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Affidabilità circuito

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Affidabilità circuito

Messaggioda Foto UtenteSimona99 » 29 lug 2020, 23:05

Ciao, stavo riguardando gli appunti di elettronica e mi sono accorta che non mi è chiara una cosa riguardante l'affidabilità dei circuiti elettronici. Premesso che non abbiamo fatto uno studio approfondito, ma solo dei cenni, la prof ha detto che l'affidabilità è inversamente proporzionale all'area del circuito integrato perché più si scalano le dimensioni del transistor più questi tendono ad essere non ideali e quindi funzionano peggio, ma poi ha anche detto che più un circuito occupa area più è affidabile, ma considerando quest'ultima affermazione l'affidabilità non dovrebbe essere proporzionale all'area del circuito e non inversamente? Ho provato a cercare sul libro, ma in merito all'affidabilità non ho trovato nulla, qualcuno può aiutarmi?
Ultima modifica di Foto UtentePietroBaima il 30 lug 2020, 8:55, modificato 1 volta in totale.
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[2] Re: AFFIDABILITA' CIRCUITO

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 30 lug 2020, 1:34

Non ne so nulla, ma per logica:
Simona99 ha scritto: ...la prof ha detto che l'affidabilità è inversamente proporzionale all'area del circuito integrato perché più si scalano le dimensioni del transistor più questi tendono ad essere non ideali e quindi...
mi pare che già in questa affermazione la contraddizione sia evidente quindi tendo a dedurne che la docente si sia confusa nell'esprimersi dicendo "inversamente" al posto di "direttamente".
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[3] Re: AFFIDABILITA' CIRCUITO

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 30 lug 2020, 6:24

Non potrebbe essere che intendesse due aree diverse?
Del tipo:
L'affidabilità aumenta con l'area del singolo transistor, ma diminuisce con l'area totale dell'integrato.
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[4] Re: AFFIDABILITA' CIRCUITO

Messaggioda Foto UtenteSimona99 » 30 lug 2020, 8:46

SandroCalligaro ha scritto:Non potrebbe essere che intendesse due aree diverse?
Del tipo:
L'affidabilità aumenta con l'area del singolo transistor, ma diminuisce con l'area totale dell'integrato.


Inizio a pensare sia così, comunque aspettiamo qualcuno che possa darci conferma
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[5] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto Utentebanjoman » 30 lug 2020, 9:15

Se parliano di microcircuiti o circuiti integrati, l'affidabilità si può esprimere a vari livelli.

Se parliamo del singolo elemento costituente (es: un BJT o un MOSFET) e' chiaro che piu' la dimensione fisica si riduce piu' l'affidabilita' cala, in quanto al disotto di una certa dimensione (sub-nanometrica) entrano in gioco fattori che fanno si' che il comportamento elettrico del dispositivo non sia piu' quello previsto.
Inoltre, minore e' la dimensione, maggiore e' la suscettibilita' al guasto (eccessive correnti o tensioni possono danneggiare la giunzione o perforare il gate, ecc.).Questo per quanto riguarda il singolo elemento.

Un circuito integrato e' composto da moltissimi elementi circuitali disposti su un unico chip.
E' chiaro che all'aumentare della complessita', aumenta anche la probabilita' di guasto (statisticamente parlando). Perche' ci sono piu' componenti che potrebbero guastarsi o non funzionare come previsto. Maggiore complessita' equivale (ma non sempre) a maggiore area occupata dal chip e di conseguenza minore affidabilita'.

Inoltre, i singoli chip non sono prodotti singolarmente: vengono ottenuti da un unico wafer sul quale ne vengono riprodotti decine e decine per volta. Vengono poi separati e incapsulati.
In questo caso si parla di "resa" del processo di fabbricazione: durante il processo di esposizione e fotoincisione un singolo granello di polvere puo' essere grande quanto un collegamento di una porta di gate (se non addirittura grande come il gate stesso). Cio' si traduce in una interruzione di una pista, o un gate che presenta un "buco", ad esempio. Il chip che presenta questo problema viene ovviamente scartato.

Dato che i wafer sui quale vengono riprodotti i chip hanno dimensioni standard, piu' il circuito integrato e' complesso, maggiore sara' la sua dimensione fisica in termini di superficie e quindi su un wafer ce ne staranno di meno.

Se su un wafer ci sono 10 chip e uno di essi viene danneggiato dal granello di polevere, la resa e' inferiore a quella che si avrebbe ponendo 100 chip sullo stesso wafer (di circuiti meno complessi).
Un granello di polvere in questro caso danneggerebbe un chip su 100.
Se funziona quasi bene, è tutto sbagliato. A.Savatteri/M.Mazza
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[6] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto Utentewruggeri » 30 lug 2020, 9:25

Già solo pensando al processo produttivo di un circuito integrato mi vengono in mente tre o quattro motivi per cui circuiti più piccoli possono risultare maggiormente soggetti a problemi e fragilità; a tal proposito, un famoso e affidabile libro di testo sul progetto di circuiti microelettronici riporta le seguenti parole:

