DIN EN 60749-44-2017 Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 44 Neutron beam irradiated single event effect (SEE) test method for semiconductor devices .pdf

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1、April 2017DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDEPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 31

2、.080.01!%_Wf“2605267www.din.deDDIN EN 60749-44Halbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 44: Prfverfahren zur EinzelereignisEffektNeutronenbestrahlung von Halbleiterbauelementen (IEC 6074944:2016);Deutsche Fassung EN 6074944:2016Semiconductor devices Mechanical and climatic

3、test methods Part 44: Neutron beam irradiated single event effect (SEE) test method for semiconductor devices (IEC 6074944:2016);German version EN 6074944:2016Dispositifs semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et climatiques Partie 44: Mthode dessai des effets dun vnement isol (SEE) irradi par un

4、 faisceau de neutrons pour des dispositifs semiconducteurs (IEC 6074944:2016);Version allemande EN 6074944:2016Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 22 SeitenDIN EN 60749-44:2017-04 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2016-08-25

5、 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2017-04-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 60749-44:2014-08. Fr dieses Dokument ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und

6、 VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser

7、Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf ein Dokument ohne Angabe des Ausgabedatums

8、und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils aktuellste Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe de

9、s Dokuments. Der Zusammenhang der zitierten Dokumente mit den entsprechenden Deutschen Dokumenten ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN

10、 EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Das Original-Dokument enthlt Bilder in Farbe, die in der Papierversion in einer Graustufen-Darstellung wiedergegeben werden. Elektronische Versionen dieses Dokuments enthalten die Bilder in der originalen Farbdarstellung. EUROPISCHE NORM EN 60749-44 Okt

11、ober 2016 EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.01 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 44: Prfverfahren zur Einzelereignis-Effekt-Neutronenbestrahlung von Halbleiterbauelementen (IEC 60749-44:2016) Semiconductor devices Mechanical and climatic

12、test methods Part 44: Neutron beam irradiated single event effect (SEE) test method for semiconductor devices (IEC 60749-44:2016) Dispositifs semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et climatiques Partie 44: Mthode dessai des effets dun vnement isol (SEE) irradi par un faisceau de neutrons pour de

13、s dispositifs semiconducteurs (IEC 60749-44:2016) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2016-08-25 angenommen. CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status e

14、iner nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim CEN-CENELEC Management Centre oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch

15、, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem CEN-CENELEC Management Centre mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglied

16、er sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, der ehemaligen jugoslawischen Republik Mazedonien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterrei

17、ch, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen d

18、e Normalisation Electrotechnique CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2016 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60749-44:2016 DDIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749

19、-44:2016 Europisches Vorwort Der Text des Dokuments 47/2303/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 60749-44, erarbeitet vom IEC/TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als EN 60749-44:2016 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptes

20、tes Datum, zu dem dieses Dokument auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2017-05-25 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die diesem Dokument entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2019-08-25 Es wi

21、rd auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 60749-44:2016 wurde von CE

22、NELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung ist unter Literaturhinweise“ zu der aufgelisteten Norm die nachstehende Anmerkung einzutragen: IEC 60749-38 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60749-38. 2 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 Inhalt SeiteEuropi

23、sches Vorwort 2 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe . 5 4 Mess- und Prfaufbau 9 4.1 Messeinrichtung . 9 4.2 Strahlungsquelle. 9 4.3 Prfbauelement 10 5 Durchfhrung des Soft-Error-Prfung fr Neutronenbestrahlung 10 5.1 Prparation der Oberflche 10 5.2 Spannungsversorgung . 10

24、 5.3 Umgebungs-Prftemperatur . 10 5.4 (Betriebs-)Kernzyklus-Dauer 10 5.5 Prf-Pattern (Data-Pattern) 10 5.6 Anzahl der zu prfenden Bauelemente 10 5.7 Berechnung der fr die Bestrahlung erforderlichen Dauer 11 6 Prfauswertung 11 6.1 Messung und Schtzung der Fehlerrate (Error-Rate) 11 6.2 Bestimmung der

25、 Wirkungsquerschnitte von MCU und MBU . 11 6.3 Bestimmung des FIT-Wertes (Ereignisrate) des Bauelementes auf Basis des Wirkungsquerschnitts . 12 7 bersicht der wichtigen Angaben 12 Anhang A (informativ) Zustzliche Angaben fr die anzuwendende Spezifikation . 13 A.1 Allgemeines 13 A.2 Beschreibung der

