Iec 60749 44 2016

I E C 60 49 -44 ® Edition 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e S em i d u ctor d evi ces – M ech an i cal an d cl i m ati c tes t m eth od s – Part 44: N eu tron beam i rrad i ated s i n g l e even t effect (S E E ) tes t m eth od for s em i d u ctor d evi ces D i s pos i ti fs s em i d u cteu rs – M éth od es d ' es s s m écan i q u es et cl i m ati q u es – Parti e 44: M éth od e d ' es s d es effets d ' u n évén em e n t i s ol é (S E E ) i rrad i é par u n IEC 60749-44:201 6-07(en-fr) fai s ceau d e n eu tron s pou r d es d i s pos i ti fs s em i d u cteu rs Copyright International Electrotechnical Commission TH I S P U B L I C ATI O N I S C O P YRI G H T P RO TE C T E D C o p yri g h t © I E C , G e n e va , S w i tze rl a n d All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'IEC ou du Comité national de l'IEC du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de l'IEC ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de l'IEC de votre pays de résidence IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel.: +41 22 91 02 1 Fax: +41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Abou t th e I E C The International Electrotechnical Commission (IEC) is the leading global organization that prepares and publishes International Standards for all electrical, electronic and related technologies Ab o u t I E C p u b l i c a ti o n s The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published I E C C atal og u e - webs tore i ec ch /catal og u e E l ectroped i a - www el ectroped i a org The stand-alone application for consulting the entire bibliographical information on IEC International Standards, Technical Specifications, Technical Reports and other documents Available for PC, Mac OS, Android Tablets and iPad The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing 20 000 terms and definitions in English and French, with equivalent terms in additional languages Also known as the International Electrotechnical Vocabulary (IEV) online I E C pu bl i cati on s s earch - www i ec ch /s earch pu b I E C G l os s ary - s td i ec ch /g l os s ary The advanced search enables to find IEC publications by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…) It also gives information on projects, replaced and withdrawn publications 65 000 electrotechnical terminology entries in English and French extracted from the Terms and Definitions clause of IEC publications issued since 2002 Some entries have been collected from earlier publications of IEC TC 37, 77, 86 and CISPR I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Stay up to date on all new IEC publications Just Published details all new publications released Available online and also once a month by email I E C C u s to m er S ervi ce C en tre - webs tore i ec ch /cs c If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: csc@iec.ch A propos d e l ' I E C La Commission Electrotechnique Internationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des Normes internationales pour tout ce qui a trait l'électricité, l'électronique et aux technologies apparentées A propos d es p u bl i cati on s I E C Le contenu technique des publications IEC est constamment revu Veuillez vous assurer que vous possédez l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié C atal og u e I E C - webs tore i ec ch /catal og u e Application autonome pour consulter tous les renseignements bibliographiques sur les Normes internationales, Spécifications techniques, Rapports techniques et autres documents de l'IEC Disponible pour PC, Mac OS, tablettes Android et iPad Rech erch e d e pu bl i cati o n s I E C - www i ec ch /s earch p u b La recherche avancée permet de trouver des publications IEC en utilisant différents critères (numéro de référence, texte, comité d’études,…) Elle donne aussi des informations sur les projets et les publications remplacées ou retirées E l ectroped i a - www el ectroped i a org Le premier dictionnaire en ligne de termes électroniques et électriques Il contient 20 000 termes et dộfinitions en anglais et en franỗais, ainsi que les termes équivalents dans langues additionnelles Egalement appelé Vocabulaire Electrotechnique International (IEV) en ligne G l os s re I E C - s td i ec ch /g l os s ary 65 000 entrées terminologiques électrotechniques, en anglais et en franỗais, extraites des articles Termes et Définitions des publications IEC parues depuis 2002 Plus certaines entrées antérieures extraites des publications des CE 37, 77, 86 et CISPR de l'IEC I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Restez informé sur les nouvelles publications IEC Just Published détaille les nouvelles publications parues Disponible en ligne et aussi une fois par mois par email Copyright International Electrotechnical Commission S ervi ce C l i en ts - webs tore i ec ch /cs c Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions contactez-nous: csc@iec.ch I E C 60 49 -44 ® Edition 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e S em i d u ctor d evi ces – M ech an i cal an d cl i m ati c tes t m eth od s – Part 44: N eu tron beam i rrad i ated s i n g l e even t effect (S E E ) tes t m eth od for s em i d u ctor d evi ces D i s pos i ti fs s em i d u cteu rs – M éth od es d ' es s s m écan i q u es et cl i m