簡介

車輛設計必須考慮各種環(huán)境應用，從白雪覆蓋的凍原到酷熱的沙漠。大多數(shù)消費類應用的預期使用壽命可能為數(shù)月，但汽車電子產(chǎn)品的使用壽命通常要長達15年甚至更久。OEM及其供應商通常會制定一個汽車任務配置文件來說明一個汽車組件，這份文件本質(zhì)上即為組件在其使用壽命期間將面臨的所有預期環(huán)境和功能條件的總結(jié)。?

與此同時，用于汽車組件的集成電路 (IC) 通常需要根據(jù)汽車電子委員會的 AEC-Q100 標準進行認證。適用于ADAS 傳感器融合和數(shù)字駕艙系統(tǒng)的理想組件必須在設計時就將這些規(guī)格考慮在內(nèi)。例如MPS 的?MPQ8875A-AEC1即為一款符合AEC-Q100認證的40W 數(shù)字升降壓（Buck-Boost）變換器，它以小尺寸4mmx5mm QFN封裝提供30W功率。

本文將幫助讀者更好地理解任務配置文件與應用于每個汽車級組件的各種電子元器件可靠性認證測試之間的關(guān)聯(lián)。我們將探討幾個常見問題：

• 電子元器件在其使用壽命期間可能會面對哪些類型的應力？

• 誰負責評定 IC 的可靠性能力？

• 如何應用可靠性“加速模型”來評估IC可靠性測試滿足壽命評估需求?

行業(yè)通常會根據(jù)產(chǎn)品應用的預期壽命來評估其可靠性。換句話說，即看一個應用是否能夠承受整個產(chǎn)品壽命周期的應力。為做出合理判斷，我們有必要了解應用在其現(xiàn)場使用期間會面臨怎樣的應力。然后，將這種預期的現(xiàn)場應力與最初認證的應用中所有電子元器件的應力進行比較。這樣，就可以確定預期的現(xiàn)場應力是否會使應用中的器件應力過度，從而導致過早失效。對于安全措施非常嚴格的汽車行業(yè)來說，這一點尤為重要。

任務配置文件用于模擬特定類型的現(xiàn)場應力及其相關(guān)嚴重程度。最常參考的應力與溫度/電壓和熱機械應力相關(guān)。溫度/電壓應力通常理解為IC中硅器件的主要老化效應。這種老化效應會影響材料特性，IC的性能也會隨時間退化。熱機械應力是指器件因溫度變化而膨脹和收縮時產(chǎn)生的應力。

我們的目標是了解應用在目標壽命前，特定組件是否可以保證其性能。換句話說，應用的目標壽命是否能達到典型半導體可靠性浴缸曲線的損耗階段？由于半導體壽命有限，其故障率在損耗階段會因磨損而迅速增加。隨著時間的推移，應力越大，達到固有壽命的時間就越早，磨損失效的可能性就越大（見圖 1）。

半導體制造商必須在新產(chǎn)品投入生產(chǎn)和投放市場之前對其進行驗證。在驗證過程中，IC會進行一系列應力測試，以觸發(fā)并評估某些失效機制。在測試上述應力時，通常采用兩種非常有用的測試。

第一個是高溫工作壽命 (HTOL) 測試，它模擬工作條件以在測試室內(nèi)引發(fā)與溫度和電壓相關(guān)的失效機制（見圖 2）。第二個是溫度循環(huán) (TC) 測試，由于IC 由不同材料制成，而每種材料都具有不同的溫度系數(shù)，通過TC測試給IC施加應力以引發(fā)機械失效機制。

這只是IC在量產(chǎn)之前必須通過的兩種驗證實驗。AEC-Q100 標準定義了汽車 IC 的整套認證測試體系，其中許多測試在JEDEC 標準中也進行了規(guī)定。部分應用對電子器件的可靠性要求還要更高，例如卡車和加強型車輛系統(tǒng)，它們必須能夠承受雙倍的HTOL和TC測試等級應力，才能滿足目標任務配置文件要求。MPS的65V 降壓變換器MPQ4572-AEC1即能夠在提供 2A 輸出的同時滿足如此嚴格的可靠性要求。

了解加速因子

HTOL測試由JEDEC標準JESD22-A108 定義。一組231個單元需要在125°C下運行1,000小時。該測試使用 Arrhenius 模型來確定溫度加速因子(Af)，它提供所需的測試時間 (tt) 以模擬實際使用的等效時間。表1給出了一個任務配置文件的范例，該范例用來模擬平均結(jié)溫87℃條件下，運行12000小時。Tj是硅器件的結(jié)溫，對于有較大功耗的功率IC而言，結(jié)溫需要被特別考慮，因為環(huán)境溫度Ta往往遠低于結(jié)溫Tj。

表 1：AEC-Q100修訂版H； 表 A7.1 – AEC-Q100 應力測試條件和持續(xù)時間的基本計算

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