JP2014235060A - Failure detection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a failure detection device for predicting a failure mode of a semiconductor device.SOLUTION: A failure detection device for predicting a failure mode of an actual operation circuit provided in a semiconductor device includes: at least three failure detection circuits having the same structure as the actual operation circuit; a load circuit for applying load to the failure detection circuits so as to change the load to be applied to the failure detection circuits per unit time; and a failure determination circuit for measuring electrical characteristics of the failure detection circuit and measuring a failure mode of the actual operation circuit on the basis of the electrical characteristics.

Description

本発明は、半導体装置の故障検出技術に関する。   The present invention relates to a failure detection technique for a semiconductor device.

半導体装置の故障発生率は、時間経過に対していわゆるバスタブ曲線のような傾向となることが経験的に知られている。上記バスタブ曲線は、故障が発生する経過時間に応じて、初期故障期、偶発故障期、磨耗故障期の3つの領域に分類される。すなわち、製造直後は、製造上の欠陥や材料不良等に起因した故障発生率が高く(初期故障)、その後時間経過に従い故障発生率は減少して偶発的な故障のみとなり(偶発故障)、更に時間経過が進むと経年劣化による故障が頻発するようになることを示している(磨耗故障)。   It is empirically known that the failure rate of a semiconductor device tends to be a so-called bathtub curve with time. The bathtub curve is classified into three regions, an initial failure period, an accidental failure period, and a wear failure period, according to the elapsed time when the failure occurs. That is, immediately after manufacturing, the failure occurrence rate due to manufacturing defects or material defects is high (initial failure), then the failure occurrence rate decreases with the passage of time and becomes only accidental failure (accidental failure). It shows that failures due to aging often occur as time progresses (wear failure).

従来から半導体装置の初期故障を防止するため、製品出荷前に温度条件や電圧条件の規格に対して高負荷状態で動作させ、時間経過による初期故障を加速的に発生させることにより、不良品を排除するバーンイン試験等が行われている。しかし、上記バーンイン試験では、偶発故障や摩擦故障を未然に防止することはできない。   Conventionally, in order to prevent the initial failure of the semiconductor device, operate the product under a high load condition against the standard of temperature condition and voltage condition before shipping the product and accelerate the initial failure due to the passage of time. Eliminate burn-in tests, etc. However, the burn-in test cannot prevent accidental failure and frictional failure.

そこで、半導体装置の交換時期を判断するため、半導体装置の故障を予測する技術が用いられている(例えば、特許文献1)。特許文献1では、実際に使用される半導体装置と同一の回路要素を有する劣化チェック用回路を設け、該劣化チェック用回路に半導体装置内の回路要素よりも大きな負荷を加えて、加速的に劣化させることで、半導体装置の故障時期を予測する技術が開示されている。   Therefore, in order to determine the replacement time of the semiconductor device, a technique for predicting a failure of the semiconductor device is used (for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, a deterioration check circuit having the same circuit elements as a semiconductor device actually used is provided, and the deterioration check circuit is accelerated and deteriorated by applying a larger load than the circuit elements in the semiconductor device. Thus, a technique for predicting a failure time of a semiconductor device is disclosed.

特開平07−128384号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-128384 特開2002−277503号公報JP 2002-277503 A 特開2004−226220号公報JP 2004-226220 A

半導体装置の故障は、その故障モード(初期故障/偶発故障/磨耗故障の別)を判別することができれば、故障した半導体装置と同一の製品(同一の半導体装置)に対しての抜本的対策を講じることが可能となる。例えば、初期故障の場合は、通常、製造に起因する故障が多く、同一時期に同一製造工程で製造された同一の製品には故障発生の可能性が高いため、これらの製品については交換を行い、製造工程の見直しを図る等の抜本的対策を講じることが可能となる。又、磨耗故障の場合は、通常、設計に起因する故障が多く、同一の製品の全てに故障が発生する可能性が高いため、故障が予測される経過時間に達した同一の製品については交換を行い、設計変更等の抜本的対策を講じることが可能となる。   If the failure mode (separate failure / accidental failure / abrasion failure) can be determined for the failure of the semiconductor device, drastic countermeasures are taken for the same product (same semiconductor device) as the failed semiconductor device. It becomes possible to take. For example, in the case of initial failure, there are usually many failures due to manufacturing, and the same product manufactured in the same manufacturing process at the same time has a high possibility of failure, so these products should be replaced. It is possible to take drastic measures such as reviewing the manufacturing process. Also, in the case of wear failure, there are many failures due to design, and there is a high possibility that failure will occur in all of the same products. It is possible to take drastic measures such as design changes.

しかしながら、特許文献1に記載の構成では、ある半導体装置の交換時期を判断することはできるが、故障モードを判別することはできない。そのため、故障した半導体装置の交換はできるが、故障の原因が分からないため、抜本的な対策を講じることができない。   However, with the configuration described in Patent Document 1, it is possible to determine the replacement time of a certain semiconductor device, but it is not possible to determine the failure mode. For this reason, the failed semiconductor device can be replaced, but the cause of the failure is not known, so that a radical measure cannot be taken.

そこで、上記課題に鑑み、半導体装置の故障モードを予測することが可能な故障検出装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a failure detection device capable of predicting a failure mode of a semiconductor device.

上記目的を達成するため、実施の形態において、本故障検出装置は、
半導体装置内に設けられた実運用回路の故障モードを予測する故障検出装置であって、
前記実運用回路と同一構造の少なくとも3つの故障検出用回路と、
各前記故障検出用回路に負荷を与える負荷回路であって、各前記故障検出用回路に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える負荷回路と、
各前記故障検出用回路の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて前記実運用回路の故障モードを予測する故障判定回路と、を備える。
In order to achieve the above object, in the embodiment, the failure detection apparatus
A failure detection device that predicts a failure mode of an actual operation circuit provided in a semiconductor device,
At least three failure detection circuits having the same structure as the actual operation circuit;
A load circuit that applies a load to each of the failure detection circuits, and a load circuit that applies a load so that the load per unit time applied to each of the failure detection circuits is different;
A failure determination circuit that measures electrical characteristics of each of the failure detection circuits and predicts a failure mode of the actual operation circuit based on the electrical characteristics.

本実施の形態によれば、半導体装置の故障モードを予測することが可能な故障検出装置を提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide a failure detection device capable of predicting a failure mode of a semiconductor device.

第1の実施形態に係る故障検出装置20を含む半導体装置1の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device 1 including a failure detection device 20 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る負荷回路21による各故障検出用回路22a、22b、22cに対する電圧印加動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage application operation | movement with respect to each circuit 22a, 22b, 22c for failure detection by the load circuit 21 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る各故障検出用回路22a、22b、22cに対する電圧印加時間の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage application time with respect to each circuit 22a, 22b, 22c for failure detection which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障モードの予測手法を説明する図である。It is a figure explaining the prediction method of the failure mode by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22の故障判定手法を説明する図である。It is a figure explaining the failure determination method of the circuit 22 for failure detection by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る故障判定回路23の構成を示すブロック図の一例である。3 is an example of a block diagram illustrating a configuration of a failure determination circuit 23 according to the first embodiment. FIG. 第2の実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22aの故障判定手法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the failure determination method of the circuit 22a for failure detection by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る故障判定回路23の構成を示すブロック図の一例である。It is an example of the block diagram which shows the structure of the failure determination circuit 23 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る故障検出装置20の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the failure detection apparatus 20 which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る故障検出装置20、半導体装置1及び故障診断装置30の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the failure detection apparatus 20, the semiconductor device 1, and the failure diagnosis apparatus 30 which concern on 3rd Embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本実施形態に係る故障検出装置20を含む半導体装置1の構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device 1 including a failure detection device 20 according to the present embodiment.

半導体装置1は、任意の半導体装置でよく、本実施形態において、半導体装置1は、車両に搭載された、例えば、ECU(Electric Control Unit)等である。   The semiconductor device 1 may be any semiconductor device. In the present embodiment, the semiconductor device 1 is, for example, an ECU (Electric Control Unit) mounted on a vehicle.

半導体装置1は、実運用回路10と故障検出装置20とを含む。   The semiconductor device 1 includes an actual operation circuit 10 and a failure detection device 20.

実運用回路10は、半導体装置1の機能を発揮させるために動作する回路である。実運用回路10は、電源11からの電源供給により動作する。電源11は、実運用回路10内に設けられ、上記車両のバッテリ(不図示)から供給される電圧12Vの直流電力を実運用回路10の動作電圧(例えば、5V)に降圧し、実運用回路10に供給する。なお、電源11は、スイッチング電源でもよいし、シリーズ電源等でもよい。   The actual operation circuit 10 is a circuit that operates to exhibit the function of the semiconductor device 1. The actual operation circuit 10 operates by supplying power from the power supply 11. The power supply 11 is provided in the actual operation circuit 10 and steps down the DC power of the voltage 12V supplied from the vehicle battery (not shown) to the operating voltage (for example, 5V) of the actual operation circuit 10. 10 is supplied. The power supply 11 may be a switching power supply or a series power supply.

また、実運用回路10は、少なくとも1つの回路要素を含む。なお、回路要素とは、回路を構成する要素、例えば、ダイオード等の半導体素子や配線等をいう。本実施形態において、実運用回路10は、MOSFETやIGBT等のゲート酸化膜を有するMOS(Metal Oxide Semiconductor;金属酸化膜半導体)トランジスタ(不図示)を少なくとも含む。一般に、MOSトランジスタのゲート酸化膜は、電圧が印加され、負荷が与えられることにより経時劣化し、その絶縁性が失われて故障に至る。また、MOSトランジスタのゲート酸化膜の欠陥(異物混入等)による初期故障も生じうる。よって、後述するように、故障検出装置20は、MOSトランジスタ(ゲート酸化膜)に起因する実運用回路10の故障モードを予測する。   The actual operation circuit 10 includes at least one circuit element. The circuit element refers to an element constituting a circuit, for example, a semiconductor element such as a diode, wiring, or the like. In the present embodiment, the actual operation circuit 10 includes at least a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (not shown) having a gate oxide film such as MOSFET or IGBT. In general, the gate oxide film of a MOS transistor is deteriorated with time when a voltage is applied and a load is applied, and the insulation is lost, resulting in failure. In addition, an initial failure due to a defect (such as contamination) of the gate oxide film of the MOS transistor may occur. Therefore, as will be described later, the failure detection device 20 predicts a failure mode of the actual operation circuit 10 caused by the MOS transistor (gate oxide film).

故障検出装置20は、実運用回路10の故障モードを予測する。具体的には、後述するように、3つの故障検出用回路22それぞれに電圧が印加される時間が異なるように負荷を与え、3つの故障検出用回路22それぞれの電気特性の相互関係に基づいて、実運用回路10の故障モードを予測する。なお、故障モードとは、上述したとおり、初期故障、偶発故障、磨耗故障の別のことを指す。また、以下において、電圧が印加される時間のことを電圧印加時間と呼ぶ場合がある。   The failure detection device 20 predicts a failure mode of the actual operation circuit 10. Specifically, as will be described later, a load is applied to each of the three failure detection circuits 22 so that the time during which the voltage is applied is different, based on the mutual relationship between the electrical characteristics of the three failure detection circuits 22. The failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted. Note that the failure mode refers to another of the initial failure, the accidental failure, and the wear failure as described above. In the following, the time during which voltage is applied may be referred to as voltage application time.

また、故障検出装置20は、実運用回路10の故障を予測する。具体的には、後述するように、各故障検出用回路22の電気特性が故障判定基準に到達することにより各故障検出用回路22の故障を判定し、該判定に基づいて、実運用回路10の故障を予測する。   Further, the failure detection device 20 predicts a failure of the actual operation circuit 10. Specifically, as will be described later, the failure of each failure detection circuit 22 is determined when the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 reach the failure determination criterion, and the actual operation circuit 10 is determined based on the determination. Predict the failure.

