Entwicklung einer On-Chip Monitorschaltung zur Zuverlässigkeitsuntersuchung von integrierten Schaltkreisen

Mikroelektronische Baugruppen halten Einzug in immer vielfältigere Einsatzgebiete. Zunehmend werden mehr Aufgaben durch Mikrosysteme unterstützt oder vollständig übernommen. Dies betrifft vermehrt sicherheitsrelevante Anwendungen, wie beispielsweise die Steuerung von Fahrzeugen und Flugzeugen (X-by-Wire) oder die fortschreitende Automatisierung und Miniaturisierung in der Medizintechnik. Daraus folgt, dass nicht nur der Integrationsgrad durch die Verkleinerung von Strukturbreiten und die Integration mikromechanischer Systeme wächst, sondern auch die Anforderungen an Robustheit und Zuverlässigkeit der Systeme zunehmen. Die mikroelektronischen Schaltkreise bilden dabei als Steuerungskomponenten zumeist den kritischen Kern eines Systems. Je sicherheitskritischer die Funktionalität eines Systems ist, umso geringer muss dessen Ausfallrate sein. Idealerweise fällt dabei kein einziges System aus. Da dieser Wert in der Praxis nicht erreichbar ist, kommt es darauf an, Ausfälle frühzeitig erkennen und deren Ursache eingrenzen zu können. Diese Arbeit soll dazu einen Beitrag leisten, indem eine neuartige Monitorschaltung entwickelt wird, durch die es möglich ist, Belastungsprofile integrierter Schaltungen (Mission Profiles) in realen Einsatzszenarien aufzunehmen. Die Profile werden über die gesamte Lebensdauer des Schaltkreises parallel zu dessen aktivem Betrieb erstellt und bilden dadurch realistische Stresswerte ab. Durch die aufgenommenen Parameter wird es möglich, Rückschlüsse auf die Degradation der integrierten Bauelemente und deren Ausfallverhalten zu ziehen. Die Mission Profiles dienen sowohl der frühzeitigen Erkennung von Ausfallursachen, als auch deren Untersuchung, auf Grund gewonnener Belastungsparameter. Gerade in Anwendungen wie dem autonomen Fahren oder in vollautomatischen Insulinpumpen gefährden Systemausfälle direkt Menschenleben. Vertiefte Kenntnisse über deren Ursachen können helfen diese zu minimieren und beispielsweise nach vorangehenden ausführlichen Feldtests, auf Grund konkret ermittelter Belastungsprofile ganz zu vermeiden, indem Geräte vor deren Ausfall gezielt ersetzt werden. Aufwendige Rückrufaktionen, bei denen eine Systemkomponente weit vor ihrem Lebensende ausgetauscht wird, können ebenso vermieden werden, wenn die Belastung eines ausgefallenen Bauteils bekannt ist.