R-30-RC-01

平成３０年度電子部品信頼性調査研究委員会
研究成果報告書
人工知能（AI）技術と安全性、及びハードウェア開発における ASIL 評価方法と例－

付録 A： IEC CD 63162/TR/Ed1:電気部品－信頼性－基準条件における基準故障率
付録 B：自動車用半導体デバイスロバストネス検証
ハンドブック（ZVEI：第３版）

平成３１年３月

一般財団法人

日本電子部品信頼性センター－目次

1．まえがき ........................................................................................................................................................................ 1
2．人工知能（AI）技術と安全性－機能安全規格への導入の観点から－ ................................................................. 4
2.1 はじめに ................................................................................................................................................................. 4
2.2 ソフトウェア（S/W）の安全性 .......................................................................................................................... 4
2.3 AI を実装したシステムの安全確保のフレームワーク..................................................................................... 6
2.4 AI を実装したシステムの多重防護層の SIL とリスクアセスメント ............................................................. 82.5 AI を実装したシステムの多重防護層の SIL とリスクアセスメント ........................................................... 103. ハードウェア開発における ASIL 評価方法と例 ................................................................................................... 113.1 はじめに ............................................................................................................................................................... 113.2 ハードウェアフォールトの分類 ....................................................................................................................... 113.2.1 分類の概要 .................................................................................................................................................... 113.2.2 シングルポイントフォールト .................................................................................................................... 123.2.3 残存フォールト ............................................................................................................................................ 123.2.4 検出されるデュアルポイントフォールト ................................................................................................ 133.2.5 認知されるデュアルポイントフォールト ................................................................................................ 143.2.6 レイテントデュアルポイントフォールト ................................................................................................ 143.2.7 安全側フォールト ........................................................................................................................................ 15
3.2.8 フォールトの分類とフォールトクラスの寄与の計算のフロー図 ......................................................... 15
3.3 シングルポイントフォールトメトリック........................................................................................................ 21
3.4 レイテントフォールトメトリック.................................................................................................................... 22
3.5 ランダムハードウェア故障（PMHF）に対する確率論的メトリックの計算における曝露期間の考慮 .................................................................................................................................................... 24
3.5.1

PMHF の目標値と算出方法 ........................................................................................................................ 24

3.5.2

PMHF の算出方法の基礎 ............................................................................................................................ 25

3.5.3

PMHF の算出例－1 ...................................................................................................................................... 30

3.5.4

PMHF の算出例－2 ...................................................................................................................................... 35

3.5.4.1 ハードウェアメトリックの計算例 ..................................................................................................... 35
3.5.4.2

PMHF の計算例 ..................................................................................................................................... 40

4. まとめ ......................................................................................................................................................................... 43
付録 A IEC CD 63162/TR/Ed1:電気部品－信頼性－基準条件における基準故障率............................................... 44
序 文 .................................................................................................................................................................................. 44
1 適用範囲 ...................................................................................................................................................................... 44
2 引用規格 ...................................................................................................................................................................... 45
3 用語、定義及びシンボル........................................................................................................................................... 45
3.1 用語及び定義 .......................................................................................................................................................... 45
3.2 記号 ......................................................................................................................................................................... 47
4 コンテキストと条件 .................................................................................................................................................. 48- i -4.1 故障モードとメカニズム ................................................................................................................................... 48
4.2 温度モデル ........................................................................................................................................................... 48
5 基準条件 ...................................................................................................................................................................... 48
5.1 環境及び機械的ストレスに対する汎用の基準条件 ........................................................................................ 48
5.2 特定の温度基準条件 ........................................................................................................................................... 49
5.3 部品タイプ ........................................................................................................................................................... 49
5.4 故障率 ................................................................................................................................................................... 50
6 集積回路 ...................................................................................................................................................................... 50
6.1 集積回路の故障率 ............................................................................................................................................... 50
6.2 集積回路の電圧の基準条件 ............................................................................................................................... 52
7. ディスクリート半導体.............................................................................................................................................. 527.1 ディスクリート半導体の故障率 ....................................................................................................................... 52
7.2 トランジスタの電圧の基準条件 ....................................................................................................................... 54
8 オプトエレクトロニクス部品................................................................................................................................... 548.1 オプトエレクトロニクス部品の故障率............................................................................................................ 548.2 固有の基準条件 ..................................................................................................................................................... 56
8.2.1 フォトトランジスタの電圧の基準条件 .................................................................................................... 56
8.2.2

