Physics of failure
தோல்வியின் இயற்பியல் என்பது நம்பகத்தன்மை வடிவமைப்பின் நடைமுறையின் கீழ் ஒரு நுட்பமாகும், இது நம்பகத்தன்மையைக் கணிப்பதற்கும் தயாரிப்பு செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கும் தோல்வியைத் தூண்டும் செயல்முறைகள் மற்றும் வழிமுறைகளின் அறிவையும் புரிதலையும் மேம்படுத்துகிறது. தோல்வியின் இயற்பியலின் பிற வரையறைகள் பின்வருமாறுஃ நம்பகத்தன்மைக்கான அறிவியல் அடிப்படையிலான அணுகுமுறை, இது நம்பகத்தன்மையை வடிவமைக்க மாடலிங் மற்றும் உருவகப்படுத்துதலைப் பயன்படுத்துகிறது. இது கணினி செயல்திறனைப் புரிந்துகொள்ளவும், வடிவமைப்பின் போது மற்றும் உபகரணங்கள் தரையிறக்கப்பட்ட பிறகு முடிவெடுக்கும் அபாயத்தைக் குறைக்கவும் உதவுகிறது. இந்த அணுகுமுறை சோர்வு, எலும்பு முறிவு, தேய்மானம் மற்றும் அரிப்பு போன்ற தோல்விக்கான மூல காரணங்களை மாதிரியாகக் காட்டுகிறது. தோல்வியைத் தடுக்க நம்பகமான தயாரிப்புகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் மேம்பாட்டுக்கான அணுகுமுறை, மூலக் காரணம் தோல்விக்கான வழிமுறைகள் பற்றிய அறிவின் அடிப்படையில். தோல்வியின் இயற்பியல் (பி. ஓ. எஃப்) கருத்து, தேவைகள் மற்றும் உற்பத்தியின் இயற்பியல் பண்புகள் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைகளில் அவற்றின் மாறுபாடு ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான உறவுகளைப் புரிந்துகொள்வதையும், சுமைகளுக்கு (அழுத்தங்கள்) தயாரிப்பு கூறுகள் மற்றும் பொருட்களின் எதிர்வினை மற்றும் சுமைகளின் கீழ் தொடர்பு மற்றும் பயன்பாட்டு நிலைமைகள் மற்றும் நேரத்தைப் பொறுத்தவரை பயன்பாட்டிற்கான தகுதி மீது அவற்றின் செல்வாக்கை அடிப்படையாகக் கொண்டது. கண்ணோட்டம் தோல்வியின் இயற்பியல் என்ற கருத்து, நம்பகத்தன்மை இயற்பியல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது உடல், வேதியியல், இயந்திர, வெப்ப அல்லது மின் வழிமுறைகள் காலப்போக்கில் எவ்வாறு உருவாகி இறுதியில் தோல்வியைத் தூண்டுகின்றன என்பதை விவரிக்கும் சீரழிவு வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. தோல்வியின் இயற்பியல் கருத்து பல கட்டமைப்புத் துறைகளில் பொதுவானது என்றாலும், ஆரம்பகால தலைமுறை மின்னணு பாகங்கள் மற்றும் அமைப்புகளின் நம்பகத்தன்மையை சிறப்பாகக் கணிக்கும் முயற்சியில் இருந்து குறிப்பிட்ட பிராண்டிங் உருவானது. இரண்டாம் உலகப் போரின் போது இராணுவ ஆயுத அமைப்புகளின் மோசமான செயல்திறன் எலக்ட்ரானிக்ஸ் தொழில்துறையில் தோல்வியின் இயற்பியலை செயல்படுத்துவதற்கான