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案例研究

汽車製造商降低半導體耗損壽命預測的風險因素

簡介

一家大型汽車製造商對於安裝於引擎蓋下變速箱控制器中的印刷電路板組件 PCBA 內部半導體元件的可靠性，有所疑慮。裝置會暴露於極端環境條件中，如運轉時產生的熱，以及停車時的日照加熱所導致的高溫與高溼。該汽車製造商要求對潛在高風險元件進行故障壽命預測分析。

 

方法

Ansys 的可靠度工程服務 (RES) 首先使用 Ansys Sherlock 對構成 PCBA 的各個半導體元件進行可靠度分析模擬，其中包含數個不同技術節點的元件。這些模擬透過加速失效機制的速率來預測元件的壽命。高風險元件是根據其製程節點來判定的。這些模擬考量了積體電路的磨損與老化，包含互連線的電遷移 (EM)、介電材料的時變介電擊穿 (TDDB)，以及電晶體劣化現象，如偏壓溫度不穩定性 (BTI) 與熱載子注入 (HCI)。針對每個元件進行元件層級的可靠度分析，並納入積體電路的操作條件以及製造商所提供的測試條件。分析結果 (見下方) 包含每個元件因上述各種機制所導致的失效機率與壽命預測。此分析有助於辨識 PCBA 中容易發生早期磨損故障的元件。

 

建議

  • 判定每個元件是否符合系統的預期壽命。
  •  識別導致每個元件早期故障的影響因素。
  •  提出可能降低壽命衰減的操作條件或參數變更建議。

 

結果

根據該分析，客戶成功預測出發生早期壽命劣化的元件，並透過調整電壓、溫度與運作週期等因素來降低風險。