負荷回路21は、半導体装置1が起動されている間、後述する3つの故障検出用回路22に電圧を印加することにより負荷を与える。負荷回路21は、実運用回路10と同様、電源11から供給される直流電力により動作し、各故障検出用回路22には実運用回路10と同じ電圧が印加される。なお、半導体装置1が起動されている間とは、半導体装置1に電源が供給され、電源11からの電力供給により実運用回路10が動作しているときを意味する。また、負荷回路21は、各故障検出用回路22に単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える。具体的には、各故障検出用回路22に与える電圧は同じとし、各故障検出用回路22が電圧を印加される時間が異なるように電圧を印加する。詳細な電圧負荷を加えるタイミング等については後述する。これにより、各故障検出用回路22の劣化進行度に差を生じさせることが可能となり、後述するように、劣化進行度が異なる各故障検出用回路22を比較することにより実運用回路10の経時劣化の進行を予測することが可能となる。なお、本実施形態において、負荷回路21は、各故障検出用回路22に電圧が印加される時間を変化させることにより、各故障検出用回路22に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしているが、各故障検出用回路22に印加される電圧を変化させることにより、各故障検出用回路22に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしてもよい。また、負荷回路21は、各故障検出用回路22に対する電圧印加時間と印加電圧の双方を変化させることにより、各故障検出用回路22に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしてもよい。   The load circuit 21 applies a load by applying a voltage to three failure detection circuits 22 described later while the semiconductor device 1 is activated. Similarly to the actual operation circuit 10, the load circuit 21 operates by DC power supplied from the power supply 11, and the same voltage as the actual operation circuit 10 is applied to each failure detection circuit 22. The term “while the semiconductor device 1 is being activated” means that the power is supplied to the semiconductor device 1 and the actual operation circuit 10 is operating by the power supply from the power supply 11. Further, the load circuit 21 applies a load to each failure detection circuit 22 so that the load per unit time is different. Specifically, the voltage applied to each failure detection circuit 22 is the same, and the voltages are applied so that the time during which each failure detection circuit 22 is applied with a voltage is different. The timing for applying a detailed voltage load will be described later. This makes it possible to make a difference in the deterioration progress of each failure detection circuit 22, and as will be described later, by comparing the failure detection circuits 22 having different deterioration progresses, It is possible to predict the progress of deterioration. In the present embodiment, the load circuit 21 changes the time during which a voltage is applied to each failure detection circuit 22 so that the load per unit time applied to each failure detection circuit 22 is different. However, the load applied to each failure detection circuit 22 may be varied by changing the voltage applied to each failure detection circuit 22. Further, the load circuit 21 may change the load per unit time applied to each failure detection circuit 22 by changing both the voltage application time and the applied voltage to each failure detection circuit 22.

故障検出用回路22は、負荷回路21により負荷が与えられることで、実運用回路10の故障を模擬するために設けられる。故障検出用回路22は、3つの故障検出用回路、すなわち、第1故障検出用回路22a、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cを有する。各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一構造を有する。ここで、同一構造とは、実運用回路10の故障検出対象となる回路要素(本実施形態におけるMOSトランジスタ)を含み、該回路要素の劣化を模擬しうる構造のことを指す。なお、実運用回路10の故障を模擬する上での精度向上のため、各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一プロセスで設けられることが好ましい。本実施形態においては、MOSトランジスタに起因した実運用回路10の故障を検出するため、各故障検出用回路22は、MOSトランジスタを含み、MOSトランジスタのゲート電極に電圧が印加され、負荷が与えられることにより、ゲート酸化膜の劣化が進行する。上述したとおり、負荷回路21によって各故障検出用回路22に対する電圧印加時間が異なるように負荷が与えられることにより、劣化進行度が異なる3つの故障検出用回路22を生成することができる。なお、各故障検出用回路22は、実運用回路10の冗長回路であってもよい。冗長回路は、通常は未使用であるが、実運用回路10に異常が生じた場合等に、使用される回路である。このように、各故障検出用回路22の少なくとも1つが実運用回路10の冗長回路を兼用する場合には、半導体装置1、故障検出装置20等の肥大化を防止することができる。   The failure detection circuit 22 is provided to simulate a failure of the actual operation circuit 10 when a load is applied by the load circuit 21. The failure detection circuit 22 includes three failure detection circuits, that is, a first failure detection circuit 22a, a second failure detection circuit 22b, and a third failure detection circuit 22c. Each failure detection circuit 22 has the same structure as the actual operation circuit 10. Here, the same structure refers to a structure that includes a circuit element (a MOS transistor in the present embodiment) that is a failure detection target of the actual operation circuit 10 and can simulate deterioration of the circuit element. In order to improve accuracy in simulating a failure in the actual operation circuit 10, each failure detection circuit 22 is preferably provided in the same process as the actual operation circuit 10. In the present embodiment, in order to detect a failure of the actual operation circuit 10 caused by the MOS transistor, each failure detection circuit 22 includes a MOS transistor, and a voltage is applied to the gate electrode of the MOS transistor to give a load. As a result, the deterioration of the gate oxide film proceeds. As described above, when the load is applied so that the voltage application time to each failure detection circuit 22 is different by the load circuit 21, three failure detection circuits 22 having different degrees of deterioration can be generated. Each failure detection circuit 22 may be a redundant circuit of the actual operation circuit 10. The redundant circuit is a circuit that is normally unused but is used when an abnormality occurs in the actual operation circuit 10. As described above, when at least one of the failure detection circuits 22 also serves as a redundant circuit of the actual operation circuit 10, enlargement of the semiconductor device 1, the failure detection device 20, and the like can be prevented.

ここで、具体的に、負荷回路21により各故障検出用回路22に与えられる負荷のタイミングと各故障検出用回路22に対する電圧印加時間について説明する。   Here, the load timing given to each failure detection circuit 22 by the load circuit 21 and the voltage application time to each failure detection circuit 22 will be specifically described.

図2は、本実施形態に係る負荷回路21による各故障検出用回路22a、22b、22cに対する電圧印加動作の一例を示す図である。図2(a)〜(c)は、それぞれ、第1故障検出用回路22aに対する電圧印加タイミングチャート、第2故障検出用回路22bに対する電圧印加タイミングチャート、第3故障検出用回路22cに対する電圧印加タイミングチャートを示している。なお、図中ONは、各故障検出用回路22に電圧印加されることを表し、OFFは、各故障検出用回路22に電圧印加されないことを表している。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a voltage application operation to each of the failure detection circuits 22a, 22b, and 22c by the load circuit 21 according to the present embodiment. 2A to 2C are a voltage application timing chart for the first failure detection circuit 22a, a voltage application timing chart for the second failure detection circuit 22b, and a voltage application timing for the third failure detection circuit 22c, respectively. A chart is shown. In the figure, ON indicates that a voltage is applied to each failure detection circuit 22, and OFF indicates that no voltage is applied to each failure detection circuit 22.

図2(a)を参照するに、第1故障検出用回路22aに対する電圧印加タイミングチャートは、常にONである。すなわち、第1故障検出用回路22aには、半導体装置1が起動されている間、負荷回路21により常時負荷が与えられる。これにより、第1故障検出用回路22aに対する電圧印加時間は、必ず、実運用回路10に対する電圧印加時間以上となる。なお、時間軸の最初にOFFの部分があるのは、OFFからONに切り替えられることを示している。   Referring to FIG. 2A, the voltage application timing chart for the first failure detection circuit 22a is always ON. That is, the load is always applied to the first failure detection circuit 22a by the load circuit 21 while the semiconductor device 1 is activated. Thus, the voltage application time for the first failure detection circuit 22a is always longer than the voltage application time for the actual operation circuit 10. Note that the fact that there is an OFF portion at the beginning of the time axis indicates that switching from OFF to ON is possible.

図2(b)を参照するに、第2故障検出用回路22bに対する電圧印加タイミングチャートは、OFF時間とOFF時間の2倍のON時間とが交互に繰り返される。すなわち、第2故障検出用回路22bに対する電圧印加時間は、半導体装置1が起動されている時間の2/3であり、第1故障検出用回路22aに対する電圧印加時間の2/3である。   Referring to FIG. 2B, in the voltage application timing chart for the second failure detection circuit 22b, an OFF time and an ON time that is twice the OFF time are alternately repeated. That is, the voltage application time for the second failure detection circuit 22b is 2/3 of the time during which the semiconductor device 1 is activated, and is 2/3 of the voltage application time for the first failure detection circuit 22a.

図2(c)を参照するに、第3故障検出用回路22cに対する電圧印加タイミングチャートは、OFF時間とOFF時間の半分のON時間とが、図2(b)の第2故障検出用回路22bに対する電圧印加タイミングチャートと同じ周期で交互に繰り返される。すなわち、第3故障検出用回路22cに対する電圧印加時間は、半導体装置1が起動されている時間の1/3であり、第1故障検出用回路22aに対する電圧印加時間の1/3である。   Referring to FIG. 2C, in the voltage application timing chart for the third failure detection circuit 22c, the OFF time and the ON time that is half of the OFF time indicate that the second failure detection circuit 22b in FIG. Are alternately repeated at the same cycle as the voltage application timing chart. That is, the voltage application time for the third failure detection circuit 22c is 1/3 of the time during which the semiconductor device 1 is activated and is 1/3 of the voltage application time for the first failure detection circuit 22a.

第1故障検出用回路22a、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cのそれぞれに対する電圧印加時間の比は、3:2:1である。このように、各故障検出用回路22に電圧印加される時間がそれぞれ異なるように負荷が与えられる。なお、各故障検出用回路22に対する電圧印加時間の比、タイミング等は、電圧印加時間の異なる3つの故障検出用回路22が生成されるものであれば、任意に設定されてよい。   The ratio of the voltage application time to each of the first failure detection circuit 22a, the second failure detection circuit 22b, and the third failure detection circuit 22c is 3: 2: 1. In this way, the load is applied so that the time during which the voltage is applied to each failure detection circuit 22 is different. The ratio, timing, and the like of the voltage application time for each failure detection circuit 22 may be arbitrarily set as long as three failure detection circuits 22 having different voltage application times are generated.

図3は、各故障検出用回路22に対する電圧印加時間と実運用回路10に対する電圧印加時間10との関係の一例を示すグラフである。横軸は実運用回路10に対する電圧印加時間、縦軸は各故障検出用回路22に対する電圧印加時間を示す。   FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the voltage application time for each failure detection circuit 22 and the voltage application time 10 for the actual operation circuit 10. The horizontal axis represents the voltage application time for the actual operation circuit 10, and the vertical axis represents the voltage application time for each failure detection circuit 22.

上述のとおり、第1故障検出用回路22a、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cのそれぞれに対する電圧印加時間の比は、3:2:1であり、その電圧時間の比が各故障検出用回路22の傾きの違いとして表れている。   As described above, the ratio of voltage application time to each of the first failure detection circuit 22a, the second failure detection circuit 22b, and the third failure detection circuit 22c is 3: 2: 1. Is shown as a difference in the inclination of each failure detection circuit 22.

また、図3の一例において、第1故障検出用回路22aのグラフの傾きは、約1.5であり、すなわち、第1故障検出用回路22aに電圧が印加される時間は、実運用回路10の約1.5倍であることを示している。また、第2故障検出用回路22bのグラフの傾きは、約1であり、すなわち、第2故障検出用回路に電圧が印加される時間は、実運用回路10と略同等であることを示している。また、第3故障検出用回路22cのグラフの傾きは、約2/3であり、すなわち、第3故障検出用回路に電圧が印加される時間は、実運用回路10の約2/3であることを示している。   In the example of FIG. 3, the slope of the graph of the first failure detection circuit 22a is about 1.5, that is, the time during which the voltage is applied to the first failure detection circuit 22a is the actual operation circuit 10. It is shown that it is about 1.5 times. The slope of the graph of the second failure detection circuit 22b is about 1, that is, the time during which the voltage is applied to the second failure detection circuit is substantially the same as that of the actual operation circuit 10. Yes. The slope of the graph of the third failure detection circuit 22c is about 2/3, that is, the time during which the voltage is applied to the third failure detection circuit is about 2/3 of the actual operation circuit 10. It is shown that.