முக்கிய உந்துசக்தியாக இருந்தது. அடுத்த தசாப்தத்தில், யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸ் பாதுகாப்புத் துறை மின்னணுவியல் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துவதற்கான விரிவான முயற்சிக்கு நிதியளித்தது, ஆரம்ப முயற்சிகள் உண்மைக்குப் பிந்தைய அல்லது புள்ளிவிவர முறைகளில் கவனம் செலுத்தியது. துரதிர்ஷ்டவசமாக, புதிய வடிவமைப்புகள், புதிய பொருட்கள் மற்றும் புதிய உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் மின்னணுவியலின் விரைவான பரிணாமம், பழைய தொழில்நுட்பத்திலிருந்து பெறப்பட்ட அணுகுமுறைகள் மற்றும் கணிப்புகளை விரைவாக நிராகரிக்க முனைந்தது. கூடுதலாக, புள்ளிவிவர அணுகுமுறை விலையுயர்ந்த மற்றும் நேரத்தை எடுக்கும் சோதனைக்கு வழிவகுத்தது. வெவ்வேறு அணுகுமுறைகளின் தேவை ரோம் விமான மேம்பாட்டு மையத்தில் (ஆர். ஏ. டி. சி) தோல்வியின் இயற்பியல் பிறக்க வழிவகுத்தது. ஆர். ஏ. டி. சி. யின் ஆதரவின் கீழ், மின்னணு சிம்போசியத்தில் தோல்வியின் முதல் இயற்பியல் செப்டம்பர் 1962 இல் நடைபெற்றது. பொருட்களின் அடிப்படை இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் நடத்தையை நம்பகத்தன்மை அளவுருக்களுடன் தொடர்புபடுத்துவதே திட்டத்தின் குறிக்கோளாக இருந்தது. ஆரம்பகால வரலாறு-ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் தோல்வி நுட்பங்களின் இயற்பியலின் ஆரம்ப கவனம் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளில் சீரழிவு வழிமுறைகளுக்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்டதாக இருந்தது. தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான பரிணாமம் தற்போதுள்ள தயாரிப்பை விட பல தலைமுறைகளுக்கு முன்பே செயல்திறனைப் பிடிக்கவும் கணிக்கவும் ஒரு தேவையை உருவாக்கியது. தோல்வியின் முன்கணிப்பு இயற்பியலின் கீழ் முதல் பெரிய வெற்றிகளில் ஒன்று மின்காந்த இடம்பெயர்வுகளின் நடத்தையை விவரிக்க மோட்டோரோலாவின் ஜேம்ஸ் பிளாக் உருவாக்கிய சூத்திரமாகும். எலக்ட்ரான்களின் மோதல்கள் ஒரு கடத்தியில் உள்ள உலோக அணுக்களை வெளியேற்றுவதற்கும், மின்னோட்ட ஓட்டத்தின் கீழ்நோக்கி நகர்வதற்கும் (மின்னோட்ட அடர்த்திக்கு விகிதாசாரமாக) ஏற்படும் போது மின்கடத்தல் ஏற்படுகிறது. பிளாக் இந்த அறிவைப் பயன்படுத்தி, சோதனை கண்டுபிடிப்புகளுடன் இணைந்து, மின்கடத்தல் காரணமாக ஏற்படும் தோல்வி விகிதத்தை விவரிக்க, A என்பது ஒன்றோடொன்று குறுக்குவெட்டு பகுதியின் அடிப்படையில் ஒரு மாறிலி, J என்பது மின்னோட்ட அடர்த்தி, Ea என்பது