LED と IRED の電流の基準条件 ................................................................................................................ 56

9 コンデンサ .................................................................................................................................................................. 57
9.1 コンデンサの故障率 ........................................................................................................................................... 57
9.2 コンデンサの電圧の基準条件 ........................................................................................................................... 57
10 抵抗及びネットワーク抵抗..................................................................................................................................... 58
10.1 抵抗及びネットワーク抵抗の故障率.............................................................................................................. 58
11 インダクタ、トランス及びコイル ......................................................................................................................... 58
11.1 インダクタ、トランス及びコイルの故障率 .................................................................................................. 58
12 高周波デバイス ........................................................................................................................................................ 59
12.1 高周波デバイスの故障率 ................................................................................................................................. 59
13 その他の受動部品 .................................................................................................................................................... 59
13.1 その他の受動部品の故障率 ............................................................................................................................. 59
14 電気的接続 ................................................................................................................................................................ 60
14.1 電気的接続の故障率 ......................................................................................................................................... 60
15コネクタ及びソケツト........................................................................................................................................... 60
15.1 コネクタ及びソケツトの故障率...................................................................................................................... 60

16リレー ...................................................................................................................................................................... 61
16.1 リレーの故障率 ................................................................................................................................................. 61

17スイッチ及び押しボタン....................................................................................................................................... 61
17.1 スイッチ及び押しボタンの故障率.................................................................................................................. 61

18パイロット及び信号ランプ................................................................................................................................... 62
18.1 パイロット及び信号ランプの故障率.............................................................................................................. 62

19 プリント配線板（PCB） ......................................................................................................................................... 62- ii -

付録 B 自動車用半導体デバイスロバストネス検証ハンドブック（ZVEI：第 3 版）......................................... 63
第 1 版の序文 .................................................................................................................................................................... 63
第 1 版の前文 .................................................................................................................................................................... 64
第 3 版の前文 .................................................................................................................................................................... 65
1．はじめに ...................................................................................................................................................................... 66
2. スコープ ..................................................................................................................................................................... 66
3．ロバストネス検証の定義........................................................................................................................................... 66
4．ロバストネス検証の基礎........................................................................................................................................... 67
4.1 ロバストネス検証の要約 ................................................................................................................................... 67
4.2 ロバストネス検証のフロー ............................................................................................................................... 67
4.3 ロバストネス図 ................................................................................................................................................... 68
4.4

RV アプローチとストレステストに基づく認定規格の違い.......................................................................... 70

4.5 故障メカニズム ................................................................................................................................................... 71
4.6 受入れ基準 ........................................................................................................................................................... 71
5．ミッションプロファイル/自動車要求事項.............................................................................................................. 71
5.1 コモディティ製品と ASIC ................................................................................................................................. 73
5.2 使用条件 ............................................................................................................................................................... 73
5.3 車両のサービス寿命 ........................................................................................................................................... 73
5.4 環境条件及びストレス/負荷ファクター .......................................................................................................... 74
5.5 熱条件 ................................................................................................................................................................... 74
5.6 電気的条件 ........................................................................................................................................................... 74
5.7 機械的条件 ........................................................................................................................................................... 74
5.8 その他の条件 ....................................................................................................................................................... 74
5.9 温度条件 ............................................................................................................................................................... 74
5.10 電気的条件 ......................................................................................................................................................... 75
5.11 機械的条件 ......................................................................................................................................................... 75
5.12 その他の条件 ..................................................................................................................................................... 75
5.13 環境条件に関する一般的な注記...................................................................................................................... 75
6．技術開発 ...................................................................................................................................................................... 76
7. 製品開発 ..................................................................................................................................................................... 77
8. 潜在リスク及び故障メカニズム.............................................................................................................................. 78
8.1 知識マトリックス ............................................................................................................................................... 78
8.2 知識マトリックスの使い方 ............................................................................................................................... 78
8.3 加速信頼性試験の限界 ....................................................................................................................................... 82
8.3.1 デバイス、及びテスト構造の限られた負荷印加可能性（Stressability） ............................................. 82
8.3.2 ライブラリ要素 ............................................................................................................................................ 83
8.3.3 電子部品（製品） ........................................................................................................................................ 838.3.4 試験方法の適用範囲の限界 ........................................................................................................................ 83
8.3.5 信頼性評価のための限られたリソース .................................................................................................... 84
8.3.6 教訓の実施に限られた時間 ........................................................................................................................ 84- iii -8.3.7 モデルと故障メカニズムに関する限られた知識..................................................................................... 84
9．認定計画の作成 .......................................................................................................................................................... 84
9.1 AEC-Q100 / 101 ストレステスト条件と期間との関係 ................................................................................... 85
9.1.1 基本的アセスメント .................................................................................................................................... 86
9.1.1.1 ミッションプロファイルアセセメントを構築する上で考慮すべき項目 ...................................... 86
9.1.1.2