なお、実運用回路10に対する電圧印加時間は、実運用回路10が半導体装置1においてどのような機能を有する回路であるかにより変動し、図3に相当するグラフもそれに応じて変動する。また、後述する実運用回路10の故障モード及び各故障検出用回路22の故障の判定は、実運用回路10が故障するタイミングよりも可能な限り早く行われることが好ましい。よって、3つの故障検出用回路22全てに対する電圧印加時間は、実運用回路10より電圧印加時間が長くなるように設定されることが好ましい。   The voltage application time for the actual operation circuit 10 varies depending on what function the actual operation circuit 10 is in the semiconductor device 1, and the graph corresponding to FIG. 3 also varies accordingly. Further, the failure mode of the actual operation circuit 10 and the failure determination of each failure detection circuit 22 to be described later are preferably performed as early as possible than the timing at which the actual operation circuit 10 fails. Therefore, the voltage application time for all three failure detection circuits 22 is preferably set so that the voltage application time is longer than that of the actual operation circuit 10.

図2に示す電圧印加タイミングで各故障検出用回路22に負荷を与える負荷回路21は、2ビットカウンタ、デコーダ、半導体リレー等により構成することが可能である。例えば、半導体装置1内の基本クロックを2ビットカウンタによりカウントし、カウント値をデコーダによりデコードさせ、上述した電圧印加タイミングチャートに対応する3種類の電圧印加タイミング信号を生成させる。該信号に対応して3つの半導体リレーがON/OFF制御を行うことにより、負荷回路21は、各故障検出用回路22に対する電圧印加時間が異なるように負荷を与えることができる。   The load circuit 21 that applies a load to each failure detection circuit 22 at the voltage application timing shown in FIG. 2 can be constituted by a 2-bit counter, a decoder, a semiconductor relay, or the like. For example, the basic clock in the semiconductor device 1 is counted by a 2-bit counter, the count value is decoded by a decoder, and three types of voltage application timing signals corresponding to the voltage application timing chart described above are generated. By performing ON / OFF control of the three semiconductor relays corresponding to the signal, the load circuit 21 can apply a load so that the voltage application time for each failure detection circuit 22 is different.

故障判定回路23は、各故障検出用回路22の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて、実運用回路10の故障モードを予測する。また、故障判定回路23は、各故障検出用回路22の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて、各故障検出用回路22の故障を判定する。また、該判定に基づいて、実運用回路10の故障を予測する。本実施形態において、実運用回路10に含まれるMOSトランジスタのゲート酸化膜の経時劣化に伴う故障モード及び故障を予測するため、上記電気特性として、各故障検出用回路22に含まれるMOSトランジスタのゲートリーク電流を測定する。なお、故障判定回路23の構成例については、後述する。   The failure determination circuit 23 measures the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and predicts the failure mode of the actual operation circuit 10 based on the electrical characteristics. The failure determination circuit 23 measures the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and determines a failure in each failure detection circuit 22 based on the electrical characteristics. Further, a failure of the actual operation circuit 10 is predicted based on the determination. In the present embodiment, in order to predict a failure mode and a failure due to the deterioration of the gate oxide film of the MOS transistor included in the actual operation circuit 10 over time, the gate of the MOS transistor included in each failure detection circuit 22 is used as the electrical characteristic. Measure the leakage current. A configuration example of the failure determination circuit 23 will be described later.

次に、故障検出装置20(故障判定回路23)による実運用回路10の故障モード判定について説明をする。   Next, the failure mode determination of the actual operation circuit 10 by the failure detection device 20 (failure determination circuit 23) will be described.

図4は、本実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障モードの予測手法を説明する図である。図4(a)〜(c)は、縦軸に各故障検出用回路22の電気特性(本実施形態においては、ゲートリーク電流)、横軸に各故障検出用回路22の累積負荷(本実施形態においては、電圧印加時間)として、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。なお、各故障検出用回路22の累積負荷とは、負荷回路21により各故障検出用回路22に与えられた負荷を累積したものを意味し、以下、同じ意味で用いる。各故障検出用回路22は、単位時間当たりに与えられる負荷が異なるため、累積負荷が異なり、これによって、劣化進行度が異なる。また、上述のとおり、各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一構造である。よって、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷で表される点をプロットすることにより、累積負荷が大きくなるのに応じて、実運用回路10の電気特性がどのように変化するのかを間接的に予測することができる。なお、本実施形態において、負荷回路21は、各故障検出用回路22に対して、電圧は一定で、電圧印加時間を変化させることにより、単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与えているため、累積負荷にあたる指標として、横軸に電圧印加時間(電圧が印加された時間)を用いている。また、各故障検出用回路22の電気特性は、一般に、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化進行により大きな値を示すようになる。本実施形態においても、ゲートリーク電流は、ゲート酸化膜の絶縁層が正常な場合、所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。また、該所定範囲は、MOSトランジスタのプロセスに依って決まる。   FIG. 4 is a diagram for explaining a failure mode prediction method by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) according to the present embodiment. 4A to 4C, the vertical axis represents the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 (in this embodiment, the gate leakage current), and the horizontal axis represents the cumulative load of each failure detection circuit 22 (this embodiment). In the embodiment, as the voltage application time), the electrical characteristics and cumulative load of each failure detection circuit 22 are shown on a graph. Note that the cumulative load of each failure detection circuit 22 means that the load applied to each failure detection circuit 22 by the load circuit 21 is accumulated, and hereinafter, the same meaning is used. Since each failure detection circuit 22 has a different load applied per unit time, the accumulated load is different, and thus the degree of deterioration is different. Further, as described above, each failure detection circuit 22 has the same structure as the actual operation circuit 10. Therefore, by plotting the points represented by the electrical characteristics and the cumulative load of each failure detection circuit 22, how the electrical characteristics of the actual operation circuit 10 change as the cumulative load increases. Can be indirectly predicted. In the present embodiment, the load circuit 21 applies a load to each failure detection circuit 22 such that the voltage is constant and the load per unit time is different by changing the voltage application time. Therefore, voltage application time (time when voltage is applied) is used on the horizontal axis as an index corresponding to the cumulative load. In addition, the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 generally show a relatively small value within a predetermined range when normal, and show a large value as the deterioration progresses. Also in this embodiment, the gate leakage current shows a relatively small value within a predetermined range when the insulating layer of the gate oxide film is normal, and when the deterioration progresses, the gate leakage current shows a large value exceeding the predetermined range. . The predetermined range is determined depending on the process of the MOS transistor.

図4(a)は、実運用回路10の故障モードが初期故障であると予測される場合の各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。また、図4(b)は、実運用回路10の故障モードが偶発故障であると予測される場合の各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。図4(a)、(b)を参照するに、累積負荷が小さい方から第3故障検出用回路22cに対応する点300(以下、単に点300と呼ぶ)と第2故障検出用回路22bに対応する点200(以下、単に点200と呼ぶ)とを比較すると、電気特性の差はほとんどなく(電気特性の差が所定範囲に収まり)、それぞれ比較的小さい値を示す。それに対して、点200と第1故障検出用回路に対応する点100(以下、単に点100と呼ぶ)とを比較すると、点100の電気特性の方が点200の電気特性よりも比較的大きな値を示し、点200と点100との間の直線の傾きが比較的急である。このように、初期故障は、欠陥による劣化が急峻に進む故障モードであり、偶発故障も、偶発的に劣化が急に進むことにより発生する故障モードであるため、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより初期故障又は偶発故障であると予測することができる。具体的には、点100と点200との傾きが第1所定値A1以上であり、かつ、第2故障検出用回路22bの電気特性と第3故障検出用回路22cの電気特性との差が第2所定値A2未満である場合に、実運用回路10の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測する。なお、第2所定値A2は、上述した各故障検出用回路22が正常な場合に示す比較的小さい電気特性値が含まれる上記所定範囲により決定される値である。例えば、該所定範囲の最大値と最小値の差を第2所定値A2として設定すればよい。   FIG. 4A is a graph showing the relationship between the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and the accumulated load when the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an initial failure. FIG. 4B is a graph showing the relationship between the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and the cumulative load when the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an accidental failure. Referring to FIGS. 4A and 4B, the points 300 (hereinafter simply referred to as point 300) corresponding to the third failure detection circuit 22c and the second failure detection circuit 22b from the smaller cumulative load are referred to. When a corresponding point 200 (hereinafter simply referred to as the point 200) is compared, there is almost no difference in electrical characteristics (the difference in electrical characteristics is within a predetermined range), and each shows a relatively small value. On the other hand, when comparing the point 200 and the point 100 corresponding to the first failure detection circuit (hereinafter simply referred to as the point 100), the electrical characteristic of the point 100 is relatively larger than the electrical characteristic of the point 200. The slope of the straight line between the point 200 and the point 100 is relatively steep. In this way, the initial failure is a failure mode in which deterioration due to defects progresses steeply, and the accidental failure is also a failure mode that occurs due to sudden deterioration suddenly, so the characteristics on the graph as described above By detecting this, it is possible to predict an initial failure or an accidental failure. Specifically, the slope between the point 100 and the point 200 is greater than or equal to the first predetermined value A1, and the difference between the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22b and the electrical characteristics of the third failure detection circuit 22c is When it is less than the second predetermined value A2, the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an initial failure or an accidental failure. The second predetermined value A2 is a value determined by the predetermined range including a relatively small electrical characteristic value shown when each of the failure detection circuits 22 described above is normal. For example, the difference between the maximum value and the minimum value of the predetermined range may be set as the second predetermined value A2.

また、第2故障検出用回路22bの累積負荷を比較すると、図4(a)の初期故障であると予測される場合の方が図4(b)の偶発故障であると予測される場合よりも累積負荷が小さい(電圧印加時間が短い)ことが分かる。このように、初期故障は、累積負荷が比較的小さい(電圧印加時間が比較的短い)段階で発生するものであるのに対して、偶発故障は、累積負荷が比較的大きい(電圧印加時間が比較的長い)段階で生じるものである。よって、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより更に初期故障であるのか、偶発故障であるのかを予測することができる。具体的には、第2故障検出用回路の累積負荷(電圧印加時間)が第3所定値A3未満である場合に、実運用回路10の故障モードは、初期故障であると予測し、第3所定値以上である場合に、実運用回路10の故障モードは、偶発故障であると予測する。   Further, when the accumulated load of the second failure detection circuit 22b is compared, the case where the initial failure shown in FIG. 4 (a) is predicted is the case where the initial failure shown in FIG. 4 (b) is predicted. It can also be seen that the cumulative load is small (the voltage application time is short). Thus, an initial failure occurs when the cumulative load is relatively small (voltage application time is relatively short), whereas an accidental failure is a relatively large cumulative load (voltage application time is relatively short). It occurs at a relatively long stage. Therefore, it is possible to predict whether the failure is an initial failure or an accidental failure by detecting features on the graph as described above. Specifically, when the cumulative load (voltage application time) of the second failure detection circuit is less than the third predetermined value A3, the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an initial failure, and the third When it is equal to or greater than the predetermined value, the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an accidental failure.