ati q u es – Parti e 44: M éth od e d ' es s d es effets d ' u n évén em en t i s ol é (S E E ) i rrad i é par u n fai s ceau d e n eu tron s pou r d es d i s pos i ti fs s em i d u cteu rs INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE ICS 31 080.01 ISBN 978-2-8322-3541 -6 Warn i n g ! M ake s u re th at you ob tai n ed th i s pu bl i cati on from an au th ori zed d i s tri bu tor Atten ti on ! Veu i l l ez vou s as s u rer q u e vou s avez o bten u cette pu bl i cati on vi a u n d i s tri b u teu r ag réé ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical MarqueCommission déposée de la Commission Electrotechnique Internationale –2– I EC 60749-44: 201 © I EC 201 CONTENTS FOREWORD Scope Normative references Terms and definitions Test apparatus Measurement equipment Radiation source Test sample Procedure neutron irradiated soft error test Surface preparation Power supply voltage Ambient temperature 1 Core cycle time 1 5 Data pattern 1 Number of measurement samples 1 Calculations for time required in the beam 1 Evaluation 1 Measurement and failure rate estimation 1 Determination of MCU and MBU cross sections Determination of device FI T (event rate) from cross section Summary Annex A (informative) Additional information for the applicable procurement specification A General A Description of the beam source A Description of the sample and test vehicle A 3.1 Sample size A 3.2 Vehicle description A Test description A Test results Annex B (informative) White neutron test apparatus Annex C (informative) Failure rate calculation C.1 An influence of soft error for actual semiconductor devices C General C Duty derating C U tility derating C Critically derating C.2 Failure rate calculation including derating Bibliography 20 Figure B.1 – Typical white neutron spectra with different shield (polyethylene) thickness Figure B.2 – Typical neutron spectrum Figure B.3 – Comparison of LAN SCE (WNR) and TRIU MF neutron spectra with terrestrial neutron spectrum Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 –3– Figure C – Schematic image of duty derating Figure C – Schematic image of memory effective area for utility derating Copyright International Electrotechnical Commission –4– I EC 60749-44: 201 © I EC 201 I NTERNATIONAL ELECTROTECHNI CAL COMMI SSI ON S E M I C O N D U C T O R D E VI C E S – M E C H AN I C AL AN D C L I M AT I C T E S T M E T H O D S – P a rt 4 : N e u t ro n b e a m i rra d i a t e d s i n g l e e v e n t e ffe c t ( S E E ) t e s t m e t h o d fo r s e m i c o n d u c t o r d e v i c e s FOREWORD ) The I nternati onal El ectrotechnical Commi ssi on (I EC) is a worl d wi d e organizati on for standard izati on comprisi ng all nati onal electrotech nical committees (I EC N ational Comm ittees) Th e object of I EC i s to prom ote i nternati on al co-operati on on al l q u esti ons cernin g standard izati on i n the el ectrical and el ectronic fi el ds To this end an d in ad di ti on to other acti vi ti es, I EC pu blish es I nternati onal Stan d ards, Technical Speci fi cati ons, Technical Reports, Pu bl icl y Avail abl e Specificati ons (PAS) and Gu id es (hereafter referred to as “I EC Pu blicati on(s)”) Their preparati on is entru sted to technical committees; any I EC N ati onal Committee i nterested i n the subject d eal t with may parti ci pate i n thi s preparatory work I nternati on al , governmen tal and nongovernm ental organizations l iaisi ng wi th the I EC al so participate i n this preparati on I EC coll aborates cl osel y wi th the I nternational Organizati on for Stand ard izati on (I SO) in accordan ce wi th cond i ti ons d etermin ed by agreement between th e two org anizati ons 2) Th e form al decision s or agreem ents of I EC on tech nical matters express, as nearl y as possibl e, an i nternati onal consensus of opi ni on on the rel evan t su bjects si nce each technical committee has representati on from all i nterested I EC N ati onal Commi ttees 3) I EC Pu blications have th e form of recommend ati ons for internati onal u se and are accepted by I EC N ati onal Comm ittees i n th at sense While all reasonabl e efforts are mad e to ensu re that the technical content of I EC Pu blicati ons is accu rate, I EC cann ot be hel d responsi bl e for the way in wh i ch they are used or for an y misin terpretati on by any end u ser 4) I n ord er to promote i nternational u ni formi ty, I EC N ati onal Commi ttees u nd ertake to appl y I EC Publicati on s transparentl y to the maximum extent possi bl e i n th ei r nati on al an d regi on al pu blicati ons Any di vergen ce between an y I EC Pu bl icati on and the correspond i ng nati onal or region al publi cation shal l be cl earl y i ndi cated in the l atter 5) I EC i tsel f d oes not provi d e any attestation of conformity I nd epend ent certificati on bodies provi d e conformity assessment services an d , in some areas, access to I EC marks of conformi ty I EC i s not responsi bl e for an y services carried ou t by i nd epend en t certi fication bodi es 6) All u sers sh ould ensu re that they h ave the l atest edi ti on of this pu blicati on 7) N o liabili ty shal l attach to I EC or i ts d irectors, empl oyees, servan ts or agents in cl u di ng i nd ivi du al experts and mem bers of i ts techni cal commi ttees and I EC N ati onal Comm