3 製品寿命にわたるランダム故障と BFR の推定

図 3-1 に、半導体製品の寿命の主要な 3 つの期間にわたるランダム ハードウェア故障の代表的な表現であるバスタブ曲線を示します。それらを以下に示します。

• 初期故障：比較的高い初期故障率を特徴とし、急速に低下します。テキサス・インスツルメンツ (TI) の工場での出荷検査の一部として加速寿命試験 (バーンインまたは I_DDQ 試験など) を実行することで、初期故障をさらに抑えることができます。初期故障はおもに、効果的にスクリーニング (選別) されなかった製造上の不良に起因します。欠陥は避けられません。効果的なスクリーニングを開発し、継続的に改善することは必須です。
• 偶発故障：これは、故障率が比較的低くかつ一定であるバスタブ曲線の領域です。BFR 推定は、半導体部品のライフサイクルのこの部分を扱います。この故障率は FIT (Failure In Time) 単位で定量化されます。FIT は、その製品が 10 億 (10⁹) 累積時間動作する間に発生する可能性がある故障数の推定値です。
• 摩耗故障：本質的な磨耗故障が優位を占め、故障が指数関数的に増加する製品ライフサイクル期間です。製品の耐用年数は、磨耗故障が始まる時間として規定されます。これらのタイプの故障は、チャネル ホット キャリア効果、エレクトロマイグレーション、TDDB (Time-Dependent Dielectric Breakdown：絶縁膜経時破壊)、NBTI (Negative Bias Temperature Instability：負バイアス温度不安定性) などのよく知られた要因によって引き起こされます。ISO 26262、IEC 61508 などの機能安全規格は、一定でない故障率に基づくランダム ハードウェア指標の計算をサポートしていません。そのため、製品寿命にわたって一定の (しかし悲観的な) 近似を使用して BFR を推定します。

システム インテグレータは、摩耗故障の開始だけでなく、通常の耐用年数の間のランダム ハードウェア故障に取り組む必要があります。このため、システムインテグレータは安全機構に頼る必要があります。安全機構は、特定の診断機能を備え、リスク (重大度、影響度、制御可能性によって決定されます) を許容可能な値に下げます。