简介

车辆设计必须考虑各种环境应用，从白雪覆盖的冻原到酷热的沙漠。大多数消费类应用的预期使用寿命可能为数月，但汽车电子产品的使用寿命通常要长达15年甚至更久。OEM及其供应商通常会制定一个汽车任务配置文件来说明一个汽车组件，这份文件本质上即为组件在其使用寿命期间将面临的所有预期环境和功能条件的总结。

与此同时，用于汽车组件的集成电路 (IC) 通常需要根据汽车电子委员会的 AEC-Q100 标准进行认证。适用于ADAS 传感器融合和数字驾舱系统的理想组件必须在设计时就将这些规格考虑在内。例如MPS 的 MPQ8875A-AEC1即为一款符合AEC-Q100认证的40W 数字升降压（Buck-Boost）变换器，它以小尺寸4mmx5mm QFN封装提供30W功率。

本文将帮助读者更好地理解任务配置文件与应用于每个汽车级组件的各种电子元器件可靠性认证测试之间的关联。我们将探讨几个常见问题：

• 电子元器件在其使用寿命期间可能会面对哪些类型的应力？

• 谁负责评定 IC 的可靠性能力？

• 如何应用可靠性“加速模型”来评估IC可靠性测试满足寿命评估需求?

行业通常会根据产品应用的预期寿命来评估其可靠性。换句话说，即看一个应用是否能够承受整个产品寿命周期的应力。为做出合理判断，我们有必要了解应用在其现场使用期间会面临怎样的应力。然后，将这种预期的现场应力与最初认证的应用中所有电子元器件的应力进行比较。这样，就可以确定预期的现场应力是否会使应用中的器件应力过度，从而导致过早失效。对于安全措施非常严格的汽车行业来说，这一点尤为重要。

任务配置文件用于模拟特定类型的现场应力及其相关严重程度。最常参考的应力与温度/电压和热机械应力相关。温度/电压应力通常理解为IC中硅器件的主要老化效应。这种老化效应会影响材料特性，IC的性能也会随时间退化。热机械应力是指器件因温度变化而膨胀和收缩时产生的应力。

我们的目标是了解应用在目标寿命前，特定组件是否可以保证其性能。换句话说，应用的目标寿命是否能达到典型半导体可靠性浴缸曲线的损耗阶段？由于半导体寿命有限，其故障率在损耗阶段会因磨损而迅速增加。随着时间的推移，应力越大，达到固有寿命的时间就越早，磨损失效的可能性就越大（见图 1）。

半导体制造商必须在新产品投入生产和投放市场之前对其进行验证。在验证过程中，IC会进行一系列应力测试，以触发并评估某些失效机制。在测试上述应力时，通常采用两种非常有用的测试。

第一个是高温工作寿命 (HTOL) 测试，它模拟工作条件以在测试室内引发与温度和电压相关的失效机制（见图 2）。第二个是温度循环 (TC) 测试，由于IC 由不同材料制成，而每种材料都具有不同的温度系数，通过TC测试给IC施加应力以引发机械失效机制。

这只是IC在量产之前必须通过的两种验证实验。AEC-Q100 标准定义了汽车 IC 的整套认证测试体系，其中许多测试在JEDEC 标准中也进行了规定。部分应用对电子器件的可靠性要求还要更高，例如卡车和加强型车辆系统，它们必须能够承受双倍的HTOL和TC测试等级应力，才能满足目标任务配置文件要求。MPS的65V 降压变换器MPQ4572-AEC1即能够在提供 2A 输出的同时满足如此严格的可靠性要求。

了解加速因子

HTOL测试由JEDEC标准JESD22-A108 定义。一组231个单元需要在125°C下运行1,000小时。该测试使用 Arrhenius 模型来确定温度加速因子(Af)，它提供所需的测试时间 (tt) 以模拟实际使用的等效时间。表1给出了一个任务配置文件的范例，该范例用来模拟平均结温87℃条件下，运行12000小时。Tj是硅器件的结温，对于有较大功耗的功率IC而言，结温需要被特别考虑，因为环境温度Ta往往远低于结温Tj。

表 1：AEC-Q100修订版H； 表 A7.1 – AEC-Q100 应力测试条件和持续时间的基本计算

在此示例中，125°C TJ下需要 1,393 小时来对应 87°C TJ 下的12,000 小时。 HTOL认证要求1,000 小时。使用表 1 中的公式，计算出上述场景中的加速因子为 8,615，等同于125°C TJ下的 8,615 小时。可见，任务配置文件将超过认证应力约40%。

任务配置文件计算

表 2 显示了一个任务配置文件，以及它通常是如何定义的。

表2：典型任务配置文件

此示例定义了主动和被动两种模式，并且所有温度都为结温。主动和被动模式不需要区分。当IC工作时，一定存在与电流密度相关的老化效应，但与温度的老化效应相比，这些效应可忽略不计。

使用表1中的Arrhenius方程，输入表 2 任务配置文件中的第一个数据点 （-40°C）。当测试温度为125°C 时，加速因子 (Af) 可以通过方程 (1) 计算得出：

使用表1中的第二个方程、加速因子以及表2任务配置文件中的第二个数据点 (45h)，使用方程 (2) 计算出所需的测试时间：

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https://www.monolithicpower.cn/202212_10