ittees for an y personal i nju ry, property d amage or other d amag e of an y n atu re wh atsoever, whether di rect or ind i rect, or for costs (i nclud in g l egal fees) an d expenses arising out of the pu bli cation, use of, or rel ian ce u pon, thi s I EC Pu bl ication or any other I EC Pu blicati ons 8) Attention is d rawn to the N orm ative references ci ted i n this pu bl icati on U se of the referenced pu blicati ons is i ndi spensabl e for the correct appli cation of th is publicati on 9) Attention is d rawn to th e possibili ty that some of th e el ements of thi s I EC Pu bl icati on may be the su bj ect of patent ri gh ts I EC shal l not be held responsi bl e for i d enti fyi ng any or all such patent rig hts I nternational Standard IEC 60749-44 has been prepared by I EC technical committee 47: Semiconductor devices The text of this standard is based on the following documents: FDI S Report on voti ng 47/2303/FDI S 47/231 2/RVD Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on voting indicated in the above table This publication has been drafted in accordance with the ISO/I EC Directives, Part Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 –5– A list of all the parts in the I EC 60749 series, published under the general title Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods , can be found on the IEC website The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the stability date indicated on the I EC website under "http: //webstore iec.ch" in the data related to the specific publication At this date, the publication will be • • • • reconfirmed, withdrawn, replaced by a revised edition, or amended I M P O R T AN T th at it – Th e c o n ta i n s u n d e rs t a n d i n g c o l o u r p ri n t e r Copyright International Electrotechnical Commission of 'col ou r c o l o u rs i ts i n si d e' wh i ch te n ts l og o a re U s e rs on th e c o ve r p a g e c o n s i d e re d sh ou l d to t h e re fo re of th i s be p ri n t p u b l i ca ti o n u s e fu l th i s fo r i n d i c a te s th e d ocu m en t c o rre c t using a –6– I EC 60749-44: 201 © I EC 201 S E M I C O N D U C T O R D E VI C E S – M E C H AN I C AL AN D C L I M AT I C T E S T M E T H O D S – P a rt 4 : N e u t ro n b e a m i rra d i a t e d s i n g l e e v e n t e ffe c t ( S E E ) t e s t m e t h o d fo r s e m i c o n d u c t o r d e v i c e s Scope This part of I EC 60749 establishes a procedure for measuring the single event effects (SEEs) on high density integrated circuit semiconductor devices including data retention capability of semiconductor devices with memory when subjected to atmospheric neutron radiation produced by cosmic rays The single event effects sensitivity is measured while the device is irradiated in a neutron beam of known flux This test method can be applied to any type of integrated circuit N OTE Semicon d uctor d evices u n d er hi gh vol tage stress can be subj ect to si ngl e event effects i nclu d i ng SEB, single even t burnou t an d SEGR si ngl e even t gate ru ptu re, for this su bject whi ch is n ot covered i n thi s docu ment, pl ease refer to I EC 62396-4 [2] N OTE I n add i ti on to th e high en ergy neu trons some d evices can have a soft error rate d u e to l ow energ y ( combinaison de surface sensible et de probabilité d'une interaction qui dépose la charge critique pour un SEE La section efficace ( σ ) est calculée en utilisant la formule suivante: σ= Où N/ Ф N est le nombre d'erreurs et Ф est la fluence des particules N ote l 'arti cle: La section efficace s'exprime en cm par d ispositif ou par bi t 3.23 basculement intempestif de cellules multiples MCU événement qui induit la défaillance de plusieurs bits en même temps N ote l 'articl e: U n M CU est consti tu é d e bi ts d 'erreu r de cell u les m ul tipl es q u i sont généralement, mais pas tou jou rs, ad jacents N ote l 'article: L’ abrévi ati on « M CU » est d érivée d u terme angl ais d ével oppé correspond ant « Mu lti pl e-Cell U pset» 3.24 basculement intempestif d'un seul bit SBU dans un dispositif semiconducteurs, rayonnement absorbé par le dispositif suffisant pour modifier l'état logique d'une seule cellule N ote l 'arti cle: Après u n nou veau cycl e d 'écri tu re, l 'état d 'ori gi ne peu t être rétabli N ote l 'arti cle: L’abréviation « SBU » est d érivée d u terme angl ais d ével oppé correspon d ant « Si ngl e Bit U pset» Appareillage d’essai 4.1 Appareil de mesure L’appareil doit être capable de mesurer les fonctions des dispositifs circuits intégrés et le temps nécessaire pour modifier les données stockées ou d'autres événements par l’exposition aux particules énergétiques, telles que des neutrons, des protons et un rayonnement alpha (c’est-à-dire la génération d’une erreur logicielle) Sinon, l’appareil d’essai (un appareil d'essai de mémoire, etc.) doit avoir la capacité de compter le nombre d’erreurs logicielles en temps unitaire L'appareil doit être capable d'identifier l'apparition de pannes matérielles ou logicielles Bien que ces événements soient généralement moins fréquents, leur impact est plus important N OTE La n orme I EC 60749-38 présen te u n essai non accél éré d 'erreu r logiciell e en temps réel Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 4.2 – 31 – Source de rayonnement Pour réaliser des mesures accélérées de