また、図4(c)は、実運用回路10の故障モードが摩耗故障であると予測される場合の各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。図4(c)を参照するに、累積負荷が小さい方から点300と点200とを比較すると、点200の電気特性の方が点300の電気特性よりもある程度大きい値を示し、点300と点200との間の直線も急ではないがある程度の傾きが生じている。また、点200と点100とを比較すると、点300と点200との関係と同様に、点100の電気特性の方が点200の電気特性よりもある程度大きい値を示し、点200と点100との間の直線も急ではないがある程度の傾きが生じている。このように、摩耗故障は、緩やかに劣化が進行して故障に至る故障モードであるため、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより摩耗故障であると予測することができる。具体的には、点100と点200との傾きが第4所定値A4以上であり、かつ、点200と点300との傾きが第5所定値A5以上である場合に、実運用回路10の故障モードは摩耗故障であると予測する。なお、摩耗故障においては、緩やかに劣化が進行するため、第5所定値A5は、第1所定値A1よりも小さい値である。   FIG. 4C is a graph showing the relationship between the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and the accumulated load when the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be a wear failure. Referring to FIG. 4C, when the point 300 and the point 200 are compared from the smaller cumulative load, the electric characteristic at the point 200 shows a value that is somewhat larger than the electric characteristic at the point 300. The straight line between the points 200 is not steep but has a certain degree of inclination. Further, when the point 200 and the point 100 are compared, similarly to the relationship between the point 300 and the point 200, the electric characteristic of the point 100 shows a value that is somewhat larger than the electric characteristic of the point 200. The straight line between and is not steep, but has a certain degree of inclination. As described above, the wear failure is a failure mode in which deterioration gradually proceeds to the failure, so that it can be predicted that the wear failure is detected by detecting the characteristics on the graph as described above. Specifically, when the slope between the point 100 and the point 200 is greater than or equal to the fourth predetermined value A4 and the slope between the point 200 and the point 300 is greater than or equal to the fifth predetermined value A5, The failure mode is predicted to be a wear failure. It should be noted that the fifth predetermined value A5 is a value smaller than the first predetermined value A1 because the wear-out failure gradually deteriorates.

次に、故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22の故障判定について説明をする。   Next, the failure determination of the failure detection circuit 22 by the failure detection device 20 (failure determination circuit 23) will be described.

図5は、本実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22の故障判定手法を説明する図である。図5(a)〜(c)は、縦軸に各故障検出用回路22の電気特性(本実施形態においては、ゲートリーク電流)、横軸に各故障検出用回路22の累積負荷(本実施形態においては、電圧印加時間)として、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。   FIG. 5 is a diagram for explaining a failure determination method of the failure detection circuit 22 by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) according to the present embodiment. 5A to 5C, the vertical axis represents the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 (gate leakage current in the present embodiment), and the horizontal axis represents the cumulative load of each failure detection circuit 22 (this embodiment). In the embodiment, as the voltage application time), the electrical characteristics and cumulative load of each failure detection circuit 22 are shown on a graph.

上述したとおり、各故障検出用回路22の電気特性は、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。よって、各故障検出用回路22の電気特性が故障判定基準値Ist以上になった場合に、各故障検出用回路22の故障を判定することができる。   As described above, the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 show a relatively small value within a predetermined range when normal, and show a large value beyond the predetermined range as deterioration progresses. Therefore, the failure of each failure detection circuit 22 can be determined when the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 are equal to or higher than the failure determination reference value Ist.

図5(a)〜(c)は、それぞれ図4にて説明した実運用回路10の故障モードが初期故障、偶発故障、摩耗故障と判定される場合において、第1故障検出用回路22aの電気特性が故障判定基準値Ist以上になった場合を示している。このように、一般に、累積負荷が最も大きい第1故障検出用回路22aの電気特性が最初に故障判定基準値Ist以上になる。また、負荷回路21により第1故障検出用回路22aに電圧が印加される時間は、上述のように、実運用回路10に電圧が印加される時間よりも長い。すなわち、負荷回路21により第1故障検出用回路22aに与えられた累積負荷は、実運用回路10に与えられた累積負荷よりも大きい。また、上述のとおり、各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一構造である。よって、第1故障検出用回路22aの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路10の故障を予測することができる。例えば、第1故障検出用回路22aと実運用回路10との電圧印加時間の差、半導体装置1の使用頻度、使用状況等から実運用回路10を含む半導体装置1の交換時期等を予測することができる。また、第1故障検出用回路22aの故障判定がされた時点で、実運用回路10を含む半導体装置1の交換を行う等してもよい。   5 (a) to 5 (c) show the electric circuit of the first failure detection circuit 22a when the failure mode of the actual operation circuit 10 described in FIG. 4 is determined as an initial failure, an accidental failure, or a wear failure. A case where the characteristic is equal to or higher than the failure determination reference value Ist is shown. As described above, generally, the electrical characteristics of the first failure detection circuit 22a having the largest accumulated load are initially equal to or higher than the failure determination reference value Ist. Further, the time during which the voltage is applied to the first failure detection circuit 22a by the load circuit 21 is longer than the time during which the voltage is applied to the actual operation circuit 10, as described above. That is, the cumulative load given to the first failure detection circuit 22 a by the load circuit 21 is larger than the cumulative load given to the actual operation circuit 10. Further, as described above, each failure detection circuit 22 has the same structure as the actual operation circuit 10. Therefore, the failure of the first failure detection circuit 22a can be determined, and the failure of the actual operation circuit 10 can be predicted based on the determination. For example, the replacement time of the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10 is predicted from the difference in voltage application time between the first failure detection circuit 22a and the actual operation circuit 10, the use frequency of the semiconductor device 1, the use situation, and the like. Can do. Alternatively, the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10 may be replaced when the failure determination of the first failure detection circuit 22a is made.

また、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cが不良品等のような場合には、第1故障検出用回路22aよりも先に第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cが故障する可能性もある。よって、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cについても、故障判定が行われるのが好ましい。第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cについても、上述したとおり、電気特性が故障判定基準値Ist以上になった場合に、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cの故障を判定する。このように、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cの方が先に故障判定された場合には、実運用回路10についても同様の故障が時期を問わず生じる可能が高いと予測される。よって、この場合には、実運用回路10を含む半導体装置1の交換を早急に行う等の対応を行うとよい。   When the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c are defective, etc., the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit are preceded by the first failure detection circuit 22a. There is also a possibility that the detection circuit 22c will fail. Therefore, it is preferable that the failure determination is performed also for the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c. As described above, the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c also have the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit when the electrical characteristics are equal to or higher than the failure determination reference value Ist. The failure of the circuit 22c is determined. As described above, when the failure determination is made first in the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c, the same failure is likely to occur in the actual operation circuit 10 at any time. It is predicted. Therefore, in this case, it is preferable to take measures such as promptly replacing the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10.

なお、負荷回路21により第2故障検出用回路22bに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路10以上である場合は、第2故障検出用回路22bの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路10の故障を予測してもよい。また、同様に、第3故障検出用回路22cに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路10以上である場合は、第3故障検出用回路22cの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路10の故障を予測してもよい。   When the load per unit time given to the second failure detection circuit 22b by the load circuit 21 is greater than or equal to the actual operation circuit 10, the failure of the second failure detection circuit 22b is determined, and based on the determination A failure of the actual operation circuit 10 may be predicted. Similarly, when the load per unit time given to the third failure detection circuit 22c is equal to or greater than the actual operation circuit 10, the failure of the third failure detection circuit 22c is determined, and based on the determination, A failure of the operation circuit 10 may be predicted.

上述した実運用回路10の故障モードの判定及び各故障検出用回路22の故障の判定を行う故障判定回路23は、コンパレータを含む比較回路等により構成することが可能である。   The failure determination circuit 23 for determining the failure mode of the actual operation circuit 10 and determining the failure of each failure detection circuit 22 can be configured by a comparison circuit including a comparator.

ここで、図6は、本実施形態に係る故障判定回路23の構成の一例を示すブロック図である。   Here, FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the failure determination circuit 23 according to the present embodiment.

図6を参照するに、故障判定回路23は、故障モード判定用比較回路24、故障判定比較回路25、出力回路26等を有する。   Referring to FIG. 6, the failure determination circuit 23 includes a failure mode determination comparison circuit 24, a failure determination comparison circuit 25, an output circuit 26, and the like.

故障モード判定用比較回路24は、比較回路24a、24bを含む。   The failure mode determination comparison circuit 24 includes comparison circuits 24a and 24b.

比較回路24aは、第1故障検出用回路22aと第2故障検出用回路22bとから入力されたそれぞれのゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第1故障検出用回路22aのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第2故障検出用回路22bのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、の関係が上述した初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の予測条件に合致するか否かを判定する。   The comparison circuit 24a measures each gate leakage current input from the first failure detection circuit 22a and the second failure detection circuit 22b. Further, based on each measured gate leakage current, there is a relationship between the gate leakage current and voltage application time of the first failure detection circuit 22a and the gate leakage current and voltage application time of the second failure detection circuit 22b. It is determined whether the initial failure, accidental failure, or wear failure prediction conditions described above are met.

同様に、比較回路24bは、第2故障検出用回路22bと第3故障検出用回路22cとから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第2故障検出用回路22bのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第2故障検出用回路22cのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、の関係が上述した初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の予測条件に合致するか否かを判定する。   Similarly, the comparison circuit 24b measures the gate leakage current input from the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c. Further, based on each measured gate leakage current, there is a relationship between the gate leakage current and voltage application time of the second failure detection circuit 22b and the gate leakage current and voltage application time of the second failure detection circuit 22c. It is determined whether the initial failure, accidental failure, or wear failure prediction conditions described above are met.

なお、電圧印加時間は、故障検出装置20が図示しないタイマや電圧印加回数をカウントするカウンタ等を有し、該タイマや該カウンタから入力された信号に基づき比較回路24a、24bが算出してよい。また、該タイマや該カウンタ等がない場合でも故障検出装置20の外部から入力される情報に基づいて、比較回路24a、24bが間接的に算出してもよい。例えば、半導体装置1が車両に搭載されたECU等である場合、車両のオドメータ(走行距離計)の情報や平均車速の情報等を故障判定回路23が受信し、オドメータや平均車速の情報に基づいて、電圧印加時間を間接的に算出してよい。また、車両がハイブリッド自動車、電気自動車等の場合、該自動車に搭載された高電圧バッテリの使用時間を積算記憶する記憶装置等からの情報を故障判定回路23が受信し、高電圧バッテリの使用時間の情報に基づいて、電圧印加時間を間接的に算出してよい。また、半導体装置1が車両以外に搭載される場合、半導体装置1が起動している時間を直接的、間接的に表す情報を故障判定回路23が受信し、該情報に基づいて、同様に、電圧印加時間を間接的に算出してよい。   The voltage application time may be calculated by the failure detection device 20 having a timer (not shown), a counter for counting the number of times of voltage application, or the like, and the comparison circuits 24a and 24b based on the signals input from the timer and the counter. . Further, even when the timer or the counter is not provided, the comparison circuits 24a and 24b may indirectly calculate based on information input from the outside of the failure detection apparatus 20. For example, when the semiconductor device 1 is an ECU or the like mounted on a vehicle, the failure determination circuit 23 receives information on the odometer (odometer) of the vehicle, information on the average vehicle speed, and the like, and based on the information on the odometer and the average vehicle speed. Thus, the voltage application time may be calculated indirectly. When the vehicle is a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like, the failure determination circuit 23 receives information from a storage device that accumulates and stores the usage time of the high-voltage battery mounted on the vehicle, and the usage time of the high-voltage battery. Based on this information, the voltage application time may be calculated indirectly. In addition, when the semiconductor device 1 is mounted other than a vehicle, the failure determination circuit 23 receives information that directly or indirectly represents the time during which the semiconductor device 1 is activated, and based on the information, similarly, The voltage application time may be calculated indirectly.