ECU ミッションプロファイルの部品ミッションプロファイルへの変換 ..................................... 86

9.1.1.3 「基本的な計算」のパフォーマンス ................................................................................................. 87
9.1.2 部品レベルのミッションプロファイルの妥当性..................................................................................... 88
9.1.3 部品レベルでのロバストネス検証 ............................................................................................................ 91
9.1.4 アプリケーションノート ............................................................................................................................ 92
9.2 信頼性テスト計画 ............................................................................................................................................... 92
9.3 認定ファミリの定義 ........................................................................................................................................... 94
9.3.1 ウェハファブ ................................................................................................................................................ 94
9.3.2 アセンブリプロセス .................................................................................................................................... 94
9.4 認定のエンベロープ（枠組み） ....................................................................................................................... 94
9.5 特性評価計画 ....................................................................................................................................................... 95
9.5.1 プロセス特性評価 ........................................................................................................................................ 95
9.5.2 デバイス（半導体部品）特性評価 ............................................................................................................ 96
9.5.3 製造部品ロットの変動特性 ........................................................................................................................ 97
9.6 サンプルサイズと基本統計 ............................................................................................................................... 97
10．ストレスと特性化 .................................................................................................................................................... 98
11. ロバストネスアセスメント .................................................................................................................................... 99
11.1 ストレス値の関数としての寿命...................................................................................................................... 99
11.2 安全な動作領域の境界を決定する ................................................................................................................ 100
11.3 ロバストネスの目標と面積の決定 ................................................................................................................ 100
12．改善 .......................................................................................................................................................................... 102
12.1 ストレス設定のレビュー ............................................................................................................................... 102
12.2 ミッション概要 ............................................................................................................................................... 103
12.3 アプリケーションレビュー ........................................................................................................................... 103
12.4 スクリーニング戦略 ....................................................................................................................................... 103
12.5 信頼性設計（Design for Reliability（DfR）)................................................................................................. 104
12.6 技術/設計ソリューション .............................................................................................................................. 104
13．モニタリング .......................................................................................................................................................... 105
13.1 計画 ................................................................................................................................................................... 105
14．報告及び知識の交換 .............................................................................................................................................. 106
14.1 内容、構造 ....................................................................................................................................................... 107
14.2 コミュニケーション、配布資料、及び一般的な注意事項 ........................................................................ 107
15．例 .............................................................................................................................................................................. 107
15.1 認定の欠陥、又は脆弱な認定 ....................................................................................................................... 107
15.1.1 モールド樹脂とダイ/リードフレーム間の層間剥離 ........................................................................... 107- iv -

15.1.2 新しいリードフレーム仕上げの認定 .................................................................................................... 108
15.1.3 半導体部品の配線のビア問題 ................................................................................................................ 108
15.2 集積化キャパシタ設計 ................................................................................................................................... 110
15.3 要求温度サイクル ........................................................................................................................................... 110
15.4 パワーエレクトロニクス設計 ........................................................................................................................111
15.4.1

Power MOS デバイスの標準的な構成...................................................................................................111