செயல்படுத்தும் ஆற்றல் (எ. கா. அலுமினியத்தில் தானிய எல்லை பரவலுக்கு 0.7 eV), k என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி, T என்பது வெப்பநிலை மற்றும் n என்பது அளவிடுதல் காரணி (பொதுவாக கருப்பு நிறத்திற்கு ஏற்ப 2 ஆக அமைக்கப்படுகிறது). தோல்வியின் இயற்பியல் பொதுவாக தேய்மானம் அல்லது அதிகரித்து வரும் தோல்வி விகிதத்தை கணிக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, ஆனால் பிளாக்கின் இந்த ஆரம்ப வெற்றி செயல்பாட்டு வாழ்க்கையின் போது நடத்தையை கணிப்பதில் அல்லது நிலையான தோல்வி விகிதத்தில் கவனம் செலுத்தியது. ஏனென்றால், தடயங்களில் மின்காந்த இடம்பெயர்வு வடிவமைப்பு விதிகளைப் பின்பற்றுவதன் மூலம் வடிவமைக்கப்படலாம், அதே நேரத்தில் வயாஸில் மின்காந்த இடம்பெயர்வு முதன்மையாக இடைமுக விளைவுகளாகும், அவை குறைபாடு அல்லது செயல்முறை உந்துதலாக இருக்கும். இந்த வெற்றியைப் பயன்படுத்தி, நவீன ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளில் (கீழே காட்டப்பட்டுள்ள சமன்பாடுகள்) மற்ற மூன்று முக்கிய சீரழிவு வழிமுறைகளுக்கு (நேரத்தை சார்ந்த மின்கடத்தா முறிவு [டி. டி. டி. பி], சூடான கேரியர் ஊசி [எச். சி. ஐ] மற்றும் எதிர்மறை சார்பு வெப்பநிலை உறுதியற்ற தன்மை [என். பி. டி. ஐ]) கூடுதல் இயற்பியல்-தோல்வியை அடிப்படையாகக் கொண்ட வழிமுறைகள் பெறப்பட்டுள்ளன. மிக சமீபத்திய ஆய்வுகள் இந்த தனித்துவமான வழிமுறைகளை ஒரு அமைப்பு-நிலை கணிப்பாக ஒருங்கிணைக்க முயற்சித்துள்ளன. TDDB: τ = τo (T) exp [G (T)/εox] இங்கு τo (T) = 5.4 * 10-7 exp (-Ea/kT), G (T) = 120 + 5.8/kT, மற்றும் εox என்பது அனுமதி. HCI: λHCI = A3 exp (-β/VD) exp (-Ea/kT) இதில் λHCI என்பது HCI இன் தோல்வி விகிதம், A3 என்பது ஒரு அனுபவ பொருத்த அளவுரு, β என்பது ஒரு அனுபவ பொருத்த அளவுரு, VD என்பது வடிகால் மின்னழுத்தம், Ea என்பது HCI இன் செயல்படுத்தும் ஆற்றல், பொதுவாக − 0.2 முதல் − 0.1eV வரை, k என்பது போல்ட்ஸ்மேனின் மாறிலி, மற்றும் T என்பது கெல்வின் வெப்பநிலை. என். பி. டி. ஐ.: λ = A εoxm VTMup exp (-Ea/kT) இதில் மேலே உள்ள சமன்பாட்டை இயல்பாக்குவதன் மூலம் அனுபவபூர்வமாக A தீர்மானிக்கப்படுகிறது, m = 2.9, VT என்பது வெப்ப மின்னழுத்தம், μP என்பது மேற்பரப்பு இயக்கம் மாறிலி, Ea என்பது என். பி. டி. ஐ. யின் செயல்படுத்தும் ஆற்றல், k i இன் போல்ட்ஸ்மேனின் மாறிலி, மற்றும் T என்பது கெல்வின் அடுத்த கட்டத்தில் வெப்பநிலை-மின்னணு பேக்கேஜிங் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளுடன் வளங்கள் மற்றும் வெற்றிகள் மற்றும் புலம் தோல்விகளின் சில