近日,北京智芯微电子科技有限公司(以下简称“智芯公司”)自主研发出电力工业芯片高精度可靠性模型,解决了芯片在复杂应用环境下的寿命预测和故障定位难题,为芯片可靠性设计的自动化调控提供了技术支撑,是智芯公司在工业芯片可靠性设计方面取得的重大跨越。

芯片就像是人体心脏,在电力工业领域,其健康状况的精准预测对系统运行状态、控制和处理至关重要。由于电力工业芯片随终端大多安装在户外,分布广、数量大,需要在高/低温、高湿、盐雾、强电磁等恶劣环境下全天无间断、全负荷稳定运行,且运行寿命需达到15年以上,现场规模化应用失效率要求小于百万分之一,这对芯片可靠性有着巨大的挑战。采用通用设计方法研制的芯片,往往难以满足电力应用的高可靠要求。

十年磨一剑—铸造工业最强“芯”

智芯公司致力于工业芯片技术、产品及其解决方案研发,芯片的高可靠性是产品走向工业应用的第一要务。由于芯片可靠性技术难度大、研发周期长、投入成本高、成果见效慢,以致于国内在复杂恶劣气候及电磁环境下的芯片可靠性机理研究基础比较薄弱。

智芯公司研发团队十年磨一剑,足迹踏遍了祖国的每个角落,通过监测芯片在31个省级行政区不同电力环境下运行状态,形成近千万条实验数据,同时对芯片内部几百个微观参数进行了系统分析,查找环境和芯片缺陷的相关性规律,找到规律便着手建模,模型修正近百次。最终,在实验室试验和现场应用海量数据结合下,发现了芯片在电力复杂环境下的芯片规律和失效机理,并优化国际经典的半导体可靠性理论,从而建立高精度的电力工业芯片可靠性模型,并以此开发出芯片可靠性仿真软件。基于该模型和软件,可在电力复杂工况下精准预测芯片寿命,并精确定位可能发生的故障。

芯片寿命的“精算师”—电力工业芯片可靠性模型

智芯公司自主研发的电力工业芯片高精度可靠性模型,经国家权威检测机构-中国电子技术标准化研究院检测,仿真结果与实测数据之间匹配度平均误差精度仅为0.4。该模型是名副其实的芯片寿命“精算师”,通过仿真可提前预知芯片的退化状态和可能出现的故障点,从而指导芯片设计工程师在设计阶段进行优化改进,反复迭代直到满足电力应用高可靠要求,有效缩短芯片设计、制造、测试到应用的漫长研发周期。该模型技术填补了国内的空白,可系统地解决电力复杂环境下国产芯片大规模应用的可靠性难题。

加速自主化—芯片可靠性模型进入全面应用阶段

基于该模型成果,开发出的安全、主控、通信、射频识别、模拟等五大类80余款电力芯片产品,广泛应用电力系统发电、输电、变电、配电、用电各环节,将大幅提升用电环节与配电环节芯片自主化率。同时,此类芯片产品也拓展应用我国轨道交通、汽车电子等多个工业领域,部分芯片已随电力终端成功出口到德国、比利时等70余个国家,实现我国工业芯片从受制于人到走向世界的重大转变。目前,智芯公司已开发“安全、主控、通信、传感、射频识别、存储、人工智能、模拟”八大类 210余款芯片,累积应用量超过20亿颗,经历了极寒、极热、高湿、强电磁干扰等恶劣工作环境的考验,可靠性达到国际领先水平,保障电网可靠稳定运行。

芯片是当今信息时代的基石,是传统工业向数字化迈进的强大引擎,其创新只能脚踏实地,且永无止境。未来,在面对新能源、储能等更多更复杂的工业应用场景,以及先进硅工艺与宽禁带半导体器件的发展趋势下,工业芯片可靠性将面临更大的挑战。智芯公司将继续以铸造工业最强芯为使命,深入拓展研究高精度的工业芯片可靠性建模技术,全面保障工业芯片及终端产品质量,不断提升自主研发能力,为保障国家工业安全贡献力量。

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