JP2014235060A - Failure detection device - Google Patents
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Abstract
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 (
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (11)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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Cited By (4)
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JP2017111483A (en) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device, and diagnostic method for the same |
WO2018110141A1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Load drive device |
WO2022190768A1 (en) * | 2021-03-08 | 2022-09-15 | 株式会社デンソー | State determination device and vehicle |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017111483A (en) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device, and diagnostic method for the same |
US9829532B2 (en) | 2015-12-14 | 2017-11-28 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of diagnosing semiconductor device |
US10324123B2 (en) | 2015-12-14 | 2019-06-18 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of diagnosing semiconductor device |
WO2018110141A1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Load drive device |
JPWO2018110141A1 (en) * | 2016-12-14 | 2019-10-24 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Load drive device |
US10587263B2 (en) | 2016-12-14 | 2020-03-10 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Load drive apparatus |
JP7363448B2 (en) | 2019-12-17 | 2023-10-18 | 株式会社デンソー | electronic equipment |
WO2022190768A1 (en) * | 2021-03-08 | 2022-09-15 | 株式会社デンソー | State determination device and vehicle |
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