SER terrestre, une ou plusieurs sources de rayonnement dont le spectre énergétique est similaire celui des rayons cosmiques terrestres sont exigées Ceci peut être effectué en utilisant un faisceau de large spectre ou plusieurs faisceaux mono-énergétiques I l convient que le ou les faisceaux de rayonnement couvrent la totalité du spectre du rayonnement atmosphérique en tenant compte des différences d'énergie dans les différents faisceaux Les effets du rayonnement diffusé issu du faisceau dans le montage d'essai doivent faire l'objet d'une attention particulière Les personnels techniques travaillant sur l'installation doivent être consultés en ce qui concerne le flux relatif de la distribution de la diffusion vers l'avant et vers l'arrière du faisceau I ls doivent également indiquer l'efficacité des matériaux d'écrantage pour le faisceau principal et l'affaiblissement du faisceau diffusé Le nombre de cartes placées devant le dispositif en essai (DU T: Device Under Test) et la distance par rapport au compteur doivent être consignés pour être utilisés dans les calculs d'affaiblissement Les résultats des essais doivent provenir des effets du rayonnement sur le DU T et non de l'interaction entre le rayonnement et les autres composants des essais En particulier, les alimentations peuvent être sensibles un claquage par effet d'avalanche induit par le rayonnement Les circuits électroniques sensibles dans l'appareil d'essai et dans tout dispositif de la carte du DU T (par exemple des mémoires tampons ou des registres) peuvent également être affectés Ces composants doivent être placés aussi loin que possible du faisceau primaire et diffusé, ou un écran approprié doit être utilisé I l faut veiller ce que l'appareil d'essai et l'alimentation ne soient pas affectés par le rayonnement diffusé provenant du faisceau avant de réaliser des essais dans une nouvelle installation ou avec une nouvelle configuration de l'appareil d'essai (y compris un appareil d'essai dont l'écran a été modifié) Pour cela, l'appareil d'essai doit être positionné et écranté exactement de la même manière que pendant les essais réels, l'exception du DUT qui ne doit pas être placé dans le faisceau ou qui doit être protégé du faisceau par un écran Mettre le faisceau en marche et soumettre le DU T aux essais, avec le DU T non exposé au faisceau ou protégé du faisceau par un écran La configuration de l'appareil d'essai est correcte si aucune défaillance n'est observée Sauf spécification contraire, la vérification de la configuration de l'appareil d'essai doit durer aussi longtemps qu'un essai typique Des précautions doivent être prises pour empêcher tout basculement intempestif dû des signaux parasites ou du bruit dans les câbles du DU T Dans le cadre de la séquence d'essai, pour garantir l'immunité au bruit électrique, la préparation de l'appareil d'essai doit être contrôlée 4.3 Echantillon d'essai Tout type de circuit intégré avec mémoire peut être soumis aux essais Les paramètres du dispositif (capacité de la cellule mémoire dans la DRAM, etc.) qui peuvent affecter le taux d’erreurs logicielles doivent être bien compris Des dispositifs complexes modernes tels que les circuits intégrés spécifiques une application donnée (ASIC: Application Specific I ntegrated Circuit) et les circuits intégrés prédiffusés programmables sur site (FPGA: Field Programmable Gate Array) peuvent contenir plusieurs types de mémoires La sensibilité aux basculements intempestifs dus aux rayonnements de ces dispositifs peut largement varier Un FPGA, par exemple, contient généralement une mémoire de configuration, une mémoire registres (flip/flop) et une mémoire SRAM composite Un ASI C, par exemple, contient généralement une mémoire registres (flip/flop) et une mémoire SRAM composite I l est important de faire la différence entre ces éléments et chacun des taux de SEE pour chaque type de bit de mémoire 5.1 Procédure d'essai d’erreur logicielle par irradiation par des neutrons Préparation de la surface I l n'est pas nécessaire de nettoyer le composé moulé du DUT par attaque chimique, parce que la plage du faisceau de neutrons dans le dispositif est suffisamment grande Copyright International Electrotechnical Commission – 32 – 5.2 I EC 60749-44: 201 © I EC 201 Tension d'alimentation Sauf exigences contraires, la tension d'alimentation doit être celle des conditions de fonctionnement nominales spécifiées pour le dispositif Afin de caractériser la sensibilité des rayons cosmiques en fonction de Qcrit (la charge minimale nécessaire au basculement intempestif d'une cellule mémoire), des tensions plus petites et plus grandes sont également autorisées 5.3 Température ambiante Sauf exigences contraires dans une spécification, la température ambiante doit être celle des conditions de fonctionnement nominales spécifiées pour le dispositif 5.4 Temps de cycle du cœur Le temps de cycle du cœur dépend des échantillons en essai (si cela est exigé, la dépendance par rapport au temps de cycle du cœur doit être mesurée) 5.5 Structure des données Elle dépend des échantillons en essai La structure des données doit être consignée (un damier, une configuration lecture/écriture tout "0/1 ", etc ) Enregistrer l'impact des structures de données sur les taux observés 5.6 Nombre d’échantillons de mesure Des échantillons