你也許會覺得我這個智商高達181的帥哥是個不識情趣的人，但其實并非如此。我喜歡在晚上讀點輕松的東西，例如Kreck 與 Lück合著的《諾維科夫猜想》，或者是卡沃·米德 (Carver Mead)的《集合電動力學》等。
這些巨著非常引人入勝，我相信你一定也深有同感。
這讓我對半導體的可靠性有了一點小小的聯(lián)想。不過我得在此聲明，我剛剛喝了點葡萄酒，所以我的想法可能會受到酒精的影響啊。
前面提到過的卡沃·米德 ，他的成就眾多，其中之一就是在1960年代，當戈登·摩爾(Gordon Moore)尚任職于飛兆半導體公司時，對摩爾定律 (即集成電路上的晶體管密度約每兩年便會翻一番) 所作出的貢獻。
1965年，戈登·摩爾剛剛開始進行他的數(shù)據(jù)繪制工作，按年份把芯片上晶體管的數(shù)目以對數(shù)的形式繪制出來。它們都是一些不起眼的手繪圖?，F(xiàn)在我還保留了一些。
有一天，我們談到這些手繪圖。
他說：“你正在研究當物體極為微型化時發(fā)生的電子隧道效應，對嗎？”
“是的。”
“那不是會限制晶體管尺寸進一步縮小嗎？”
“的確是。”
“那么，可以達到多?。?rdquo;
戈登追問這些非常簡單問題的方式，讓你確實覺得你應該知道所有答案，然而我并不知道。我說：“好的，我得去想一想”。從那天以后，我就一直在思考這個問題。
- 摘自Carver Mead在2006年 Telecosm 大會上的演講
摩爾定律的推動力在于，在我們制造出更小晶體管的同時，它們的制造成本也越來越低，而且工作性能也越來越高。這不是很了不起嗎？那么，工作性能更高意味著什么呢？ 這意味著這些晶體管的功耗會更低，開關速度也更快。正是這個小小的奇跡，推動了數(shù)字化革命的驚人進步。
在創(chuàng)業(yè)50多年之后，飛兆半導體今天已是功率管理和便攜式技術(shù)的領導廠商，而我們的工廠仍繼續(xù)以最先進的晶體管光刻技術(shù)提供各種領先的產(chǎn)品。
像我們這樣能夠為客戶不斷改進產(chǎn)品、同時又逐年降低價格的企業(yè)并不多。一般來說，如果你在大賣場購買廉價品牌的貨品，你對商品的質(zhì)量、功能、可靠性的期望值就會降低。倘若你低價買了一輛汽車，你就會有心理準備，它不會像高檔品牌那么舒服，也不會那么安全可靠。但是，半導體企業(yè)的運作方式卻不是這樣。無論你花費多少來購買我們的產(chǎn)品，你都可以期待高可靠性、穩(wěn)健堅固的部件。
年復一年，我們不斷改進，盡力生產(chǎn)出故障率超低的部件。舉個例子，飛兆的N –溝道FET NDT3055的FIT (Failure in Time, 1G元件小時的故障數(shù)量) 額定值為3.65，也就是說工作3127年才會出現(xiàn)一次故障。
讓我們仔細看看這意味著什么。我們當然無法創(chuàng)建大量的部件并進行長達3,127年的測試。當然我們很樂意這樣做，只是這并不可行。這個FIT 額定值是基于部件樣品的加速壽命測試，再將結(jié)果插入公式法而推算出來的。
其基本概念是，利用高濕度與過壓應力對樣品器件進行老化試驗，這樣便無需等待幾千年就可以估算出故障率。
如我上文所述，我們盡力為客戶創(chuàng)建出穩(wěn)健可靠的器件?？蛻艨梢詤⑴c到其中嗎？當然可以。
在建立我們的可靠性估計時，我們使用一個根據(jù)Arrhenius方程得出的溫度應力系數(shù)如下：
其中：
Ea = 半導體激活能量
k = 玻爾茲曼常數(shù)
Tu = 使用溫度(K)，或設計中的芯片溫度
Ts = 加速壽命測試中使用的應力溫度(K)。
所以，比如說你想提高一個系統(tǒng)的可靠性。利用本文末尾附帶的免費平均故障間隔時間(MTBF)工具，我們可以預測把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果。
我們對應力溫度進行控制，這些基于半導體工藝，一般為150攝氏度(423K)或175攝氏度(448K)。只是使用溫度是由你來控制，工作溫度越低，則可靠性更高。這就是你那部分的工作。
所以，比如說你想提高一個系統(tǒng)的可靠性。利用本文末尾附帶的免費平均故障間隔時間(MTBF)工具，我們可以預測把工作溫度從100攝氏度降至90攝氏度后的效果。
100度時，計算所得FIT為1009。
90度時，計算所得FIT為860。
這個改進夠了嗎？這得看你的需要了。
請注意，我并不是在談論這些數(shù)字的基本現(xiàn)實意義。說實在的，它們只是一些數(shù)字罷了。不過在實際設計中，其實也存在著相當數(shù)量的假設和未曾考慮的因素。
時間不早了，瓶子里也只剩下約半杯的酒。我還在想要不要把余下的酒留待下次再喝……
參考信息
Free MTBF Tool (免費平均故障間隔時間工具), Advanced Logistics Developments
《集合電動力學》(Collective Electrodynamics), Carver A. Mead, The MIT Press
《諾維科夫猜想》(The Novikov Conjecture), Matthias Kreck and Wolfgang Lück, Birkhauser Verlag