26、 Strahlungsquelle . 13 A.3 Beschreibung des zu prfenden Bauelementes und der Stichprobe . 13 A.3.1 Stichprobe 13 A.3.2 Beschreibung des Prfbauelementes 13 A.4 Beschreibung der Prfbedingungen und Prfdurchfhrung 14 A.5 Prfergebnisse . 15 Anhang B (informativ) Prfanlage fr weie Neutronen . 16 Anhang C

27、(informativ) Berechnung der Ereignisrate 18 C.1 Soft-Error-Einfluss bei realen Hableiterbauelementen 18 C.1.1 Allgemeines 18 C.1.2 Betriebsdauer-Derating (Duty-Derating) 18 C.1.3 Betriebsbereichs-Derating (Utility-Derating) 18 C.1.4 Kritikalitts-Derating (Criticality-Derating) 19 C.2 Ereignisraten-B

28、erechnung einschlielich Derating 19 3 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 SeiteLiteraturhinweise 20 Bilder Bild B.1 bliche weie Neutronenspektren bei Schirmung (Polyethylen) unterschiedlicher Dicken . 16 Bild B.2 bliche Neutronenspektren . 17 Bild B.3 Vergleich der Neutronenspektren von LANSCE

29、(WNR) und TRIUMF mit dem terrestrischen Neutronenspektrum 17 Bild C.1 Schematische Darstellung des Betriebsdauer-Deratings . 18 Bild C.2 Schematische Darstellung der effektiven Speicherbereiche fr Utility-Derating 19 4 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der I

30、EC 60749 ist ein Prf- und Messverfahren hinsichtlich von Einzelereignis-Effekten (SEE; en: single event effect) bei hochintegrierten Halbleiterbauelementen einschlielich der Fhigkeit des Daten-erhalts (data retention) bei Halbleiterbauelementen mit Speicherelementen festgelegt, wenn diese Bauele-men

31、te atmosphrischer Neutronenstrahlung, die durch kosmische Strahlen verursacht wird, ausgesetzt wer-den. Die Empfindlichkeit gegenber Einzelereignis-Effekten wird gemessen, indem das Bauelement mit ei-nem Neutronenstrahl bekannten Flusses beansprucht wird. Dieses Prf- und Messverfahren kann bei allen

32、 Bauarten integrierter Schaltungen angewendet werden. ANMERKUNG 1 Halbleiterbauelemente unter Hochspannungsbeanspruchungen knnen mit den Einzelereignis-Effekten einschlielich dem Single-Event-Burnout (SEB) als auch dem Single-Event-Gate-Rupture (SEGR) geprft werden; da je-doch diese Prfungsart nicht

33、 zum Anwendungsbereich dieses Dokumentes gehrt, siehe IEC 62396-4 2. ANMERKUNG 2 Neben den hochenergetischen Neutronen knnen einige Halbleiterbauelemente infolge thermischer Neutronen mit niedriger Energie ( zeitbezogene Rate des Flusses der Teilchenenergie, welche von einer Oberflche emit-tiert wir

34、d oder auf diese auftrifft, dividiert durch den Flcheninhalt dieser Oberflche 6 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 Anmerkung 1 zum Begriff: Im Allgemeinen wird der Fluss angegeben in Anzahl der Teilchen je Quadratzentimeter und Sekunde (N/cm2s) oder Anzahl der Teilchen je Quadratzentimeter und

35、 Stunde (N/cm2h). 3.10 Soft-Error-Rate SER Rate, mit der Soft-Errors auftreten 3.11 FIT (en: failure in time) Ausfall je 109Bauelementestunden 3.12 Firm-Fault dauerhafter Fehlzustand Fehlzustand, der nur mit Hilfe eines System-Reboots oder mittels Aus- und Einschaltens der Versorgungs-spannung auf d

36、en entsprechenden Funktionszustand zurckgesetzt werden kann 3.13 Hard-Fault dauerhafter Fehlzustand eines Bauelementes innerhalb einer LRU (en: line replaceable unit) im Bereich der Avionics-Funktionalitt Anmerkung 1 zum Begriff: Ein Hard-Fault erfordert letztlich das Entfernen der betroffenen LRU u

37、nd dem Ersetzen des dauerhaft schadhaften Bauelements, bevor ein/eine System/Systemarchitektur mit voller Funktionalitt wieder hergestellt werden kann. So ein Hard-Fault kann die MTBF (en: mean time between failures) der zu reparierenden LRU beein-flussen. 3.14 Single-Event-Burnout SEB Burnout (ther