To improve yield, some processes recommend increasing certain widths and spacings where
they do not impact area or performance. For example, increasing the polysilicon gate extension
slightly reduces the risk of transistor failures from poly/diffusion mask misalignment.
Increasing space between metal lines where possible reduces the risk of shorts and also
reduces wire capacitance. Other good practices to improve yield include the following:

- Space out wires to reduce risk of short circuits and reduce capacitance.
- Use non-minimum-width wires to reduce risk of open circuits and to reduce
resistance.
- Use at least two vias for every connection to avoid open circuits if one via is
malformed, and to reduce electromigration wearout.
- Surround contacts and vias by landing pads with more than the minimum overlap
to reduce resistance variation and open circuits caused by misaligned contacts.
- Use wider-than-minimum transistors; minimum-width transistors are subject to
greater variability and tend not to perform as well.
- Avoid non-rectangular shapes such as 45-degree angles and circles. For specialized
circuits such as RAMs that strongly benefit from 45-degree angles, verify masks
after optical proximity correction analysis.
- Place dummy transistors or cells at the edge of arrays and sensitive circuits to
improve uniformity and matching.
- If it looks nice, it will work better.

Come puoi notare, non c'è un solo suggerimento che reciti qualcosa di vagamente simile a "per migliorare l'affidabilità, fai integrati più piccoli", anzi ce ne sono vari che dicono esattamente il contrario.
D'altra parte, vale ovviamente tutto quanto ti ha detto Foto Utentebanjoman: se è vero che circuiti troppo piccoli possono presentare più problemi da certi punti di vista, è vero anche (e io ne so qualcosa... :roll:) che circuiti più complessi e dunque più grandi risultano assai problematici da altri (e non meno importanti) punti di vista.

La sintesi della discussione la puoi immaginare: l'affidabilità di un circuiti integrato è un discorso complesso e non è possibile risolverlo in un "assolutamente meglio X e non Y": entrano in gioco tanti fattori, e a seconda dello specifico caso occorre trovare il miglior compromesso.
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Se non conosci un argomento, non parlarne.
Gli unici fatti sono quelli dimostrabili, il resto è opinione.
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[7] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto UtenteSimona99 » 30 lug 2020, 9:40

banjoman ha scritto:Se parliano di microcircuiti o circuiti integrati, l'affidabilità si può esprimere a vari livelli.

Se parliamo del singolo elemento costituente (es: un BJT o un MOSFET) e' chiaro che piu' la dimensione fisica si riduce piu' l'affidabilita' cala, in quanto al disotto di una certa dimensione (sub-nanometrica) entrano in gioco fattori che fanno si' che il comportamento elettrico del dispositivo non sia piu' quello previsto.
Inoltre, minore e' la dimensione, maggiore e' la suscettibilita' al guasto (eccessive correnti o tensioni possono danneggiare la giunzione o perforare il gate, ecc.).Questo per quanto riguarda il singolo elemento.

Un circuito integrato e' composto da moltissimi elementi circuitali disposti su un unico chip.
E' chiaro che all'aumentare della complessita', aumenta anche la probabilita' di guasto (statisticamente parlando). Perche' ci sono piu' componenti che potrebbero guastarsi o non funzionare come previsto. Maggiore complessita' equivale (ma non sempre) a maggiore area occupata dal chip e di conseguenza minore affidabilita'.

Inoltre, i singoli chip non sono prodotti singolarmente: vengono ottenuti da un unico wafer sul quale ne vengono riprodotti decine e decine per volta. Vengono poi separati e incapsulati.
In questo caso si parla di "resa" del processo di fabbricazione: durante il processo di esposizione e fotoincisione un singolo granello di polvere puo' essere grande quanto un collegamento di una porta di gate (se non addirittura grande come il gate stesso). Cio' si traduce in una interruzione di una pista, o un gate che presenta un "buco", ad esempio. Il chip che presenta questo problema viene ovviamente scartato.

Dato che i wafer sui quale vengono riprodotti i chip hanno dimensioni standard, piu' il circuito integrato e' complesso, maggiore sara' la sua dimensione fisica in termini di superficie e quindi su un wafer ce ne staranno di meno.

Se su un wafer ci sono 10 chip e uno di essi viene danneggiato dal granello di polevere, la resa e' inferiore a quella che si avrebbe ponendo 100 chip sullo stesso wafer (di circuiti meno complessi).
Un granello di polvere in questro caso danneggerebbe un chip su 100.


Quindi se dovessi dirlo in termini di diretta e inversa proporzionalità dovrei dire che, l'affidabilità é direttamente proporzionale all'area del singolo transistor e inversamente proporzionale all'area del circuito integrato, giusto?
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[8] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto Utentebanjoman » 30 lug 2020, 10:07

In estrema (molto estrema :mrgreen: ) sintesi, sì.

O_/
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[9] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto UtenteSimona99 » 30 lug 2020, 10:28

Grazie mille
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[10] Re: Affidabilità circuito

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 30 lug 2020, 19:23

Con lo stesso grado di sintesi, la seconda potrebbe essere messa come "inversamente proporzionale al numero di transistor", che mi sembra più adatto, perché non in contrasto con "direttamente proporzionale all'area del singolo transistor".
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