15.4.2 故障物理 .................................................................................................................................................... 112
15.4.3 パワーモスの熱管理へのダイ接続劣化の影響..................................................................................... 112
15.4.4 劣化モデル ................................................................................................................................................ 113
15.4.5 ライフタイム設計のツール .................................................................................................................... 114
15.4.6 アプリケーション設計への影響と部品選択への影響のステップ－バイ－ステップアプローチ . 114
附属書 A 知識マトリックス ....................................................................................................................................... 114
附属書 B 報告書テンプレート ................................................................................................................................... 114
附属書 C 用語、定義、及び略語 ............................................................................................................................... 115
附属書 D 参考文献....................................................................................................................................................... 116
附属書 E すでに認定されている電子部品の AEC -Q100 / 101 との関係 ............................................................. 119
E.1 ECU レベルでの評価 ........................................................................................................................................ 119
E.2 部品レベルでのミッションプロファイル検証 ............................................................................................. 120
E.3 部品レベルでのロバストネス検証 ................................................................................................................. 121
附属書 F ミッションプロファイルから試験条件へ（例） .................................................................................... 124- v -1．まえがき
一般財団法人日本電子部品信頼性センター（RCJ）では、自動車電子制御に関わる機能安全規格 ISO
26262:2011「自動車－機能安全」及び基本機能安全規格である IEC 61508:2010（翻訳 JIS C 0508）等の理解を深めて機能安全活動を効果的に実践するため、平成 25 年度に「電子部品信頼性研究委員会」を設置した。平成 30 年度では、平成 29 年度に引き続いて機能安全関連規格の調査、及び機能安全で重要な指標のハードウェアの安全度水準（SIL）の概念、及びその評価で必要となる「電子部品の故障率予測」に関する調査研究を行うことになった。調査結果を基に、電子部品故障率予測に関するガイドラインを作成し、システムの信頼性向上に資することを目的としている。本年度では、次の調査を企図した。
（１）

機能安全規格（IEC 61508、ISO 26262）の特にハードウェアを中心とする理解（２）

SIL（ASIL）算出の基本となる構成電子部品の故障率の求め方に係る調査（３）

外部専門家を招いての講演と討論

その結果、平成 30 年度では第 1 回から第 8 回までの研究委員会を実施して、次のような成果・知見を得ることができた。
自動運転の安全について検討－IRPS（信頼性物理国際会議）で、Riccardo Mariani 氏（Intel、イタリ・ー）より発表された“An Overview of Autonomous Vehicles Safety”の内容について検討した。自動運転の安全では、ISO 26262 に基づくハードウェア（H/W）及びソフトウェア（S/W）の安全機構の他に、サイバーセキュリティ、企図機能の安全（safety of intended functionality（SOTIF））、義務遂行能力由来の安全（responsibility-sensitive safety（RSS））など大きな課題がある。
サイバーセキュリティ対策を ISO 26262 第 2 版で要求している。サイバーサイバーセキュリティの－脅威及び対策は、以下のようなものである。
①

機能安全に影響を及ぼすセキュリティの脅威（安全機構が機能喪失する。）②

ハッカーによる安全機構への攻撃③

H/W ランダム故障の検出可能なセキュリティ対策（例：コード）④

セキュリティアタックを検出する安全対策（例：チェッカー）－企図機能の安全（SOTIF）は、環境のセンシングに信頼を置いているシステムで、企図機能の性能限界による安全目標の侵害に関係する。これには例えば次の要因があげられる。
状況を正確に把握する機能の性能不足②

センサー入力のばらつきや環境条件に対応する機能の性能不足－①

義務遂行能力由来の安全（RSS）とは、マルチエージェント安全とも呼ばれる。例えば、人間が運転する車が、急に自動運転車（AV）の車線に割り込んだ時に、AV は衝突の回避ができない（AV の衝突回避義務性能が不足している）。このような場合のライアビリティ（利用者、自動車会社、保険会社）リスクの明確化が必要である。

・ 現在開発中の IEC TR 63162「電子部品－信頼性－基準条件における基準故障率（CD）」について検討した。本文書は、新たに規格化が提案された基準条件における基準故障率を取り上げた技術報告（TR）
で、IEC 61709「電子部品－信頼性－故障率の基準条件及び換算のためのストレスモデル」を補完す- 1 -ることを意図する。次の特徴をもつ。
－

基準使用条件（IEC 61709 と同じ条件）に対する基準故障率を提供する。

－故障率の値は、各種モデルの平均値としているが、数値を見ると、SN 29500 を基にしていると思われる。
電子部品の種類は、IEC 61709 と同じ種類を取り上げている。但し、約半分の種類について、故障－率は検討中として現在のところ記載が無い。
この内容については、附属書に示している。
・