比較回路24a、24bにおける判定結果の信号は、出力回路26に入力される。出力回路26は、比較回路24a、24b双方の判定結果に基づいて、実運用回路10の故障モードが初期故障、偶発故障、又は摩耗故障のいずれであるかを判定し、判定信号を故障判定回路23の外部に出力する。なお、実運用回路10を使用し始めて間もない時期等には、上記初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の判定ができない場合が生じるので、その場合には、モード未定等と判定するとよい。該判定信号に基づいて、表示モニタ(不図示)やアラーム(不図示)等により故障モードを通知することにより、半導体装置1の開発者、設計者等は実運用回路10の故障モードを知ることができる。   Signals of determination results in the comparison circuits 24 a and 24 b are input to the output circuit 26. The output circuit 26 determines whether the failure mode of the actual operation circuit 10 is an initial failure, an accidental failure, or a wear failure based on the determination results of both the comparison circuits 24a and 24b, and sends a determination signal to the failure determination circuit. 23 to the outside. It should be noted that the initial failure, the accidental failure, or the wear failure may not be determined at a time when the actual operation circuit 10 is just started to be used. In this case, the mode may be determined as undecided. Based on the determination signal, a failure mode is notified by a display monitor (not shown), an alarm (not shown), or the like, so that the developer or designer of the semiconductor device 1 knows the failure mode of the actual operation circuit 10. Can do.

また、故障判定用比較回路25は、比較回路25a、25b、25cを含む。   The failure determination comparison circuit 25 includes comparison circuits 25a, 25b, and 25c.

比較回路25aは、第1故障検出用回路22aから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定されたゲートリーク電流がリファレンス値である上述した故障判定基準値Ist以上であるかどうかを判定することにより、第1故障検出用回路22aが故障しているか否かを判定する。   The comparison circuit 25a measures the gate leakage current input from the first failure detection circuit 22a. Further, it is determined whether or not the first failure detection circuit 22a has failed by determining whether or not the measured gate leakage current is equal to or greater than the above-described failure determination reference value Ist that is a reference value.

同様に、比較回路25b、25cについても、それぞれ第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cから入力されたゲートリーク電流を測定し、該ゲートリーク電流と故障判定基準値Istとの関係により、第2故障検出用回路22b、第3故障検出用回路22cが故障しているか否かを判定する。   Similarly, the comparison circuits 25b and 25c also measure the gate leakage currents input from the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c, respectively, and calculate the gate leakage current and the failure determination reference value Ist. Based on the relationship, it is determined whether the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c are out of order.

比較回路25a、25b、25cからの判定結果の信号は、出力回路26に入力される。出力回路26は、比較回路25a、25b、25cのいずれかから故障を判定した信号が入力された場合に、故障判定回路23の外部に故障判定信号を出力する。該故障判定信号に基づいて、表示モニタやアラーム等により何れの故障検出用回路22が故障したのかを通知することにより、半導体装置1が搭載された車両等の使用者や半導体装置1の開発者、設計者等は実運用回路10を含む半導体装置1の交換を行うことができる。また、出力回路26は、比較回路25a、25b、25cの何れかから故障を判定した信号が入力された場合に、実運用回路10の故障時期等を予測し、実運用回路10の交換時期を表示モニタ等により通知してもよい。   The determination result signals from the comparison circuits 25a, 25b, and 25c are input to the output circuit 26. The output circuit 26 outputs a failure determination signal to the outside of the failure determination circuit 23 when a signal that determines a failure is input from any of the comparison circuits 25a, 25b, and 25c. Based on the failure determination signal, the failure detection circuit 22 is notified by a display monitor, an alarm, or the like, so that the user of the vehicle or the like on which the semiconductor device 1 is mounted or the developer of the semiconductor device 1 A designer or the like can replace the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10. The output circuit 26 predicts the failure time of the actual operation circuit 10 and the like when the signal for determining the failure is input from any of the comparison circuits 25a, 25b, and 25c, and determines the replacement time of the actual operation circuit 10. You may notify by a display monitor etc.

次に、本実施形態に係る故障検出装置20の作用について説明をする。   Next, the operation of the failure detection apparatus 20 according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る故障検出装置20は、実運用回路10と同一構造の少なくとも3つの故障検出用回路22を備える。また、負荷回路21により各故障検出用回路22に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える。これにより、劣化進行度が異なる3つの故障検出用回路22を生成することが可能となり、3つの故障検出用回路22の電気特性を比較することにより、実運用回路10の電気特性がどのように変化するのか、すなわち、実運用回路10の故障モードを模擬することが可能となる。そのため、実運用回路10の故障モードを予測することができる。   The failure detection apparatus 20 according to the present embodiment includes at least three failure detection circuits 22 having the same structure as the actual operation circuit 10. Further, the load is applied so that the load per unit time given to each failure detection circuit 22 by the load circuit 21 is different. As a result, it is possible to generate three failure detection circuits 22 with different degrees of deterioration, and by comparing the electrical characteristics of the three failure detection circuits 22, how the electrical characteristics of the actual operation circuit 10 are changed. It is possible to simulate the failure mode of the actual operation circuit 10. Therefore, the failure mode of the actual operation circuit 10 can be predicted.

また、実運用回路10の故障モードが予測可能なことにより、故障原因の絞込みや故障対象製品(半導体装置1と同一製品のうち、同様の原因により故障する可能性が高い製品)の絞込みを行うことができ、同一製品に対する抜本的な対策をすることができる。例えば、初期故障は、通常、製造に起因する故障が多いため、製造工程等に故障原因を絞り込むことが可能である。又、初期故障の場合、製造に起因する故障が多いため、同一時期に同一製造工程で製造された同一製品に故障発生の可能性が高く、当該製品を故障対象製品として絞り込むことができ、当該製品についての交換等の対策を当該製品に故障が発生する前に行うことが可能である。更に、製造工程の見直しを図る等の抜本的対策を講じることも可能となる。これに対して、磨耗故障は、通常、設計に起因する故障が多いため、設計領域に故障原因を絞り込むことが可能である。又、同一製品の全てに磨耗故障が発生する可能性が高いため、故障が予測される経過時間に達する前に同一製品の交換を行う等の対策をすることができる。更に、設計変更等の抜本的対策を講じることも可能となる。   Further, since the failure mode of the actual operation circuit 10 can be predicted, the cause of failure is narrowed down and the products to be failed (products that are likely to fail due to the same cause among the same products as the semiconductor device 1) are narrowed down. And can take radical measures against the same product. For example, since the initial failure usually has many failures caused by manufacturing, it is possible to narrow down the cause of the failure to the manufacturing process or the like. Also, in the case of initial failure, there are many failures due to manufacturing, so there is a high possibility of failure occurring in the same product manufactured in the same manufacturing process at the same time, and the product can be narrowed down as a product subject to failure. It is possible to take measures such as replacement of a product before the product fails. Furthermore, it is possible to take drastic measures such as reviewing the manufacturing process. On the other hand, since the wear failure usually has many failures due to the design, the cause of the failure can be narrowed down to the design area. Further, since there is a high possibility that a wear failure will occur in all of the same product, it is possible to take measures such as replacing the same product before reaching the elapsed time at which the failure is predicted. Furthermore, drastic measures such as design changes can be taken.

また、具体的には、本実施形態に係る故障検出装置20は、第1故障検出用回路22aの電気特性と、第2故障検出用回路22bの電気特性と、第3故障検出用回路22cの電気特性との関係に基づいて、故障モードが初期故障、偶発故障、又は摩耗故障のいずれであるかを予測することができる。   Specifically, the failure detection apparatus 20 according to the present embodiment includes the electrical characteristics of the first failure detection circuit 22a, the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22b, and the third failure detection circuit 22c. Based on the relationship with the electrical characteristics, it can be predicted whether the failure mode is an initial failure, an accidental failure, or a wear failure.

また、初期故障又は偶発故障の場合、欠陥による又は偶発的な劣化が急峻に進む。よって、縦軸を各故障検出用回路22の電気特性、横軸を各故障検出用回路22の累積負荷として、第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷(電圧印加時間)で表される点と、第2故障検出用回路の電気特性及び累積負荷(電圧印加時間)とで表される点と、を結ぶ直線の傾きが第1所定値A1以上であり、かつ、第2故障検出用回路22bの電気特性と第3故障検出用回路22cの電気特性との差が第2所定値A2以下である場合に、実運用回路10の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測することができる。   Further, in the case of an initial failure or an accidental failure, deterioration due to a defect or accidental progresses rapidly. Accordingly, the vertical axis represents the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 and the horizontal axis represents the electrical characteristics and cumulative load (voltage application time) of the first failure detection circuit 22a, with the cumulative load of each failure detection circuit 22 being expressed. And the slope of the straight line connecting the point represented by the electrical characteristics of the second failure detection circuit and the accumulated load (voltage application time) is equal to or greater than the first predetermined value A1, and the second failure detection The failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be an initial failure or an accidental failure when the difference between the electrical characteristics of the circuit 22b and the electrical characteristics of the third failure detection circuit 22c is equal to or less than the second predetermined value A2. can do.

また、初期故障は、累積負荷が比較的小さい(電圧印加時間が比較的短い)段階で発生するものであるのに対して、偶発故障は、累積負荷が比較的大きい(電圧印加時間が比較的長い)段階で生じるものである。よって、更に、第2故障検出用回路の累積負荷(電圧印加時間)が第3所定値A3未満である場合に、実運用回路10の故障モードは、初期故障であると予測し、第3所定値A3以上である場合に、偶発故障であると予測することができる。   An initial failure occurs when the cumulative load is relatively small (voltage application time is relatively short), whereas an accidental failure is a relatively large cumulative load (voltage application time is relatively short). Occurs in the (long) stage. Therefore, when the cumulative load (voltage application time) of the second failure detection circuit is less than the third predetermined value A3, the failure mode of the actual operation circuit 10 is predicted to be the initial failure, and the third predetermined If it is greater than or equal to the value A3, it can be predicted that it is an accidental failure.

また、摩耗故障の場合、緩やかに劣化が進行して故障に至る。よって、第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷で表される点と、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第4所定値A4以上であり、かつ、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷で表される点と、第3故障検出用回路22cの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第5所定値A5以上である場合に、実運用回路10の故障モードは、摩耗故障であると予測することができる。   Further, in the case of a wear failure, the deterioration progresses slowly and leads to a failure. Therefore, the slope of the straight line connecting the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the first failure detection circuit 22a and the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22b is the fourth. A point that is equal to or greater than a predetermined value A4 and is represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22b, and a point that is represented by the electrical characteristics and cumulative load of the third failure detection circuit 22c. When the slope of the connecting line is equal to or greater than the fifth predetermined value A5, the failure mode of the actual operation circuit 10 can be predicted to be a wear failure.

また、本実施形態において、各故障検出用回路22のうち、少なくとも1つ(故障検出用回路22a)に与えられる単位時間当たりの負荷は、実運用回路10に与えられる単位時間当たりの負荷以上である。これにより、故障検出用回路22aの劣化は、実運用回路10よりも進行するため、故障検出用回路22aの故障を判定することにより、該判定に基づいて、実運用回路10の故障を予測することができる。具体的には、故障検出用回路22aの電気特性を測定し、該電気特性が故障判定基準Ist以上となった場合に、故障検出用回路22aの故障を判定するとよい。   In this embodiment, the load per unit time given to at least one of the fault detection circuits 22 (fault detection circuit 22a) is equal to or higher than the load per unit time given to the actual operation circuit 10. is there. Thereby, since the deterioration of the failure detection circuit 22a proceeds more than the actual operation circuit 10, a failure of the actual operation circuit 10 is predicted based on the determination by determining the failure of the failure detection circuit 22a. be able to. Specifically, the electrical characteristics of the failure detection circuit 22a are measured, and when the electrical characteristics are equal to or higher than the failure determination standard Ist, the failure of the failure detection circuit 22a may be determined.

また、本実施形態において、負荷回路21は、実運用回路10に与えられる負荷と同じ電圧を印加することにより、各故障検出用回路22に負荷を与える。これにより、各故障検出用回路22の劣化を実運用回路10よりも進行させるための昇圧回路等を用いないため、故障検出装置20の肥大化を防止することができる。   In the present embodiment, the load circuit 21 applies a load to each failure detection circuit 22 by applying the same voltage as the load applied to the actual operation circuit 10. As a result, since the booster circuit or the like for causing the deterioration of each failure detection circuit 22 to progress more than the actual operation circuit 10 is not used, the failure detection device 20 can be prevented from being enlarged.

