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(hào)組件，讓許多行業(yè)實(shí)現(xiàn)飛躍的數(shù)字“革命”是不可能的。

沒有對(duì)可靠性的同等投入，這些進(jìn)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(shí)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(jì)和制造產(chǎn)品的可靠性，尤其是在安全關(guān)鍵市場。舉個(gè)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(shí)間。

可靠性設(shè)計(jì)

可靠性問題的主要原因包括設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、容易出錯(cuò)的過程以及評(píng)估健壯性的有限驗(yàn)證。所涉及的機(jī)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(gè)罪魁禍?zhǔn)资窍冗M(jìn)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(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jìn)的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)和保護(hù)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(jì)者在沒有設(shè)計(jì)工具的大力協(xié)助下解決。模擬設(shè)計(jì)相對(duì)缺乏自動(dòng)化，這給單個(gè)設(shè)計(jì)師和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)帶來了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和性能的更多負(fù)擔(dān)。

可靠性必須融入整個(gè)開發(fā)周期，這已成為公認(rèn)的慣例。這就是所謂的可靠性設(shè)計(jì)（DFR），通常從概念階段的早期一直使用到產(chǎn)品報(bào)廢，以確保在產(chǎn)品的整個(gè)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(jì)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(jì)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(jí)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(huì)隨時(shí)間漂移；環(huán)境影響——腐蝕、振動(dòng)和溫度——也是有問題的?？煽啃詼y試可以在整個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)生命周期的組件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行。

圖1：“浴缸曲線”（藍(lán)色，上面的實(shí)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(jī)失效常數(shù)（綠色，下面的實(shí)線）的組合。（來源：維基百科，公共領(lǐng)域）

系統(tǒng)保護(hù)

由于設(shè)備故障或外部干擾，電網(wǎng)內(nèi)部會(huì)發(fā)生故障。但是通過在您的系統(tǒng)中實(shí)施適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo(hù)，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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)），可調(diào)節(jié)過壓和過流保護(hù)器件等器件非常適合保護(hù)系統(tǒng)免受正負(fù)輸入電壓故障的影響?？烧{(diào)輸入過壓保護(hù)范圍為5.5V至60V，可調(diào)輸入欠壓保護(hù)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(dá)1A的可編程限流保護(hù)，因此在啟動(dòng)時(shí)控制浪涌電流，同時(shí)在輸出端對(duì)高電容充電。

MAX17608和MAX17610阻止電流從外向內(nèi)流動(dòng)，而MAX17609允許電流反向流動(dòng)。這些器件具有熱關(guān)斷保護(hù)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(yùn)的器件的可靠性。樣本大小可能有所不同，但通常每個(gè)家庭有數(shù)百個(gè)（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(bào)告中更新。

用于保護(hù)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(gè)管芯），并提供將其連接到引線框架的某種機(jī)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(hù)集成電路引線框架組件并提供機(jī)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(dāng)前合格的規(guī)格驗(yàn)證產(chǎn)品的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)可用于識(shí)別非密封固態(tài)表面貼裝器件（SMDs）的水分敏感性等級(jí)。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(jī)制。

在不同的讀取點(diǎn)對(duì)器件進(jìn)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(gè)電壓和溫度范圍內(nèi)滿足所有數(shù)據(jù)手冊規(guī)格。