模擬觸及一切。如果沒有供應(yīng)商在過去幾十年中開發(fā)的大量模擬和混合信號組件，讓許多行業(yè)實現(xiàn)飛躍的數(shù)字“革命”是不可能的。

沒有對可靠性的同等投入，這些進步也不可能發(fā)生，可靠性被定義為系統(tǒng)或系統(tǒng)元件在規(guī)定的條件下在指定的時間內(nèi)無故障地執(zhí)行其預(yù)期功能的概率。

半導(dǎo)體行業(yè)別無選擇，只能提高其設(shè)計和制造產(chǎn)品的可靠性，尤其是在安全關(guān)鍵市場。舉個例子，考慮到一些汽車制造商現(xiàn)在要求芯片能夠使用18年，而汽車和卡車的零缺陷代表了一些最苛刻的應(yīng)用條件。在一些工業(yè)應(yīng)用中，更換傳感器很困難，必須取消局部維修，芯片需要使用20年或更長時間。

可靠性設(shè)計

可靠性問題的主要原因包括設(shè)計的復(fù)雜性、容易出錯的過程以及評估健壯性的有限驗證。所涉及的機制可以是物理的、化學(xué)的、電的、熱的或其他導(dǎo)致失敗的過程。

一個罪魁禍首是先進的CMOS技術(shù)——在更小、更快、功耗更低的芯片中增加功能。雖然縮放有助于高集成度混合信號系統(tǒng)的設(shè)計，但它也帶來了可靠性挑戰(zhàn)：縮放不適用于模擬電路，而不適用于數(shù)字集成電路。一般來說，極端先進的節(jié)點不會對設(shè)計模擬部分的晶體管產(chǎn)生重大影響。

在本文中，我們將從模擬設(shè)計和保護控制集成電路的角度來研究可靠性。模擬需要一種不同的方法，這種方法必須由設(shè)計者在沒有設(shè)計工具的大力協(xié)助下解決。模擬設(shè)計相對缺乏自動化，這給單個設(shè)計師和設(shè)計團隊帶來了實現(xiàn)質(zhì)量和性能的更多負擔。

可靠性必須融入整個開發(fā)周期，這已成為公認的慣例。這就是所謂的可靠性設(shè)計（DFR），通常從概念階段的早期一直使用到產(chǎn)品報廢，以確保在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)完全滿足客戶的期望。DFR可以在產(chǎn)品發(fā)布前設(shè)計出或減輕潛在的故障模式，基于發(fā)現(xiàn)問題的測試和可靠性預(yù)測的統(tǒng)計分析方法。

這一階段的可靠性工程旨在通過冗余、內(nèi)置測試和高級診斷等措施來提高系統(tǒng)的健壯性。離散模擬元件參數(shù)往往會隨時間漂移；環(huán)境影響——腐蝕、振動和溫度——也是有問題的。可靠性測試可以在整個產(chǎn)品或系統(tǒng)生命周期的組件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)級別進行。

圖1：“浴缸曲線”（藍色，上面的實線）是早期失效概率降低（紅色虛線）和磨損失效概率增加（黃色虛線）加上隨機失效常數(shù)（綠色，下面的實線）的組合。（來源：維基百科，公共領(lǐng)域）

系統(tǒng)保護

由于設(shè)備故障或外部干擾，電網(wǎng)內(nèi)部會發(fā)生故障。但是通過在您的系統(tǒng)中實施適當?shù)碾娐繁Ｗo，可以通過例如在網(wǎng)絡(luò)中打開電路來隔離電氣故障來防止災(zāi)難。這些保護系統(tǒng)檢測由于電氣故障引起的電壓和電流。

模擬輸出電路保護涵蓋各種情況。了解環(huán)境和應(yīng)用有助于工程師決定應(yīng)該做什么以及做多少來保護模擬輸出。

為了防止常見電路故障（如正向/反向電壓/電流保護），可調(diào)節(jié)過壓和過流保護器件等器件非常適合保護系統(tǒng)免受正負輸入電壓故障的影響。可調(diào)輸入過壓保護范圍為5.5V至60V，可調(diào)輸入欠壓保護范圍為4.5V至59V。輸入過壓閉鎖（OVLO）和欠壓閉鎖（UVLO）閾值使用外部電阻設(shè)置。

這些器件具有高達1A的可編程限流保護，因此在啟動時控制浪涌電流，同時在輸出端對高電容充電。

MAX17608和MAX17610阻止電流從外向內(nèi)流動，而MAX17609允許電流反向流動。這些器件具有熱關(guān)斷保護功能，可防止功耗過大。它們采用12針（3毫米x 3毫米）小型TDFN-愛普封裝。

可靠性監(jiān)控

為確保故障率保持在最低水平，應(yīng)在加速條件下監(jiān)控代表從關(guān)鍵晶圓制造廠和組裝過程裝運的器件的可靠性。樣本大小可能有所不同，但通常每個家庭有數(shù)百個（或更多）設(shè)備，分布在不同的環(huán)境壓力下。結(jié)果可以在定期發(fā)布的報告中更新。

用于保護和互連集成電路的封裝也必須是可靠性保證鏈的一部分。封裝通常由導(dǎo)電合金引線框架制成，該引線框架保持集成電路管芯（或多個管芯），并提供將其連接到引線框架的某種機制（例如倒裝芯片、直接管芯附著或金屬線）。引線框架組件用各種材料封裝，例如環(huán)氧樹脂或陶瓷，以保護集成電路引線框架組件并提供機械穩(wěn)定性。

圖2:max 17608/09典型工作電路。（來源：馬克西姆）

包裝完整性測試根據(jù)當前合格的規(guī)格驗證產(chǎn)品的進貨質(zhì)量。例如，超聲波測試是一種靈敏的非破壞性技術(shù)，可以描繪出封裝空隙和內(nèi)部界面分離和裂紋。JEDEC J-STD-020等標準可用于識別非密封固態(tài)表面貼裝器件（SMDs）的水分敏感性等級。該程序可以防止焊接操作過程中由于濕氣引起的應(yīng)力而造成的潛在損壞。

其他預(yù)處理應(yīng)力用于模擬高溫和最大工作電壓下的典型器件性能。應(yīng)分析所有故障的原因。該分析的結(jié)果可用于建立糾正措施，以消除發(fā)現(xiàn)的故障機制。

在不同的讀取點對器件進行電氣測試，以便在加速條件下確定器件在初始和長期使用期間的性能。應(yīng)要求器件在整個電壓和溫度范圍內(nèi)滿足所有數(shù)據(jù)手冊規(guī)格。