また、本実施形態において、各故障検出用回路22は、実運用回路10の冗長回路であってもよい。これにより、各故障検出用回路22の少なくとも1つが実運用回路10の冗長回路を兼用する場合には、半導体装置1、故障検出装置20等の肥大化を防止することができる。   In the present embodiment, each failure detection circuit 22 may be a redundant circuit of the actual operation circuit 10. As a result, when at least one of the failure detection circuits 22 also serves as a redundant circuit of the actual operation circuit 10, enlargement of the semiconductor device 1, the failure detection device 20, and the like can be prevented.

また、本実施形態において、実運用回路10及び各故障検出用回路22は、MOSトランジスタを含み、上記電気特性としてゲートリーク電流を用いることにより、ゲート酸化膜の劣化に起因した故障モード及び故障の予測をすることができる。   In the present embodiment, the actual operation circuit 10 and each failure detection circuit 22 include MOS transistors, and by using a gate leakage current as the electrical characteristics, a failure mode and a failure caused by the deterioration of the gate oxide film can be obtained. Can make predictions.

[第2の実施形態]
次いで、第2の実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.

本実施形態に係る故障検出装置20は、第1故障検出用回路22aの電気特性と、第2故障検出用回路22bの電気特性との関係に基づいて、故障判定が行われる点が第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明をする。   The failure detection apparatus 20 according to the present embodiment has the first point that failure determination is performed based on the relationship between the electrical characteristics of the first failure detection circuit 22a and the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22b. Different from the embodiment. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different portions will be mainly described.

図1は、本実施形態に係る故障検出装置20を含む半導体装置1の構成を示すブロック図である。また、図2は、本実施形態に係る負荷回路21による各故障検出用回路22a、22b、22cに対する電圧印加動作の一例を示す図である。また、図3は、各故障検出用回路22に対する電圧印加時間と実運用回路10に対する電圧印加時間10との関係を示すグラフの一例を示す図である。以上は、第1の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device 1 including a failure detection device 20 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a voltage application operation to each of the failure detection circuits 22a, 22b, and 22c by the load circuit 21 according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an example of a graph showing the relationship between the voltage application time for each failure detection circuit 22 and the voltage application time 10 for the actual operation circuit 10. The above is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

また、図4は、本実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障モードの判定手法を説明する図である。故障モードの判定手法については、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a diagram for explaining a failure mode determination method by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) according to the present embodiment. Since the failure mode determination method is the same as that in the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

次に、本実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22の故障判定について説明をする。   Next, the failure determination of the failure detection circuit 22 by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) according to the present embodiment will be described.

図7は、本実施形態に係る故障検出装置20(故障判定回路23)による故障検出用回路22の故障判定手法を説明する図である。図7(a)〜(c)は、縦軸に各故障検出用回路22の電気特性(本実施形態においては、ゲートリーク電流)、横軸に各故障検出用回路22の累積負荷(本実施形態においては、電圧印加時間)として、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。   FIG. 7 is a diagram for explaining a failure determination method of the failure detection circuit 22 by the failure detection apparatus 20 (failure determination circuit 23) according to the present embodiment. 7A to 7C, the vertical axis represents the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 (in this embodiment, the gate leakage current), and the horizontal axis represents the cumulative load of each failure detection circuit 22 (this embodiment). In the embodiment, as the voltage application time), the electrical characteristics and cumulative load of each failure detection circuit 22 are shown on a graph.

上述したとおり、各故障検出用回路22の電気特性は、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。ここで、各故障検出用回路22の電気特性が急に変化し、大きな値を示すようになった場合には、劣化の進行が早まっていることを表していると考えられる。よって、本実施形態においては、ある程度劣化の進行が早まった時点で各故障検出用回路22の故障を判定する。   As described above, the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 show a relatively small value within a predetermined range when normal, and show a large value beyond the predetermined range as deterioration progresses. Here, when the electrical characteristics of each failure detection circuit 22 change suddenly and show a large value, it is considered that the progress of deterioration is accelerated. Therefore, in this embodiment, the failure of each failure detection circuit 22 is determined when the progress of the deterioration is accelerated to some extent.

上述したとおり、各故障検出用回路22は、累積負荷が異なり、これによって、劣化進行度が異なる。また、各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一構造である。よって、第1故障検出用回路22aの電気特性と、第2故障検出用回路22bの電気特性との関係に基づいて、第1故障検出用回路22aの故障を判定することができる。また、同様に、第2故障検出用回路22bの電気特性と、第3故障検出用回路22cの電気特性と、の関係に基づいて、第2故障検出用回路22bの故障を判定することができる。具体的には、第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷で表される点と、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第6所定値A6以上になった場合に、第1故障検出用回路22aの故障を判定することができる。また、同様に、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷により表される点と、第3故障検出用回路22cの電気特性及び累積負荷により表される点と、を結ぶ直線の傾きが第6所定値A6以上になった場合に、第2故障検出用回路22bの故障を判定することができる。   As described above, each failure detection circuit 22 has a different accumulated load, and thus has a different degree of deterioration. Each failure detection circuit 22 has the same structure as the actual operation circuit 10. Therefore, the failure of the first failure detection circuit 22a can be determined based on the relationship between the electrical characteristics of the first failure detection circuit 22a and the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22b. Similarly, the failure of the second failure detection circuit 22b can be determined based on the relationship between the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22b and the electrical characteristics of the third failure detection circuit 22c. . Specifically, the slope of a straight line connecting the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the first failure detection circuit 22a and the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22b. Can be determined to be a failure of the first failure detection circuit 22a. Similarly, the slope of a straight line connecting the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22b and the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the third failure detection circuit 22c. Can be determined to be a failure of the second failure detection circuit 22b.

図7(a)〜(c)は、それぞれ図4にて説明した実運用回路10の故障モードが初期故障、偶発故障、摩耗故障と判定される場合において、第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷により表される点と、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷により表される点と、を結ぶ直線の傾きが第6所定値A6以上になった場合を示している。このように、一般に、累積負荷が最も大きい第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷で表される点と、第2故障検出用回路22bの電気特性及び累積負荷で表される点と、の傾きが最初に第6所定値A6以上になる。また、負荷回路21により第1故障検出用回路22aに電圧が印加される時間は、上述のように、実運用回路10に電圧が印加される時間よりも長い。すなわち、負荷回路21により第1故障検出用回路22aに与えられた累積負荷は、実運用回路10に与えられた累積負荷よりも大きい。また、上述のとおり、各故障検出用回路22は、実運用回路10と同一構造である。よって、第1故障検出用回路22aの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路10の故障を予測することができる。例えば、第1故障検出用回路22aと実運用回路10との電圧印加時間の差、半導体装置1の使用頻度、使用状況等から実運用回路10を含む半導体装置1の交換時期等を予測することができる。また、第1故障検出用回路22aの故障判定がされた時点で、実運用回路10を含む半導体装置1の交換を行う等してもよい。   FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating the electrical operation of the first failure detection circuit 22a when the failure mode of the actual operation circuit 10 described in FIG. 4 is determined as an initial failure, an accidental failure, or a wear failure. The case where the slope of the straight line connecting the point represented by the characteristic and the accumulated load and the point represented by the electrical characteristic and the accumulated load of the second failure detection circuit 22b is equal to or greater than the sixth predetermined value A6 is shown. Yes. As described above, generally, the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the first failure detection circuit 22a having the largest cumulative load, and the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22b. First, the inclination of becomes a sixth predetermined value A6 or more. Further, the time during which the voltage is applied to the first failure detection circuit 22a by the load circuit 21 is longer than the time during which the voltage is applied to the actual operation circuit 10, as described above. That is, the cumulative load given to the first failure detection circuit 22 a by the load circuit 21 is larger than the cumulative load given to the actual operation circuit 10. Further, as described above, each failure detection circuit 22 has the same structure as the actual operation circuit 10. Therefore, the failure of the first failure detection circuit 22a can be determined, and the failure of the actual operation circuit 10 can be predicted based on the determination. For example, the replacement time of the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10 is predicted from the difference in voltage application time between the first failure detection circuit 22a and the actual operation circuit 10, the use frequency of the semiconductor device 1, the use situation, and the like. Can do. Alternatively, the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10 may be replaced when the failure determination of the first failure detection circuit 22a is made.

また、第2故障検出用回路22bが不良品等のような場合には、第1故障検出用回路22aよりも先に第2故障検出用回路22bが故障する可能性もある。このように、第2故障検出用回路22bの方が先に故障判定された場合には、実運用回路10についても同様の故障が時期を問わず生じる可能が高いと予測される。よって、この場合には、実運用回路10を含む半導体装置1の交換を早急に行う等の対応を行うとよい。   In addition, when the second failure detection circuit 22b is a defective product or the like, the second failure detection circuit 22b may fail before the first failure detection circuit 22a. As described above, when the failure is determined earlier in the second failure detection circuit 22b, it is predicted that the same failure is likely to occur in the actual operation circuit 10 at any time. Therefore, in this case, it is preferable to take measures such as promptly replacing the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10.

なお、負荷回路21により第2故障検出用回路22bに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路10以上である場合は、第2故障検出用回路22bと第3故障検出用回路22cとにより第2故障検出用回路22bの故障を判定し、該判定に基づいて、実運用回路10の故障を予測してもよい。   When the load per unit time given to the second failure detection circuit 22b by the load circuit 21 is greater than or equal to the actual operation circuit 10, the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c The failure of the two failure detection circuit 22b may be determined, and the failure of the actual operation circuit 10 may be predicted based on the determination.

上述した実運用回路10の故障モードの判定及び各故障検出用回路22の故障の判定を行う故障判定回路23は、第1の実施形態と同様に、コンパレータを含む比較回路等により構成することが可能である。   The failure determination circuit 23 for determining the failure mode of the actual operation circuit 10 and determining the failure of each failure detection circuit 22 may be configured by a comparison circuit including a comparator, as in the first embodiment. Is possible.

ここで、図8は、本実施形態に係る故障判定回路23の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る故障判定回路23は、第1実施形態に係る故障判定回路23に対して、故障判定比較回路25のみ異なる。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明をする。   Here, FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the failure determination circuit 23 according to the present embodiment. The failure determination circuit 23 according to the present embodiment is different from the failure determination circuit 23 according to the first embodiment only in the failure determination comparison circuit 25. Hereinafter, a description will be given focusing on parts different from the first embodiment.

図8を参照するに、故障判定用比較回路25は、比較回路25a、25bを含む。   Referring to FIG. 8, the failure determination comparison circuit 25 includes comparison circuits 25a and 25b.

比較回路25aは、第1故障検出用回路22aと第2故障検出用回路22bとから入力されたそれぞれのゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第1故障検出用回路22aのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第2故障検出用回路22bのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、を結ぶ直線の傾きがA6以上であるか否かを判定する。これにより、第1故障検出用回路22aが故障しているか否かを判定する。   The comparison circuit 25a measures each gate leakage current input from the first failure detection circuit 22a and the second failure detection circuit 22b. A straight line connecting the gate leakage current and voltage application time of the first failure detection circuit 22a and the gate leakage current and voltage application time of the second failure detection circuit 22b based on the measured gate leakage currents. It is determined whether or not the slope of A is greater than or equal to A6. Thereby, it is determined whether or not the first failure detection circuit 22a has failed.

同様に、比較回路24bは、第2故障検出用回路22bと第3故障検出用回路22cとから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第2故障検出用回路22bのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第3故障検出用回路22cのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、を結ぶ直線の傾きがA6以上であるか否かを判定する。これにより、第2故障検出用回路22bが故障しているか否かを判定する。   Similarly, the comparison circuit 24b measures the gate leakage current input from the second failure detection circuit 22b and the third failure detection circuit 22c. Further, a straight line connecting the gate leakage current and voltage application time of the second failure detection circuit 22b and the gate leakage current and voltage application time of the third failure detection circuit 22c based on each measured gate leakage current. It is determined whether or not the slope of A is greater than or equal to A6. Thereby, it is determined whether or not the second failure detection circuit 22b has failed.

