模擬觸及一切。如果沒有供應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)行其預期功能的概率。

半導體行業(yè)別無選擇，只能提高其設計和制造產(chǎn)品的可靠性，尤其是在安全關鍵市場。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用條件。在一些工業(yè)應用中，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。

可靠性設計

可靠性問題的主要原因包括設計的復雜性、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、化學的、電的、熱的或其他導致失敗的過程。

一個罪魁禍首是先進的CMOS技術——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，這種方法必須由設計者在沒有設計工具的大力協(xié)助下解決。模擬設計相對缺乏自動化，這給單個設計師和設計團隊帶來了實現(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?？煽啃詼y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，公共領域）

系統(tǒng)保護

由于設備故障或外部干擾，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)絡中打開電路來隔離電氣故障來防止災難。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)境和應用有助于工程師決定應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，應在加速條件下監(jiān)控代表從關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，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力而造成的潛在損壞。

其他預處理應力用于模擬高溫和最大工作電壓下的典型器件性能。應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。