multiples doivent être mesurés pour prendre en compte la variation de mesure Si des échantillons d'essai sont placés le long de la ligne du faisceau avec des échantillons derrière le premier échantillon, la fluence du faisceau doit être calculée chaque position d'essai pour tenir compte de l'affaiblissement du faisceau sur un échantillon La variation maximale de flux entre différents éléments de l'échantillon ne doit pas dépasser 20 % 5.7 Calculs du temps nộcessaire dans le faisceau Les informations sur la faỗon de calculer, avec une précision spécifiée, le temps nécessaire dans le faisceau pour obtenir la fluence des neutrons exigée doivent être fournies Ces informations dépendent du type et du flux du faisceau Des installations appropriées d'essai de faisceaux de neutrons sont présentées l'Annexe B 6.1 Evaluation Mesure et estimation du taux de défaillance Le montage des DU T et le système de mesure sont identiques ceux des autres essais accélérés La section efficace σ eff d'un SEU sur une plage d'énergie spécifique peut être définie de la manière suivante: σ eff = Nerr ΦE E ( , max ) où Nerr Copyright International Electrotechnical Commission est le nombre total d'erreurs comptées par dispositif (1 ) I EC 60749-44: 201 © I EC 201 Φ ( Emin , Emax -) – 33 – est la fluence totale dans la plage d'énergie comprise entre (neutron.cm –2 ) Emi n et Emax A condition que la forme du spectre des neutrons blancs soit suffisamment proche du spectre du champ, le taux d'erreurs logicielles (SER) ou le taux d'effet d'événement isolé (taux de SEE) peuvent être estimés par: SER = σ efff field ( E , E max (2) ) où f field ( Emi n , Emax ) est le flux de neutrons dans le champ (neutron cm -2 s -1 ) D é t e rm i n a t i o n d e s s e c t i o n s e ffi c a c e s d e M C U et MBU Ces sections efficaces sont déterminées en analysant les erreurs dans la mémoire, si deux erreurs ou plus se produisent dans le même cycle de lecture ou dans un cycle de lecture adjacent (voir Note ci-dessous), alors elles sont causées par le même événement de neutron La section efficace du MCU est le nombre de ces événements multiples divisé par la fluence Le nombre de MBU peut être déterminé par une inspection Les MBU se produisent lorsque plusieurs bits basculent de manière intempestive dans un même mot logique Le flux de neutrons et le taux d'événements associé ne doivent pas être trop élevés (il convient que la probabilité soit au moins 00 fois plus petite que la probabilité d'un MCU isolé) pour éviter plusieurs basculements intempestifs causés par plusieurs neutrons dans un même cycle d'horloge N OTE Si l 'événement d e neu trons provoq ue u n SEU d ans d eu x mots distincts (c'est-à-dire u n M CU ) après q u e le premi er mot a été lu dan s le cycl e, al ors l es d eu x SEU sont i d entifi és d ans d es cycl es de lectu re adj acents D é t e rm i n a t i o n d e l a d é fa i l l a n c e d a n s l e t e m p s ( F I T ) d ' u n d i s p o s i t i f ( t a u x d ' é vé n e m e n t s ) p a rt i r d ' u n e s e c t i o n e ffi c a c e Des données de basculements intempestifs exprimées en FI T/Mbit peuvent être converties en une section efficace en cm /bit en utilisant le facteur de conversion 7, 7E-1 Mbit cm /(FIT par bit), et en une section efficace de dispositif en cm /dispositif en utilisant le facteur de conversion 7, 7E-1 cm /(FI T par dispositif), les deux étant basées sur un flux de neutrons (E> MeV) de neutron.cm -2 hr-1 New York City, NYC Le taux de basculements intempestifs de dispositif pour un certain FI T dû un SEU est égal une section efficace de dispositif de 7, 7E-1 cm [8] Le taux de FI T d'un dispositif New York City pour un effet d'événement isolé est déterminé partir de la section efficace du dispositif pour cet effet multipliée par ,3 E + cm -2 Ré s u m é Les informations suivantes doivent être spécifiées dans le document d'approvisionnement applicable (d'autres informations sur ces exigences sont données l'Annexe A) a) b) c) d) nombre d’échantillons; description du véhicule; description des essais; valeurs des conditions des contraintes d'essai applicables, par exemple la tension et la fréquence de fonctionnement; e) résultats d'essai fournis pour chaque type de SEE soumis essai Données sur les sections efficaces par bit ou par dispositif pour tous les SEE mesurés, y compris SEU , MBU , MCU , SEL, SEFI , SET Copyright International Electrotechnical Commission – 34 – I EC 60749-44: 201 © I EC 201 An n e x e A (informative) I n fo rm a t i o n s s u p p l é m e n t a i re s p o u r l a s p é c i fi c a t i o n d ' a p p ro vi s i o n n e m e n t a p p l i c a b l e A G é n é l i t é s Les informations fournies aux Articles A A peuvent également être spécifiées dans le document d'approvisionnement applicable (voir Article 6) A D e s c ri p t i o n d e l a s o u rc e d u fa i s c e a u La description de la source du faisceau peut inclure les éléments suivants: ) l'installation et l'emplacement, les informations sur les contacts de l'installation, la description de la génération de la source, le type de particules (neutrons, protons); 2) la description de l'énergie (mono-énergétique) ou du spectre énergétique du faisceau; 3) les filtres utilisés, le cas échéant (par exemple une bande de cadmium ou un écran de bore pour les neutrons thermiques); 4) la variation