比較回路25a、25bからの判定結果の信号は、出力回路26に入力される。出力回路26は、比較回路25a、25bの何れかから故障を判定した信号が入力された場合に、故障判定回路23の外部に故障判定信号を出力する。該故障判定信号に基づいて、表示モニタ(不図示)やアラーム(不図示)等により何れの故障検出用回路22が故障したのかを通知することにより、半導体装置1が搭載された車両等の使用者や半導体装置1の開発者、設計者等は実運用回路10を含む半導体装置1の交換を行うことができる。また、出力回路26は、比較回路25aから第1故障検出用回路22aの故障を判定した信号が入力された場合に、実運用回路10の故障時期等を予測し、実運用回路10の交換時期を表示モニタ等により通知してもよい。   The determination result signals from the comparison circuits 25 a and 25 b are input to the output circuit 26. The output circuit 26 outputs a failure determination signal to the outside of the failure determination circuit 23 when a signal that determines a failure is input from either of the comparison circuits 25a and 25b. Based on the failure determination signal, the failure detection circuit 22 is notified by a display monitor (not shown), an alarm (not shown) or the like, thereby using a vehicle or the like on which the semiconductor device 1 is mounted. A person, a developer, a designer, etc. of the semiconductor device 1 can exchange the semiconductor device 1 including the actual operation circuit 10. Further, the output circuit 26 predicts the failure time of the actual operation circuit 10 when the signal that determines the failure of the first failure detection circuit 22a is input from the comparison circuit 25a, and the replacement time of the actual operation circuit 10 May be notified by a display monitor or the like.

次に、本実施形態に係る故障検出装置20の作用について説明をする。なお、本実施形態に係る故障検出装置20についても第1の実施形態と同様の作用・効果を奏し、以下、本実施形態に係る故障検出装置20特有の作用を中心に説明をする。   Next, the operation of the failure detection apparatus 20 according to this embodiment will be described. Note that the failure detection apparatus 20 according to the present embodiment also has the same operations and effects as those of the first embodiment, and hereinafter, the description will focus on the operation unique to the failure detection apparatus 20 according to the present embodiment.

本実施形態において、各故障検出用回路22のうち、少なくとも1つ(第1故障検出用回路22a)に与えられる単位時間当たりの負荷は、実運用回路10に与えられる単位時間当たりの負荷以上である。これにより、故障検出用回路22aの故障を判定することにより、該判定に基づいて、実運用回路10の故障を予測することができる。   In the present embodiment, the load per unit time given to at least one of the failure detection circuits 22 (first failure detection circuit 22a) is equal to or higher than the load per unit time given to the actual operation circuit 10. is there. Thereby, by determining the failure of the failure detection circuit 22a, the failure of the actual operation circuit 10 can be predicted based on the determination.

また、故障検出装置20は、第1故障検出用回路22aの電気特性と、第2故障検出用回路22aの電気特性と、の関係に基づいて、第1故障検出用回路22aが故障しているか否かを判定する。具体的には、第1故障検出用回路22aの電気特性及び累積負荷で表される点と、第2故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第6所定値A6以上である場合に、第1故障検出用回路22aは故障していると判定する。   Further, the failure detection device 20 determines whether the first failure detection circuit 22a has failed based on the relationship between the electrical characteristics of the first failure detection circuit 22a and the electrical characteristics of the second failure detection circuit 22a. Determine whether or not. Specifically, the slope of a straight line connecting the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the first failure detection circuit 22a and the point represented by the electrical characteristics and cumulative load of the second failure detection circuit 22 Is greater than or equal to the sixth predetermined value A6, it is determined that the first failure detection circuit 22a has failed.

ここで、本実施形態に係る故障検出装置20による当該故障判定手法の効果について説明をする。   Here, the effect of the failure determination method by the failure detection apparatus 20 according to the present embodiment will be described.

図9は、本実施形態に係る故障検出装置20の作用を説明する図である。図9(a)は、縦軸を各故障検出用回路22の電気特性とし、横軸を各故障検出用回路22の累積負荷として、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示し、本実施形態に係る故障判定手法による故障検出までの時間短縮作用を説明した図である。また、図9(b)は、同様に、縦軸を各故障検出用回路22の電気特性とし、横軸を各故障検出用回路22の累積負荷として、各故障検出用回路22の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示し、本実施形態に係る故障判定手法によって新たに検出可能な故障モードの一例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the failure detection apparatus 20 according to the present embodiment. In FIG. 9A, the vertical axis represents the electrical characteristics of each fault detection circuit 22, the horizontal axis represents the cumulative load of each fault detection circuit 22, and the electrical characteristics and cumulative load of each fault detection circuit 22 are plotted on a graph. It is a figure explaining the time shortening effect | action until failure detection by the failure determination method based on this embodiment shown in FIG. Similarly, in FIG. 9B, the vertical axis represents the electrical characteristics of each failure detection circuit 22, and the horizontal axis represents the cumulative load of each failure detection circuit 22. It is a figure which shows a cumulative load on a graph and shows an example of the failure mode which can be newly detected by the failure determination method which concerns on this embodiment.

図9(a)を参照するに、一番上は、従来の故障判定手法(電気特性が故障判定基準Ist以上の場合に故障と判定)を用いた場合に、第1故障検出用回路22aが故障していると判定された場合の一例を示す図である。なお、故障モードは、磨耗故障の場合を示しており、第1故障検出用回路22aの電気特性が故障判定基準Ist以上となった時点で故障と判定する。これに対して、中段は、一番上の図に対応した本実施形態に係る故障判定手法を用いた場合を示しており、点100と点200とを結ぶ直線の傾きがA6以上の場合に故障を判定する。これにより、劣化進行が早まった時点を当該傾きで早期に検出することが可能となり、図中に示すとおり、第1故障検出用回路22aが故障していると判定するまでの時間を短縮することができる。また、該判定に基づいて、早期に実運用回路10の故障を予測することが可能となる。   Referring to FIG. 9A, at the top, when the conventional failure determination method (determined as failure when the electrical characteristics are equal to or higher than the failure determination criterion Ist) is used, the first failure detection circuit 22a is It is a figure which shows an example at the time of determining with having failed. The failure mode indicates the case of a wear failure, and a failure is determined when the electrical characteristic of the first failure detection circuit 22a becomes equal to or higher than the failure determination criterion Ist. On the other hand, the middle stage shows a case where the failure determination method according to the present embodiment corresponding to the top diagram is used, and when the slope of the straight line connecting the point 100 and the point 200 is A6 or more. Determine failure. As a result, it becomes possible to detect the time point at which the deterioration progresses earlier with the inclination, and as shown in the figure, it is possible to shorten the time until it is determined that the first failure detection circuit 22a has failed. Can do. Further, it is possible to predict a failure of the actual operation circuit 10 at an early stage based on the determination.

また、故障検出用回路22の数を4つ以上に増やしてもよい。一番下の図は、故障検出用回路22を4つに増やした場合を示している。なお、点400は、増やした故障検出用回路22dの電気特性及び累積負荷に対応する点である。故障検出用回路22の数を増やすことにより、実運用回路10の劣化を模擬した累積負荷に対する電気特性の変化を細かく捉えることが可能となる。よって、劣化進行が早まった時点を更に早期に検出することが可能となり、更に第1故障検出用回路22aが故障していると判定するまでの時間を短縮することができる。また、該判定に基づいて、更に早期に実運用回路10の故障を予測することが可能になる。   Further, the number of failure detection circuits 22 may be increased to four or more. The bottom diagram shows a case where the number of failure detection circuits 22 is increased to four. Note that point 400 corresponds to the increased electrical characteristics and cumulative load of the failure detection circuit 22d. By increasing the number of failure detection circuits 22, it is possible to grasp in detail the change in electrical characteristics with respect to the accumulated load that simulates the deterioration of the actual operation circuit 10. Therefore, it becomes possible to detect the time point at which the deterioration progresses earlier, and to shorten the time until it is determined that the first failure detection circuit 22a has failed. Moreover, it becomes possible to predict a failure of the actual operation circuit 10 at an earlier stage based on the determination.

また、図9(b)を参照するに、従来の故障判定手法を用いた場合、上図のような劣化進行モードを示した場合は、明らかに劣化が進行しているにも関わらず、第1故障検出用回路22aの故障判定までに相当の時間を要し、故障判定ができない場合もありうる。これに対して、本実施形態に係る故障判定手法を用いた場合、下図のように、点100と点200との傾きに基づいて、第1故障検出用回路22aの故障を判定するため、上図のような場合であっても早期に第1故障検出用回路22aの故障を判定することができる。   In addition, referring to FIG. 9B, when the conventional failure determination method is used and the deterioration progress mode as shown in the above diagram is shown, the deterioration is clearly progressing despite the fact that the deterioration progresses. There may be a case where a considerable time is required until the failure determination of the one failure detection circuit 22a, and the failure determination cannot be performed. On the other hand, when the failure determination method according to the present embodiment is used, the failure of the first failure detection circuit 22a is determined based on the slope of the point 100 and the point 200 as shown in the figure below. Even in the case as shown in the figure, the failure of the first failure detection circuit 22a can be determined at an early stage.

[第3の実施形態]
次いで、第3の実施形態について説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described.

本実施形態に係る故障検出装置20は、故障判定回路23が半導体装置1の外部に設けられる点で第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明をする。   The failure detection device 20 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a failure determination circuit 23 is provided outside the semiconductor device 1. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different portions will be mainly described.

図10は、本実施形態に係る故障検出装置20、半導体装置1及び故障診断装置30の構成を示すブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram showing configurations of the failure detection device 20, the semiconductor device 1, and the failure diagnosis device 30 according to the present embodiment.

図10を参照するに、故障検出装置20は、第1実施形態と同様に、負荷回路21、故障検出用回路22、故障判定回路23を含む。第1実施形態とは異なり、故障判定回路23は、半導体装置1の外部の故障診断装置30内に設けられる。   Referring to FIG. 10, the failure detection apparatus 20 includes a load circuit 21, a failure detection circuit 22, and a failure determination circuit 23, as in the first embodiment. Unlike the first embodiment, the failure determination circuit 23 is provided in the failure diagnosis device 30 outside the semiconductor device 1.

故障診断装置30は、故障や劣化状態を診断する装置である。例えば、半導体装置1とは別体に設けられた半導体装置1の故障をモニタリングする装置や半導体装置1の定期的なメンテナンス等に用いられ、メンテナンスの際に半導体装置1にケーブル等で接続されて、故障の有無等を診断する装置等である。   The failure diagnosis device 30 is a device that diagnoses a failure or a deterioration state. For example, it is used for a device for monitoring a failure of the semiconductor device 1 provided separately from the semiconductor device 1 or for periodic maintenance of the semiconductor device 1 and connected to the semiconductor device 1 with a cable or the like at the time of maintenance. An apparatus for diagnosing the presence or absence of a failure.

故障診断装置30は、故障判定回路23と故障診断部31等を含む。   The failure diagnosis apparatus 30 includes a failure determination circuit 23, a failure diagnosis unit 31 and the like.

故障診断部31には、故障判定回路23からの故障モード判定結果及び/又は故障判定結果等の出力信号が入力される。故障診断部31は、故障判定回路23の出力信号に基づき、故障診断装置30の表示部(不図示)に故障モード判定結果等を表示させたり、より詳細な故障診断を行ったりしてよい。例えば、過去のメンテナンス時の故障判定回路23からの出力データを履歴的に保存したり、外部と通信可能に構成して、半導体装置1と同一の製品の故障情報等を受信したりして、総合的に半導体装置1の故障モード、故障原因、故障時期等を診断する等してよい。   The failure diagnosis unit 31 receives an output signal such as a failure mode determination result and / or a failure determination result from the failure determination circuit 23. The failure diagnosis unit 31 may display a failure mode determination result or the like on a display unit (not shown) of the failure diagnosis device 30 based on an output signal of the failure determination circuit 23 or may perform more detailed failure diagnosis. For example, the output data from the failure determination circuit 23 at the time of past maintenance can be stored historically, configured to be communicable with the outside, and receiving failure information of the same product as the semiconductor device 1, etc. The failure mode, failure cause, failure time, etc. of the semiconductor device 1 may be diagnosed comprehensively.

