目录
概要
1 基准条件下的失效率
2 失效率转换
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
2.4 漂移灵敏度系数
3 任务剖面应力系数
4 早期失效系数
概要
SN 29500 是西门子（Siemens）制定的一系列标准，用于电子组件的可靠性预测。标准包含多个部分，涵盖了集成电路、分立半导体、无源组件、电气连接、继电器、开关、信号和指示灯、接触器、光学组件、低压网络中的机电保护装置以及低压网络中的机电按钮、信号设备和位置开关等的预期值。本文介绍SN 29500 Part 2：Expected values for integrated circuits 的失效率预测模型。
1 基准条件下的失效率
SN 29500标准首先描述了不同元器件的基准条件以及在不同基准条件下的失效率，选择与运行条件最为接近的基准失效率，再考虑电压、温度、电流等的影响，乘以相应的转化系数，即可得出预期的失效率。
SN 29500 Part 2介绍的集成电路的失效率预测模型，首先需要根据元器件的类型选取基准条件下的失效率：
Memories的失效率
Microprocessors and peripherals, microcontrollers and signal processors 的失效率
Digital logic families and bus interfaces, bus driver and receivercircuits 的失效率
Analog integrated circuits 的失效率
Application-specific integrated circuits 的失效率
2 失效率转换
元器件并一定总是工作在基准条件下，在这种情况下，工作条件下的元器件失效率会不同于基准条件下给定的失效率；因此基准条件下的失效率需要通过包含应力系数的失效模型转换到工作条件下的失效率值。
2.1 失效率预测模型
对于具有扩展工作电压范围的模拟集成电路的失效率预测模型：
对于固定电压的模拟集成电路的失效率预测模型：
对于CMOS B系列的数字集成电路的失效率预测模型：
对于所有其他集成电路的失效率预测模型：
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；
πD：漂移灵敏度系数；
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
由集成电路的失效率预测模型可以得知：只有数字CMOS B系列集成电路、模拟集成电路需要考虑电压应力系数。
数字CMOS B系列集成电路电压应力系数的计算模型如下：
模拟集成电路电压应力系数的计算模型如下：
式中：
U：工作电压，单位为伏（V）；
Uref：基准电压，单位为伏（V）；
Umax：额定电压，单位为伏（V）；
C2、C3：常数；
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：
- SN 29500标准针对数字CMOS B系列集成电路，通过输入不同的运行电压，得出电压应力系数，并制成了输出结果的表格：
- SN 29500标准针对模拟集成电路，通过输入不同的运行电压和额定电压的比值，得出电压应力系数，并制成了输出结果的表格：
2.3 温度应力系数
2.3.1 温度应力系数计算模型
温度应力系数的计算模型如下：
式中：
A：常数；
Ea1，Ea2：激活能，单位为电子伏特（eV）；
TU,ref：基准温度的华氏温度，θref+273(K)；
T1：基准结温的华氏温度，θ1+273(K)；
T2：运行结温的华氏温度，θ2+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：
- SN 29500标准针对 lCs (except EPROM, FLASH-EPROM, OTPROM, EEPROM and EAROM) ，通过输入不同的基准结温和运行结温，得出温度应力系数，并制成了输出结果的表格：
- SN 29500标准针对 EPROM, FLASH—EPROM, OTPROM, EEPROM and EAROM，通过输入不同运行结温（基准结温为55°C），得出温度应力系数，并制成了输出结果的表格：
2.4 漂移灵敏度系数
漂移灵敏度系数引入模拟电路或包含模拟部分的电路中，是为考虑在漂移敏感电路中的故障率增加的情况。
漂移灵敏度系数的取值：
- πD = 1，非漂移敏感电路；
- πD = 2，漂移敏感电路；
3 任务剖面应力系数
集成电路在模块或设备的运行期间通常不会持续受到应力。在运行期间会有无电应力的中断。这可以通过任务剖面应力系数来考虑，然后乘以运行阶段的失效率即可得到间歇操作时的故障率。
任务剖面应力系数的计算模型如下：
式中：
W：元器件承受应力的工作时间与设备工作时间的比率， 0≤W≤1；
R：常数，这考虑到即使未受应力的组件也可能发生故障；
λ0：在等待状态温度下，但在电气应力下的失效率。等待状态温度是指非应力阶段的组件或结温；
λ：运行条件或基准条件下的失效率；
4 早期失效系数
集成电路的早期失效期是从初始操作到恒定故障率期开始的时间（通常，在大约3000个操作小时之后为恒定故障率期）。这可以通过早期失效系数来考虑，然后乘以运行阶段的失效率即可得到早期失效的故障率。
早期失效系数的值如下：