இயக்கிகளின் மதிப்பாய்வு, பின்னர் நம்பகத்தன்மை இயற்பியல் சமூகத்தை தொகுப்பு-நிலை சீரழிவு வழிமுறைகளில் தோல்வி விசாரணைகளின் இயற்பியலைத் தொடங்க தூண்டியது. ஒன்றோடொன்று இணைப்புகளின் நம்பகத்தன்மையை துல்லியமாக கணிக்கக்கூடிய வழிமுறைகளை உருவாக்க விரிவான அளவு வேலை செய்யப்பட்டது. ஆர்வத்தின் குறிப்பிட்ட ஒன்றோடொன்று இணைப்புகள் 1 வது நிலை (கம்பி பிணைப்புகள், சாலிடர் பம்ப்ஸ், டை அட்டாச்), 2 வது நிலை (சாலிடர் மூட்டுகள்) மற்றும் 3 வது நிலை (துளைகள் மூலம் பூசப்பட்ட) ஆகியவற்றில் இருந்தன. ஒருங்கிணைந்த சுற்று சமூகம் டை-மட்டத்தில் தோல்வியின் இயற்பியலில் நான்கு பெரிய வெற்றிகளைப் பெற்றதைப் போலவே, கூறு பேக்கேஜிங் சமூகமும் 1970 கள் மற்றும் 1980 களில் தங்கள் பணிகளிலிருந்து நான்கு பெரிய வெற்றிகளைப் பெற்றது. இவை பெக் ஆகும்ஃ உயர்ந்த வெப்பநிலை/ஈரப்பதத்திற்கு ஆளாகும்போது கம்பி பிணைப்பு/பிணைப்பு திண்டு இணைப்புகளின் தோல்விக்கான நேரத்தை முன்னறிவிக்கிறது, அங்கு A ஒரு மாறிலி, RH என்பது ஒப்பீட்டு ஈரப்பதம், f (V) என்பது ஒரு மின்னழுத்த செயல்பாடு (பெரும்பாலும் மின்னழுத்த வர்க்கம் என்று குறிப்பிடப்படுகிறது), Ea என்பது செயல்படுத்தும் ஆற்றல், KB என்பது போல்ட்ஸ்மேனின் மாறிலி, மற்றும் T என்பது கெல்வினில் வெப்பநிலை. எங்கெல்மேயர்ஃ வெப்பநிலை சுழற்சிக்கு வெளிப்படும் சாலிடர் மூட்டுகளின் செயலிழப்பு நேரத்தை கணிக்கிறது, அங்கு εf ஒரு சோர்வு குழாய் குணகம், c ஒரு நேரம் மற்றும் வெப்பநிலை சார்ந்த மாறிலி, F ஒரு அனுபவ மாறிலி, LD என்பது நடுநிலை புள்ளியில் இருந்து தூரம், α என்பது வெப்ப விரிவாக்கத்தின் குணகம், ΔT என்பது வெப்பநிலையில் மாற்றம், மற்றும் h என்பது சாலிடர் மூட்டு தடிமன். ஸ்டெய்ன்பெர்க்ஃ அதிர்வுகளுக்கு வெளிப்படும் சாலிடர் மூட்டுகளின் செயலிழப்பு நேரத்தை கணிக்கிறது, அங்கு Z என்பது அதிகபட்ச இடப்பெயர்ச்சி, பி. எஸ். டி என்பது சக்தி நிறமாலை அடர்த்தி (ஜி 2/ஹெர்ட்ஸ்), எஃப்என் என்பது சிசிஏவின் இயற்கையான அதிர்வெண், க்யூ என்பது பரவுதல் (இயற்கையான அதிர்வெண்ணின் சதுர மூலமாகக் கருதப்படுகிறது), இசட். சி என்பது முக்கியமான இடப்பெயர்ச்சி (20 மில்லியன் சுழற்சிகள் தோல்விக்கு), பி என்பது பலகையின் மையத்தில் அமைந்துள்ள கூறுக்கு இணையாக பிசிபி விளிம்பின் நீளம், சி என்பது ஒரு கூறு பேக்கேஜிங் மாறிலி, எச் என்பது பிசிபி தடிமன், ஆர் ஒரு உறவினர் நிலை காரணி, மற்றும் எல் என்பது கூறு நீளம். ஐபிசி-டிஆர்-579: வெப்பநிலை சுழற்சிக்கு