38、mische berbeanspruchung) eines mit der Versorgungsspannung verbundenen (eingeschalte-ten) Bauelementes der Elektronik oder eines Teils dieses Bauelementes als Ergebnis der Energieabsorption, die aufgrund eines einzelnen Strahlungsereignisses ausgelst wurde 3.15 Single-Event-Functional-Interrupt Funk

39、tionsunterbrechung durch Einzelereignis SEFI Auftreten eines Upset-Ereignisses, blicherweise in einem komplexen Bauelement, in der Art und Weise, dass ein Steuerpfad fehlerhaft (korrupt) wird und deshalb zum Beenden des korrekten Funktionsverhaltens des Bauelementes fhrt Anmerkung 1 zum Begriff: Kom

40、plexe Bauelemente schlieen zum Beispiel Mikroprozessoren ein. Anmerkung 2 zum Begriff: Dieser Effekt wird gelegentlich als Lock-up beschrieben, weil das Bauelement manchmal in einen eingefrorenen“ Zustand (en: frozen“ state) gesetzt wird. 3.16 Single-Event-Gate-Rupture SEGR zerstrendes Ereignis im G

41、ateoxid eines unter Spannung stehenden isolierten Gate-Schaltungselementes, wenn die vom Bauelement absorbierte Strahlungsenergie ausreichend ist, einen Gateoxid-Durchbruch zu verursachen 7 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 3.17 Single-Event-Latch-up Latch-up durch Einzelereignis SEL Ereignis

42、 in einem Vierschicht-Halbleiterbauelement, wenn die vom Bauelement absorbierte Strahlungsener-gie ausreichend ist, einen Schaltungsknoten im eingeschalteten Halbleiterbauelement unabhngig von der Eingangsspannung in einem festen Zustand zu halten, und zwar so lange, bis das Bauelement von der Ver-s

43、orgungsspannung getrennt wird Anmerkung 1 zum Begriff: So ein Latch-up kann sowohl zerstrend als auch nichtzerstrend sein. 3.18 Single-Event-Transiente Transiente durch Einzelereignis SET augenblickliche Spannungsauslenkung (Spannungs-Nadel) bezglich eines Schaltungsknotens in einer in-tegrierten Sc

44、haltung, die durch den Aufprall eines einzigen energetischen Teilchens verursacht wird Anmerkung 1 zum Begriff: Es knnen die besonderen Begriffe ASET (en: analog single event transient) und DSET (en: digital single event transient) verwendet werden. 3.19 Analog-Single-Event-Transiente ASET am Ausgan

45、g eines Analog-Bauelementes infolge der Ladungseinlagerung eines einzelnen Teilchens er-zeugtes Strsignal bzw. erzeugte Strspannung 3.20 Digital-Single-Event-Transiente DSET infolge der Ladungseinlagerung eines einzelnen Teilchens erzeugtes digitales Strsignal bzw. erzeugte digi-tale Strspannung, we

46、lches bzw. welche whrend eines Taktzyklus durch den Schaltungspfad geleitet wer-den kann 3.21 Multiple-Bit-Upset MBU Upset-Ereignis von mehr als einem Bit im selben Wort, wobei dieses Ereignis durch die eingelagerte Energie im Silizium des Bauelementes der Elektronik infolge eines einzelnen ionisier

47、ten Teilchens verursacht wurde 3.22 Wirkungsquerschnitt Zusammenhang zwischen einer strahlungsempfindlichen Oberflche und der Wahrscheinlichkeit bezglich der Einlagerung der kritischen Ladung fr ein SEE Der Wirkungsquerschnitt wird nach folgender Gleichung berechnet: = / N Dabei ist N die Anzahl der

48、 Fehlaussagen (Errors) und die Fluenz der Teilchen. Anmerkung 1 zum Begriff: Die Einheiten fr den Wirkungsquerschnitt sind cm2je Bauelement oder je Bit. 3.23 Multiple-Cell-Upset MCU Ereignis, welches dazu fhrt, dass mehrere Bits zum selben Zeitpunkt fehlerhaft werden Anmerkung 1 zum Begriff: MCU ent

49、hlt Multiple-Cell-Error-Bits, die jedoch blicherweise nicht immer benachbart sind. 8 DIN EN 60749-44:2017-04 EN 60749-44:2016 3.24 Single-Bit-Upset SBU nderung des logischen Zustandes einer einzelnen Zelle in einem Halbleiterbauelement, wenn die im Bau-element absorbierte Strahlungsenergie ausreichend gro ist Anmerkung 1 zum Begriff: Der Originalzustand kann n