de la fluence ou du flux du faisceau pendant les essais, y compris une description de la technique de surveillance ou de la méthode d'estimation; 5) la description du faisceau pour chaque dispositif en essai, incluant: a) la densité de flux du faisceau au niveau du dispositif en essai; b) la surface du faisceau et l'uniformité du faisceau travers le dispositif en essai; c) l'orientation du dispositif en essai par rapport au faisceau incident; d) les facteurs d'affaiblissement, incluant une description des types et des épaisseurs des matériaux entre la puce de silicium soumise aux essais et la source du faisceau si l'épaisseur n'est pas uniforme ou si l'épaisseur uniforme atténue l'énergie du faisceau incident sur le silicium (ceci comprend l'affaiblissement dû aux btiers des composants, aux dissipateurs thermiques et aux techniques d'amélioration thermique, aux autres dispositifs soumis aux essais, aux dispositifs d'essai et inclut les effets de matériaux contenant du B-1 0) A A D e s c ri p t i o n d e l ' é c h a n t i l l o n e t d u vé h i c u l e d ' e s s a i N o m b re d ’ é c h a n t i l l o n s Le nombre d'échantillons (nombre de dispositifs) soumis aux essais peut également inclure des informations sur les circuits (tailles des réseaux, taille de la chne de balayage, etc.) soumis aux essais sur chaque dispositif A D e s c ri p t i o n d u vé h i c u l e La description du véhicule peut inclure les éléments suivants: ) Le type de circuit et les éléments secondaires (par exemple SRAM, DRAM, flip-flop mtre, flip-flop esclave); 2) La description des btiers (par exemple les connexions une puce, les matériaux et les géométries), incluant toutes les modifications apportées pour les essais SER (par exemple un dissipateur thermique non normalisé); 3) La référence de pièce du fournisseur (et la révision de la puce, le cas échéant); 4) La description opérationnelle du circuit; Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 – 35 – 5) La description de l'ECC (type et couverture) ou "soumis aux essais conformément aux fiches techniques, si l'ECC est inconnu" A.4 Description des essai s La description des essais peut inclure les éléments suivants: ) la tension (alimentation externe, utilisation d'une alimentation interne régulée, polarisation du substrat le cas échéant); N OTE La si g nati on d 'un n iveau d e ten si on rég ul ée interne est facul tative, mais elle est consei ll ée d ans l e cas d e la portabili té d es d onnées d ans d 'autres d isposi ti fs 2) les structures d'essai, incluant la structure des données logiques et, si elle est connue, la structure des données physiques; 3) la fluence et la durée des essais; 4) la fréquence ou le temps de cycle du cœur avec une notation spéciale pour les temps de cycle différents de ceux des fiches techniques du produit (pour les essais dynamiques) ou la désignation "statique"; 5) le taux de rafrchissement, le cas échéant; 6) la température pendant les essais (au minimum la température ambiante, et, si elle est disponible, la température de jonction I ndiquer le moyen utilisé pour déterminer la température de jonction); 7) les sources et les énergies utilisées, si plusieurs sources et plusieurs énergies sont utilisées; 8) l'appareil d'essai (modèle commercial et/ou description physique); 9) les problèmes ou les comportements inhabituels des dispositifs pendant les essais; 0) les informations relatives aux défaillances: i) comptage de chaque type d'erreur (erreurs logicielles transitoires, erreurs logicielles statiques, erreurs matérielles); N OTE Les d u rées d 'essai étant souven t rel ativement cou rtes, les observati ons d 'erreu rs m atériell es sont général ement excepti on nell es Lorsq ue les effets d es d oses total es sont l 'ori gi ne de ces erreu rs, ils consti tu ent des artefacts d 'essai et ces observations sont i dentifiées spécial ement en tant q u e tell es ii) identification des erreurs logicielles qui sont des erreurs portant sur plusieurs cellules; iii) signature électrique des erreurs/pannes logicielles; iv) adresses logiques défaillantes; N OTE L'i nterprétati on d es erreu rs d e plu si eu rs cell ul es est améli orée par l a compréhensi on de la rel ati on physi qu e d es ad resses d éfai ll antes v) conditions d'essai (tension, utilisation de l'ECC, structure des données, etc.) lorsque plusieurs conditions sont appliquées dans un même essai; vi) taux de défaillances dans les conditions d'essai I déalement, le taux de défaillances doit être identifié par bit (ou autre élément de circuit), mais aussi par événement Au minimum, la base de détermination du taux de défaillances doit être clairement identifiée; 1 ) la périodicité des lectures d'essais; 2) le SER mesuré, en incluant, s'ils sont disponibles, les composants un bit et plusieurs bits et une description de la faỗon dont les composants plusieurs bits ont été déterminés; 3) pour les dispositifs destinés des environnements sévères, la signature électrique et la sensibilité des erreurs/pannes matérielles et logicielles doivent être déterminées dans les conditions les plus défavorables Par exemple, les dispositifs SEL présentent généralement une plus grande sensibilité (taux) lorsque la tension d'alimentation et la température sont leur limite supérieure Copyright International Electrotechnical