வெளிப்படும் துளைகள் மூலம் பூசப்பட்ட துளைகளின் தோல்விக்கான நேரத்தை முன்னறிவிக்கிறது, அங்கு a என்பது வெப்ப விரிவாக்கத்தின் (ஸிடிஇ) குணகம், டி என்பது வெப்பநிலை, ஈ என்பது மீள் தொகுதிகள், எச் என்பது போர்டு தடிமன், டி என்பது துளை விட்டம், டி என்பது பூச்சு தடிமன், மற்றும் ஈ மற்றும் கியூ முறையே போர்டு மற்றும் செம்பு பண்புகளுடன் ஒத்திருக்கின்றன, சு என்பது இறுதி இழுவிசை வலிமை மற்றும் டிஎஃப் என்பது பூசப்பட்ட தாமிரத்தின் நீர்த்தன்மை, மற்றும் டி என்பது திரிபு வரம்பு. மேலே உள்ள சமன்பாடுகள் ஒவ்வொன்றும் சீரழிவு வழிமுறைகள் மற்றும் சோதனை அனுபவத்தின் அறிவின் கலவையைப் பயன்படுத்தி முதல்-வரிசை சமன்பாடுகளை உருவாக்குகின்றன, இது வடிவமைப்பு அல்லது நம்பகத்தன்மை பொறியாளரை வடிவமைப்பு கட்டமைப்பு, பொருட்கள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பற்றிய தகவல்களின் அடிப்படையில் தோல்விக்கான நேரத்தை கணிக்க அனுமதிக்கிறது. சமீபத்திய வேலை தோல்வியின் இயற்பியல் பகுதியில் சமீபத்திய வேலை புதிய பொருட்கள் (அதாவது, ஈயம் இல்லாத சாலிடர், உயர்-கே மின்கடத்தா), மென்பொருள் நிரல்கள், முன்கணிப்பு நோக்கங்களுக்காக வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துதல் மற்றும் கணினி நிலை நம்பகத்தன்மை கணக்கீடுகளில் தோல்வி கணிப்புகளின் இயற்பியலை ஒருங்கிணைத்தல் ஆகியவற்றின் தோல்விக்கான நேரத்தைக் கணிப்பதில் கவனம் செலுத்தியுள்ளது. வரம்புகள் வடிவமைப்பு மதிப்பீடுகள் மற்றும் நம்பகத்தன்மை கணிப்பில் தோல்வியின் இயற்பியலைப் பயன்படுத்துவதில் சில வரம்புகள் உள்ளன. முதலாவது, தோல்வி வழிமுறைகளின் இயற்பியல் பொதுவாக ஒரு 'சரியான வடிவமைப்பை' கருதுகிறது. குறைபாடுகளின் தாக்கத்தைப் புரிந்துகொள்ள முயற்சிப்பது சவாலானது மற்றும் பெரும்பாலும் தோல்வியின் இயற்பியல் (பிஓஎஃப்) கணிப்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது (குழந்தை இறப்பு அல்லது பயனுள்ள செயல்பாட்டு வாழ்க்கைக்கு மாறாக). கூடுதலாக, சில நிறுவனங்கள் பல பயன்பாட்டு சூழல்களைக் கொண்டுள்ளன (தனிப்பட்ட கணினிகளை நினைத்துப் பாருங்கள்) அவை வெப்பநிலை/அதிர்வு/ஈரப்பதம்/சக்தி சைக்கிள் ஓட்டுதல் போன்றவற்றின் ஒவ்வொரு சாத்தியமான கலவையிலும் பிஓஎஃப் மதிப்பீட்டைச் செய்கின்றன. இது கடினமானதாகவும், வரையறுக்கப்பட்ட மதிப்புடையதாகவும் இருக்கும். மேலும் காண்க வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு மென்பொருள் தொகுப்புகளின் பட்டியல் முக்கியமான தள பகுப்பாய்வு பராமரிப்பு குறிப்புகள் இயந்திர தோல்வி