and peripherals, microcontrollers and signal processors的基准温度

Digital logic families and bus interface, bus driver and receiver circuits的基准温度

Analog ICs的基准温度

Application-specific ICs的基准温度

2 Digital CMOS and bipolar analog ICs 失效率的计算

2.1 失效率预测模型

Digital CMOS and bipolar analog ICs 的失效率预测模型如下：

式中：

λ：失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

λref：基准条件下的失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

πU：电压应力系数；

πT：温度应力系数；

2.2 电压应力系数

2.2.1 电压应力系数计算模型

电压应力系数πU的计算模型1如下：

式中：

Uop：工作电压，单位为伏（V）；

Uref：基准电压，单位为伏（V）；

Urat：额定电压，单位为伏（V）；

C2、C3：常数；

πT：温度应力系数；

对于某些元器件类型必须要电压的绝对值处理，使用πU的计算模型2为：

2.2.2 电压应力系数计算

根据元器件的类型，选择电压应力系数计算所需的参数：

• 对于 Digital CMOS-family，使用πU计算模型2，带入基准电压Uref、C1、C2以及不同的运行电压Uop，即可计算出不同运行电压下的电压应力系数：

• 对于 Analog，使用πU计算模型2：带入基准电压与额定电压之比Uref/Urat、C2、C3以及不同的运行电压与额定电压之比Uop/Urat，即可计算出不同运行电压与额定电压之比下的电压应力系数：

2.3 温度应力系数

2.3.1 温度应力系数计算模型

为充分描述 Digital CMOS and bipolar analog ICs温度与失效率的关系，采用包含两个激活能的计算模型，而非采用基于阿伦尼乌斯方程的经验模型：

式中：

A：常数；

Ea1，Ea2：激活能，单位为电子伏特（eV）；

K0：常数，8.616×10^-5 eV/K；

T0：313(K)；

Tref：基准结温的华氏温度，θref+273(K)；

Top：运行结温的华氏温度，θop+273(K)；

2.3.2 温度应力系数计算

根据元器件的类型，选择温度应力系数计算所需的参数A、Ea1和Ea2：

结合元器件不同的运行结温、基准结温，带入温度应力系数的计算模型，即可得出不同运行结温和基准结温下温度应力系数：

• 对于 ICs (except EPROM, OTPROM, EEPROM, EAROM) ，带入A、Ea1、Ea2以及不同的运行结温、基准结温，即可计算出不同的运行结温、基准结温下的温度应力系数：

• 对于 EPROM, OTPROM, EEPROM, EAROM ：基准温度为定值 55°C，带入A、Ea1、Ea2以及不同的运行结温，即可计算出不同的运行结温下的温度应力系数：

3 Other ICs 失效率的计算

3.1 失效率预测模型

Other ICs 的失效率预测模型如下：

式中：

λ：失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

λref：基准条件下的失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

πT：温度应力系数；

3.2 温度应力系数

Other ICs的温度应力系数与 Digital CMOS and bipolar analog ICs 的温度应力系数的计算方法一致，在此不做详述，参考第二节 Digital CMOS and bipolar analog ICs 的温度应力系数的计算。