Commission – 36 – A.5 I EC 60749-44: 201 © I EC 201 Résultats d’essai Les résultats d'essai peuvent inclure les éléments suivants: ) le taux de SEE et les sections efficaces de SEE mesurés au niveau des emplacements des DUT, si l'exposition des DU T au faisceau n'est pas uniforme (par exemple des DU T empilés, des distances différentes par rapport au faisceau); 2) lorsque les événements suivants sont observés, classer selon les catégories suivantes: a) basculement intempestif d'une seule cellule, b) erreurs de plusieurs cellules, c) déclenchement parasite, d) erreurs d'adresse ou de commande, e) basculement intempestif de circuits verrouillage de redondance, et donner une description de la faỗon dont ces ộlộments ont été déterminés; 3) la linéarité qui montre la proportionnalité entre le taux de défaillance et la densité de flux; 4) les erreurs multiples Démontrer que les erreurs multiples proviennent d'événements énergétiques isolés Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 – 37 – Annexe B (informative) Appareillage d'essai de neutrons blancs Un spectre de neutrons blancs peut être obtenu en bombardant des protons de forte énergie sur une cible relativement épaisse constituée typiquement de tungstène ou de plomb qui simule le spectre des neutrons terrestres au niveau du sol La ligne du faisceau du 4FP30L au LAN SCE (Los Alamos Neutron Science Center) est bien connue et utilisée comme source de neutrons Comme cela est représenté la Figure B , le spectre des neutrons dans la ligne de faisceau est bien défini sur MeV par la combinaison d'une chambre de fission et d'un système temps de vol (TOF: Time Of Flight) Le flux de neutrons est dans une plage pouvant atteindre neutron.cm -2 s -1 La ligne de faisceau de neutrons blancs au centre de recherche de physique nucléaire (RCN P: Research Center for N uclear Physics) est en opération depuis 2004 Un faisceau de neutrons avec un flux de × neutron cm -2 s -1 peut être obtenu en utilisant un faisceau de photons de 400 MeV Le spectre d'énergie des neutrons est représenté sur la Figure B.2 I l a été mesuré en utilisant une méthode temps de vol scintillateurs liquides Une comparaison entre les spectres de neutrons du LANSCE (WNR) et du TRI U MF et le spectre des neutrons terrestres est illustrée la Figure B Fl u x d e neu trons di fférentiel (u ni tés arb ) Le spectre d'énergie des neutrons du rayonnement atmosphérique étant supérieur 00 MeV, la plage d'énergie supérieure des installations utilisées pour soumettre les dispositifs aux essais de neutrons blancs doit dépasser 00 MeV pour garantir que le faisceau est représentatif D'autres installations de faisceaux de neutrons pour les essais de neutrons blancs sont: AN ITA au TSL, Uppsala, Suède, énergie maximale: 80 MeV; N I F au TRIUMF, Vancouver, Canada, énergie maximale: 400 MeV; et I SI S, Chipir au RAL, Harwell, RoyaumeUni, énergie maximale: 800 MeV 000 San s écran 5, 08 mm (2’’ ) 0, mm (4’’ ) 20, 32 mm (8’’ ) 00 10 0, 0, 01 0, 001 10 00 000 Energi e d es neu trons (M eV) IEC Figure B.1 – Spectres typiques de neutrons blancs avec différentes épaisseurs d'écran (polyéthylène) Copyright International Electrotechnical Commission Flux de neutrons différentiel (neu tron × cm -2 × sec -1 × M eV -1 ) – 38 – I EC 60749-44: 201 © I EC 201 × 06 × 05 × 04 × 03 LAN SCE RCN P × 02 × 01 Rayons × cosmi q u es 2, × 10 00 000 Energi e d es n eu trons (M eV) IEC Flux de neutrons différentiel ( neutron × cm -2 × sec-1 × MeV-1 ) F i g u re B – S p e c t re d e n e u t ro n s t yp i q u e 01 09 08 07 06 05 00 01 02 03 Energi e d es n eu tron s (M eV) IEC Lég en d e I n s ta l l a ti o n F a c te u r d e m u l ti p l i c a ti o n Spectre au sol [l atitu d e 45º N ord ] Le tracé est le niveau d u sol mu l ti pli é par I CE H ouse (WN R) Spectre mesu ré en 2005 TRI U M F 00 µ A F i g u re B – C o m p a i s o n et du Copyright International Electrotechnical Commission e n t re l e s s p e c t re s d e n e u t ro n s d u × 08 L AN S C E ( WN R ) T R I U M F e t l e s p e c t re d e s n e u t ro n s t e rre s t re s I EC 60749-44: 201 © I EC 201 – 39 – An n e x e C (informative) C a l c u l d u t a u x d e d é fa i l l a n c e C.1 I n fl u e n c e d e s e rre u rs l o g i c i e l l e s p o u r l e s d i s p o s i t i fs s e m i c o n d u c t e u rs ré e l s C.1 G é n é l i t é s Un taux de réduction tenant compte du dispositif semiconducteurs et de son application dans certaines conditions peut être appliqué pour déterminer le taux d'erreurs logicielles réel La présente Annexe C présente la méthode du taux de réduction C.1 T a u x d e ré d u c t i o n d e s e rv i c e Un calcul normal du taux d'erreurs logicielles est basé sur le temps de mise sous tension des dispositifs Le taux d'erreurs peut donc diminuer de manière inversement proportionnelle au temps Cette procédure est appelée "taux de réduction de service" Par exemple, le taux d'erreurs logicielles d'une application fonctionnant h par jour est divisé par Dans la Figure C.1 , le dispositif A est un exemple de condition sans réduction, "taux de réduction de service = ", et le dispositif B est un exemple de condition avec réduction, "taux de réduction de service = /3" Dispositif A 24 heu res/j ou r  Tau x d e réd u cti on = 24/24 = Dispositif B 8h 6h h eu res/j ou r F i g u re C C.1 8h 6h 8h  Tau x