本文旨在深入探討IC引腳失效模式和影響分析(FMEA)的重要性，并結合ADI公司的安全事項應用筆記，說明FMEA在功能安全標準（如IEC 61508和ISO 13849）合規過程中的實踐意義。功能安全標準包含規范性和參考性兩類條款，規定了系統集成商在進行技術安全分析時需考慮的集成電路(IC)和印刷電路板(PCB)潛在失效情況。

什么是引腳FMEA？

引腳FMEA是FMEA的一種，專注于分析IC封裝的潛在失效模式及其對系統功能的影響。引腳FMEA可以與計算出的封裝失效率（例如通過IEC 62380）配合使用，以確定IC的失效率分布，如圖1所示。失效率可以進一步分為四種情況：安全、危險、無影響或無器件（即不涉及具體器件）。這種失效率認定對于推導安全失效比率(SFF)和SRS危險失效概率至關重要。

圖1. 失效率分布圖

IC的引腳FMEA是ADI安全事項應用筆記中提供的另一項安全信息，旨在幫助系統集成商進行技術安全分析。圖2顯示了LTC2933的引腳FMEA，可在其安全事項應用筆記中找到。借助此類應用筆記，可以得知引腳故障是否會造成損壞，還是僅僅導致系統運行問題。

圖2. LTC2933引腳FMEA

IEC 61508的規定

基本功能安全(FS)標準的表A.1中，展示了在量化隨機硬件失效的影響時要假設的失效情況，或在推導SFF時要考慮的失效情況。值得注意的是，對于直流故障模型假設，需要考慮如下之類的失效模式：固定電平故障、固定開路故障、開路或高阻抗輸出、信號線之間短路、任意兩個連接（引腳）之間短路（針對IC）。

引腳FMEA顯示了這些假設的失效情況：固定電平故障（短接電源和短接到地）、開路或高阻抗、任意兩個相鄰連接之間短路（短接到相鄰引腳）。

其他標準的規定

為了實現功能安全，通常需要符合多個標準。除了IEC 61508之外，設計SRS的系統集成商還必須遵守其他適用的標準，比如國家法律和指令，或是特定行業、產品或應用的具體標準。標準通常包含規范性（強制性）和參考性（非強制性）兩類條款。

例如，ISO 13849-2附錄D中的參考性要求涉及不同器件的失效假設。表1展示了可編程和/或復雜IC的失效假設，而非可編程或非復雜IC不考慮第一個和最后一個失效假設。系統集成商如果負責執行IC分析以推導FMD，可以利用此類信息。

表1. 可編程和/或復雜IC的失效情況

印刷電路板(PCB)也包括在技術安全分析中。ISO 13849-2:2012針對 PCB的故障（失效模式）及其排除項給出了建議。根據該標準，在某些特定考量（如表2“備注”欄中所列）下，可以排除部分假設的失效模式。

表2. PCB故障

對于PCB的這些失效假設，特別是對于安裝在其上的器件，系統集成商需要獲得相關信息，以判斷此類PCB失效對IC運行的影響，進而判斷是否會影響安全功能。請注意，兩個相鄰走線/焊盤之間的短路可能表現為引腳與電源之間、引腳與地之間或相鄰引腳之間的短路，而走線開路可能轉化為IC開路。所有這些都已納入ADI安全事項應用筆記的引腳FMEA分析，對于支持功能安全的器件，系統集成商可以在產品網頁中輕松找到這些信息。

結論

本文圍繞IEC 61508和ISO 13849討論了引腳FMEA，有助于提升業界對ADI器件相關應用筆記的認知，特別是支持功能安全的器件。支持功能安全的器件屬于標準IC，盡管并非按照功能安全標準開發，但仍可用于安全關鍵型應用。