上述した本実施形態のように、故障判定回路23を半導体装置1の外部に設けた場合においても、第1の実施形態と同様の作用・効果を奏する。   Even when the failure determination circuit 23 is provided outside the semiconductor device 1 as in the present embodiment described above, the same operations and effects as in the first embodiment are achieved.

なお、本実施形態は、第1の実施形態に係る故障検出装置20の故障判定回路23を半導体装置1の外部に設けたものであったが、第2の実施形態に係る故障検出装置20を同様に構成してもよい。   In the present embodiment, the failure determination circuit 23 of the failure detection device 20 according to the first embodiment is provided outside the semiconductor device 1. However, the failure detection device 20 according to the second embodiment is replaced with the failure detection device 20 according to the second embodiment. You may comprise similarly.

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was explained in full detail, this invention is not limited to this specific embodiment, In the range of the summary of this invention described in the claim, various Can be modified or changed.

上述した各実施形態において、故障検出用回路22の数は、3つであったが、4つ以上であってもよい。この場合、故障モードの判定は、任意に3つの故障検出用回路22を選択して実運用回路10の故障モードを予測することができ、負荷回路21により与えられる単位時間当たりの負荷が大きい方から3つの故障検出用回路22を用いて故障モードの予測を行うのが好ましい。また、何れかの故障モードであるかの判定に加えて、詳細な劣化進行を分析することができる。   In each embodiment described above, the number of failure detection circuits 22 is three, but may be four or more. In this case, the failure mode can be determined by arbitrarily selecting three failure detection circuits 22 and predicting the failure mode of the actual operation circuit 10, and the load per unit time given by the load circuit 21 is larger. Therefore, it is preferable to predict the failure mode using the three failure detection circuits 22. Further, in addition to determining which of the failure modes, detailed progress of deterioration can be analyzed.

また、上述した各実施形態において、故障検出装置20は、実運用回路10の故障モード及び故障を予測するが、故障モード又は故障のいずれか一方を予測してもよい。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although the failure detection apparatus 20 estimates the failure mode and failure of the actual operation circuit 10, you may predict either a failure mode or a failure.

また、上述した各実施形態において、故障検出装置20は、実運用回路10に含まれるMOSトランジスタのゲート酸化膜に起因する故障モード等を予測したが、他の回路要素に起因した故障モード等を予測してもよいし、複数の回路要素に起因した故障モード等を予測してもよい。例えば、故障検出装置20は、マイグレーション現象によって劣化進行する実運用回路10内の配線に起因する実運用回路10の故障モード等を予測してもよい。この場合、各故障検出用回路22は、実運用回路10内の配線と同一構造の配線を含み、故障判定回路23は、電気特性として配線の抵抗値等を測定することにより故障モード等を予測することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, the failure detection device 20 predicts a failure mode caused by the gate oxide film of the MOS transistor included in the actual operation circuit 10, but the failure mode caused by other circuit elements, etc. It may be predicted, or failure modes caused by a plurality of circuit elements may be predicted. For example, the failure detection apparatus 20 may predict a failure mode of the actual operation circuit 10 due to the wiring in the actual operation circuit 10 that deteriorates due to the migration phenomenon. In this case, each failure detection circuit 22 includes a wiring having the same structure as the wiring in the actual operation circuit 10, and the failure determination circuit 23 predicts a failure mode or the like by measuring a resistance value of the wiring as an electrical characteristic. can do.

1 半導体装置
10 実運用回路
20 故障検出装置
21 負荷回路
22 故障検出用回路
22a 第1故障検出用回路
22b 第2故障検出用回路
22c 第3故障検出用回路
23 故障判定回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10 Actual operation circuit 20 Failure detection device 21 Load circuit 22 Failure detection circuit 22a First failure detection circuit 22b Second failure detection circuit 22c Third failure detection circuit 23 Failure determination circuit

Claims (11)

半導体装置内に設けられた実運用回路の故障モードを予測する故障検出装置であって、
前記実運用回路と同一構造の少なくとも3つの故障検出用回路と、
各前記故障検出用回路に負荷を与える負荷回路であって、各前記故障検出用回路に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える負荷回路と、
各前記故障検出用回路の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて前記実運用回路の故障モードを予測する故障判定回路と、を備える、
故障検出装置。
A failure detection device that predicts a failure mode of an actual operation circuit provided in a semiconductor device,
At least three failure detection circuits having the same structure as the actual operation circuit;
A load circuit that applies a load to each of the failure detection circuits, and a load circuit that applies a load so that the load per unit time applied to each of the failure detection circuits is different;
A failure determination circuit that measures electrical characteristics of each of the failure detection circuits and predicts a failure mode of the actual operation circuit based on the electrical characteristics; and
Fault detection device.
前記故障モードには、初期故障、偶発故障、及び磨耗故障が含まれることを特徴とする、
請求項1に記載の故障検出装置。
The failure modes include initial failure, accidental failure, and wear failure,
The failure detection apparatus according to claim 1.
前記少なくとも3つの故障検出用回路は、
第1故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記第1故障検出用回路よりも小さい第2故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記第2故障検出用回路よりも小さい第3故障検出用回路と、を含み、
前記故障判定回路は、
前記第1故障検出用回路の前記電気特性と、前記第2故障検出用回路の前記電気特性と、前記第3故障検出用回路の前記電気特性と、の関係に基づいて、前記実運用回路の故障モードを予測することを特徴とする、
請求項2に記載の故障検出装置。
The at least three failure detection circuits are:
A first failure detection circuit;
A second fault detection circuit in which a load per unit time given by the load circuit is smaller than that of the first fault detection circuit;
A third failure detection circuit having a load per unit time given by the load circuit smaller than the second failure detection circuit;
The failure determination circuit includes:
Based on the relationship between the electrical characteristics of the first failure detection circuit, the electrical characteristics of the second failure detection circuit, and the electrical characteristics of the third failure detection circuit, Predicting failure modes,
The failure detection device according to claim 2.
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の前記電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記第1故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第2故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第1所定値以上であり、かつ、
前記第2故障検出用回路の前記電気特性と前記第3故障検出用回路の前記電気特性との差が第2所定値以下である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測することを特徴とする、
請求項3に記載の故障検出装置。
The failure determination circuit includes:
The vertical axis represents the electrical characteristics of each of the failure detection circuits, and the horizontal axis represents the cumulative load given by the load circuit of each of the failure detection circuits.
The point represented by the electrical characteristics of the first failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit, and the electrical characteristics of the second failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit. And the slope of the straight line connecting the point represented is equal to or greater than a first predetermined value, and
When the difference between the electrical characteristics of the second failure detection circuit and the electrical characteristics of the third failure detection circuit is equal to or less than a second predetermined value,
The failure mode of the actual operation circuit is predicted to be an initial failure or an accidental failure,
The failure detection apparatus according to claim 3.
前記故障判定回路は、
更に前記第2故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷が第3所定値未満である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、初期故障であると判定することを特徴とする、
請求項4に記載の故障検出装置。
The failure determination circuit includes:
Furthermore, when the cumulative load provided by the load circuit of the second failure detection circuit is less than a third predetermined value,
The failure mode of the actual operation circuit is determined to be an initial failure,
The failure detection device according to claim 4.
前記故障判定回路は、
更に前記第2故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷が第3所定値以上の場合に、
前記実運用回路の故障モードは、偶発故障であると予測することを特徴とする、
請求項4又は5に記載の故障検出装置。
The failure determination circuit includes:
Furthermore, when the cumulative load given by the load circuit of the second failure detection circuit is greater than or equal to a third predetermined value,
The failure mode of the actual operation circuit is predicted to be an accidental failure,
The failure detection apparatus according to claim 4 or 5.
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の前記電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記第1故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第2故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第4所定値以上であり、かつ、
前記第2故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第3故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第5所定値以上である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、磨耗故障であると予測することを特徴とする、
請求項3乃至6のいずれか一項に記載の故障検出装置。
The failure determination circuit includes:
The vertical axis represents the electrical characteristics of each of the failure detection circuits, and the horizontal axis represents the cumulative load given by the load circuit of each of the failure detection circuits.
The point represented by the electrical characteristics of the first failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit, and the electrical characteristics of the second failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit. And the slope of the straight line connecting the point represented is not less than the fourth predetermined value, and
The point represented by the electrical characteristic of the second failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit, and the electrical characteristic of the third failure detection circuit and the cumulative load provided by the load circuit. When the slope of a straight line connecting the represented point is equal to or greater than a fifth predetermined value,
The failure mode of the actual operation circuit is predicted to be a wear failure,
The failure detection apparatus according to any one of claims 3 to 6.
前記負荷回路は、
各前記故障検出用回路のうち、少なくとも1つに与えられる単位時間当たりの負荷は、前記実運用回路に与えられる単位時間当たりの負荷以上であるように、各前記故障検出用回路に負荷を与え、
前記少なくとも3つの故障検出用回路は、
前記負荷回路により与えられる単位時間あたりの負荷が前記実運用回路に与えられる単位時間当たりの負荷以上である一の故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記一の故障検出用回路よりも小さい他の故障検出用回路と、を含み、
前記故障判定回路は、
前記一の故障検出用回路の前記電気特性と、前記他の故障検出用回路の前記電気特性と、の関係に基づいて、前記一の故障検出用回路が故障しているか否かを判定し、
該判定に基づき、前記実運用回路の故障を予測することを特徴とする、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の故障検出装置。
The load circuit is
A load is applied to each failure detection circuit so that a load per unit time given to at least one of the failure detection circuits is equal to or higher than a load per unit time given to the actual operation circuit. ,
The at least three failure detection circuits are:
One fault detection circuit in which a load per unit time given by the load circuit is equal to or higher than a load per unit time given to the actual operation circuit;
A load per unit time given by the load circuit is smaller than the one fault detection circuit, and other fault detection circuits,
The failure determination circuit includes:
Based on the relationship between the electrical characteristics of the one fault detection circuit and the electrical characteristics of the other fault detection circuit, it is determined whether or not the one fault detection circuit is faulty,
Based on the determination, the failure of the actual operation circuit is predicted,
The failure detection apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記一の故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記他の故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第6所定値以上である場合に、
前記一の故障検出用回路は故障していると判定することを特徴とする、
請求項8に記載の故障検出装置
The failure determination circuit includes:
The vertical axis represents the electrical characteristics of each of the failure detection circuits, and the horizontal axis represents the cumulative load given by the load circuit of each of the failure detection circuits.
The point expressed by the electrical characteristic of the one fault detection circuit and the cumulative load given by the load circuit, and the electrical characteristic of the other fault detection circuit and the cumulative load given by the load circuit. When the slope of a straight line connecting the represented point is equal to or greater than a sixth predetermined value,
The one fault detection circuit is determined to be faulty,
The failure detection device according to claim 8.
前記実運用回路、及び各前記故障検出用回路は、
MOSトランジスタを含むことを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の故障検出装置。
The actual operation circuit and each of the failure detection circuits are:
Including a MOS transistor,
The failure detection device according to any one of claims 1 to 9.
各前記故障検出用回路のうち、少なくとも1つは前記実運用回路の冗長回路であることを特徴とする、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の故障検出装置。
Of each of the failure detection circuits, at least one is a redundant circuit of the actual operation circuit,
The failure detection apparatus according to any one of claims 1 to 10.
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