d e rédu cti on =8/24 = /3 6h IEC – R e p ré s e n t a t i o n s i m p l i fi é e d e t a u x d e ré d u c t i o n d e s e rv i c e T a u x d e ré d u c t i o n d ' u t i l i s a t i o n Généralement, les zones mémoire ne sont pas toutes utilisées La proportion des zones de données utilisées par rapport aux zones de données non utilisées dans une mémoire est appelée "taux de réduction d'utilisation" Ce taux de réduction doit tenir compte des différentes situations Ces différentes situations sont les zones non programmées, les zones non effectives de données programmées et les régimes non effectifs des données programmées Ce calcul peut s'avérer compliqué et il est possible d'utiliser la moyenne Copyright International Electrotechnical Commission – 40 – Zone utilisée X (FI T) I EC 60749-44: 201 © I EC 201 Zone utilisée Zone non utilisée X/2 (FI T) IEC IEC X (FI T) X/2 (FI T) a) Toute la zone utilisée: "taux de réduction d'utilisation = " b) La moitié de la zone utilisée: "taux de réduction d'utilisation = /2" Figure C.2 – Représentation simplifiée de la zone mémoire effective pour le taux de réduction d'utilisation C.1 Taux de réduction critique Le taux de réduction critique est une probabilité de gravité relative la génération d'un problème critique dans une application L'œil humain ne détectera pas la défaillance d'un bit dans des données d'image, mais une erreur d'un bit dans une application industrielle ou automobile peut avoir de graves conséquences Dans le premier cas, l'erreur logicielle peut être réduite en numérisant son taux U ne représentation simplifiée de la zone mémoire effective pour le taux de réduction d'utilisation est fournie la Figure C C.2 Calcul du taux de défaillance incluant le taux de réduction Lorsque des taux de réduction peuvent être appliqués, le taux d'erreurs logicielles effectif est déterminé comme suit: Exemple selon la méthode d e l'I EC 749-38 N om bre d 'erreurs: 10 Du rée d e l 'essai : 000 heu res (éq u ival en t N ew York Ci ty) N om bre d 'échan till ons: 000 d isposi tifs Exposi ti on d u di sposi ti f: 000 000 disposi ti fs heu re (éq u ival ent N ew York Ci ty) Capaci té d e l a mémoi re: M o par di spositif en essai • • • Taux d'erreurs logicielles (SER) normalisé de défaillances d'une mémoire de Mo sans taux de réduction (équivalent New York City) SER (3MB) = (1 / ) × = = 000 FIT pour toute une mémoire de Mo ou en FIT par Mo SER = 3,33 × FI T par Mo Taux de réduction d'application Taux de réduction de service: h/jour (=0,042=1 /24) Taux de réduction d'utilisation: 0, (50 % de zone utilisée) Taux de réduction critique: 0, (gravité dans l'application) Taux de basculements intempestifs effectif d'une mémoire de Mo avec le taux de réduction indiqué ci-dessus (équivalent New York City) Taux de basculements intempestifs effectif (3 Mo) en application = × 04 × 0,042 × 0, × 0, = 42 FIT Copyright International Electrotechnical Commission I EC 60749-44: 201 © I EC 201 – 41 – Bibliographie [1 ] I EC 60749-38, Dispositifs semiconducteurs – Méthodes d’essais mécaniques et climatiques – Partie 38: Méthode d’essai des erreurs logicielles pour les dispositifs semiconducteurs avec mémoire [2] I EC 62396-4, Process management for avionics – Atmospheric radiation effects – Part 4: Design of high voltage aircraft electronics managing potential single event effects (disponible en anglais seulement) [3] I EC 62396-5, Process management for avionics – Atmospheric radiation effects – Part 5: Assessment of thermal neutron fluxes and single effects in avionics systems (disponible en anglais seulement) [4] Thermal Neutron Spectra – J D Dirk, M E Nelson, J F Ziegler, A Thompson and T.H Zabel, Terrestrial Thermal Neutrons , /I EEE Trans N ucl Sci/ , vol 50, no 6, pp 2060-2064, Dec 2003 [5] High Energy Neutron Spectra – J F Ziegler, Terrestrial cosmic ray intensities , I BM [6] Broad energy range (thermal up to high energy) – M S Gordon, P Goldhagen, K P Rodbell, T H Zabel, H H K Tang, J M Clem, and P Bailey, Measurement of the Flux and Energy Spectrum of Cosmic-Ray Induced Neutrons on the Ground, I EEE Trans N ucl Sci , vol 51 , no 6, pp 3427-3434, Dec 2004 [7] J EITA EDR4705 SER Testing Guidelines [8] J ESD89-A Measurement and Reporting of Alpha Particle and Terrestrial Cosmic RayInduced Soft Errors in Semiconductor Devices [9] J ESD89-1 A System Soft Error Rate (SSER) Test Method [1 0] J ESD89-2A Test Method For Alpha Source Accelerated Soft Error Rate [1 ] J ESD89-3A Test Method for Beam Accelerated Soft Error Rate [1 2] T.C May and M H Woods, A New Physical Mechanism for Soft Errors in Dynamic Memories , Proceedings of 6th Annual Reliability Physics Symposium, 978, pp 33-40 J Res Develop, vol 42, no.1 , pp 1 7-1 39, Jan 998 (disponible en anglais seulement) [1 3] C S Guenzer, E A Wolicki, and R G Allas, Single event upset of dynamic RAM’s by neutrons and protons , IEEE Trans Nucl Sci , vol N S-26, p 5048, 979 (disponible en anglais seulement) _ Copyright International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical Commission INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSI ON 3, rue de Varembé PO Box 31 CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel: + 41 22 91 02 1 Fax: + 41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Copyright International Electrotechnical Commission