IC引脚失效模式和影响分析(FMEA)的重要性
本文旨在深入探讨IC引脚故障模式和影响分析（FMEA）的重要性，并结合ADI公司的安全事项应用笔记来说明FMEA在功能安全标准（例如IEC 61508和ISO 13849）合规过程中的实际意义。功能安全标准包括规范性和参考条款，规定了系统集成商在进行技术安全分析时需要考虑的集成电路（IC）和印刷电路板（PCB）的潜在故障条件。
什么是引脚FMEA？引脚FMEA 是FMEA 的一种，重点分析IC 封装的潜在故障模式及其对系统功能的影响。引脚FMEA 可以与计算的封装故障率（例如，通过IEC 62380）结合使用，以确定IC 的故障率分布，如图1 所示。故障率可以进一步分为四种情况：安全、危险、无影响或无设备（即不涉及特定设备）。这种故障率确定对于得出安全故障率(SFF) 和SRS 危险故障概率至关重要。
图1. 故障率分布图
IC 的引脚FMEA 是ADI Safety Matters 应用说明中提供的另一条安全信息，可帮助系统集成商执行技术安全分析。图2 显示了LTC2933 的引脚FMEA，可以在其Safety Matters 应用笔记中找到该引脚。此类应用说明可以告诉您引脚故障是否会造成损坏，或者只是导致系统运行问题。
图2. LTC2933 引脚FMEA
IEC 61508的规定基本功能安全(FS) 标准的表A.1 显示了在量化随机硬件故障的影响时应假设的故障场景，或者在推导SFF 时应考虑的故障场景。值得注意的是，对于直流故障模型假设，需要考虑以下故障模式：固定电平故障、固定开路故障、开路或高阻抗输出、信号线之间短路、任意两个连接（引脚）之间短路（对于IC）。
引脚FMEA 显示这些假设的故障情况：固定级别故障（电源短路和接地短路）、开路或高阻抗、任意两个相邻连接之间的短路（相邻引脚短路）。
其他标准的要求
为了实现功能安全，通常需要遵守多个标准。除了IEC 61508 之外，设计SRS 的系统集成商还必须遵守其他适用标准，例如国家法律和指令，或特定行业、产品或应用的特定标准。标准通常包含规范性（强制性）和参考性（非强制性）术语。
例如，ISO 13849-2 附录D 中的参考要求涉及不同设备的故障假设。表1 显示了可编程和/或复杂IC 的故障假设，而对于非可编程或非复杂IC 则不考虑第一个和最后一个故障假设。如果系统集成商负责执行IC 分析来导出FMD，则可以利用此信息。
表1. 可编程和/或复杂IC 的故障情况
印刷电路板(PCB) 也包含在技术安全分析中。 ISO 13849-2:2012 提供了有关PCB 故障（故障模式）及其排除的建议。根据该标准，一些假设的故障模式在某些特定考虑下可以被消除（如表2“备注”栏中所列）。
表2. PCB 故障
对于这些PCB故障假设，尤其是其上安装的器件，系统集成商需要获取相关信息来确定此类PCB故障对IC运行的影响，进而确定是否会影响安全功能。请注意，两个相邻走线/焊盘之间的短路可能会表现为引脚与电源之间、引脚与地之间或相邻引脚之间的短路，而开路走线可能会转化为开路IC。所有这些都纳入了ADI Safety Matters 应用说明的引脚FMEA 分析中，对于支持功能安全的设备，系统集成商可以在产品网页上轻松找到这些信息。
结论本文围绕IEC 61508 和ISO 13849 讨论引脚FMEA，这将有助于提高业界对ADI 器件相关应用笔记的理解，尤其是支持功能安全的器件。支持功能安全的设备是标准IC，虽然未按照功能安全标准开发，但仍可用于安全关键型应用。