自動車産業分野で最近活用され始めたハザード分析技法”STAMP（Systems Theoretic Accident Modeland Processes）”について、独立行政法人情報処理推進機構（IPA）が発行している「はじめてのSTAMP/STPA」を題材に、STAMP の概要について検討した。STAMP は、HW の不具合よりも SW の不具合に起因するシステム不具合分析に向いているようである。

・IEC TC 65 A（工業用プロセス計測制御、システム一般）WG18 で、新たに防衛システムの機能安全規格を開発することになり、パリで最初の開発会議が開催された。その概要が報告された。
－

規格番号とタイトルは、IEC 63187（Functional safety - Framework for safety critical E/E/PE systems for
defense industry applications）である。

－

陸上及び海上に係る防衛システムへの IEC 61508 の応用を目的として、規格を開発する。空軍が入っていないが、理由は不明である。
（理由の一つとして、航空・宇宙産業ではすでに機能安全規格と類似の規制等が実施されていることが考えられる。例えば、機能安全の SIL に類似した DAL（Development Assurance Level）を用いた、不具合へ対応する設計開発フレームワークがあげられる。）

・ ISO 26262 では、部品の信頼性も記載されているが、部品供給者が開発した車載用電子部品の信頼性規格もあり、それらを検討した。
－

代表的な規格は、AEC 規格、SAE 規格、ZVEI 規格（ドイツ）などがある。

－

AEC 規格は、各種試験条件と試料数を指定し、故障 0 であれば、合格と判定する規格である。一般に、「緩い試験規格であり、これらの試験で合格しても、車載用として使用できるとは限らない。」というのが一般的な見解である。

－

SAE 規格及び ZVEI 規格は、ロバスト性検証試験の規格であり、寿命検証を目的にしており、故障に至るまでの試験を行うことを基本にしている。設計・開発段階で行い、目標寿命達成には有効な試験方法と考えられる。この ZVEI 規格（自動車用半導体デバイスのロバストネス検証ハンドブック（ZVEI、第 3 版：2015））を付録に掲載している。

・ 外部専門家（竹市正彦氏・ナブテスコ（株））により、鉄道関連のサイバーセキュリティ規格の開発状況が紹介された。
－

サイバーセキュリティ規格の開発が IEC TC 9「鉄道用電気設備とシステム」の AHG 20 で進行中
- 2 -

である。
－

安全とセキュリティの両方の幅広い分野を考慮する必要があり、またどこに焦点を絞るかが課題である。

－

アジャイル（AGILE）思考（要求のすりあわせを行いながら開発し、常に見直しを行う）が必要
ではとの議論があった。

・IEC 61508 3rd edition に向けた規格改定状況の報告があった。
－

IEC 61508 3rd edition の CD は、2020 年 1 月の予定である。

－

仏グルノーブル会議で審議された IEC 61508（3rd Ed.）Part 6（Guidelines on the application of IEC61508-2 and IEC 61508-3）附属書 B（Example of technique for evaluating probabilities of hardware failure）の WD（CD になる前の素案）について説明があった。

－

Part 6 中の多数の信頼性関連公式が修正されている。

－

日本提案の「共通要素を持つ多重防護層の安全分析方法とその事例」が当該附属書 B に採録予定となっている。

・ ISO 26262-5：2018 の仮訳（附属書 D は省略）
、及び 2018 年版と 2011 年版との比較資料を検討した。

・－

本文の要旨に大きな修正は無いが、語句の修正は多い。

－

備考及び事例が多く追加された（解説が多くなった）。

－

附属書が追加された。

ISO 26262-5：2018 のシングルポイントフォールトメトリック、レイテントフォールトメトリック、ランダムハードウェア故障の確率的メトリック（PMHF）の評価方法と事例（図 E）について議論した。
－

PMHF の算出式
PMHFest =λSPF+λRF+λDPF_det×λDPF_latent×TLifetimeの導出根拠について議論した。IEC 61508-6、または佐藤吉信著「機能安全の基礎（日本規格協会）」を参照するとよい。
・2019 年 3 月中旬にパリフランス規格協会本部（AFNOR）で開催される MT 61508 会議において、日本が提案予定の「人工知能（AI）に関する要求事項の機能安全規格への採録」について説明があり、議論した。
本研究委員会は、機能安全において最も基本的な技術要素である電子部品の信頼性について調査研究を実施して、我が国のこの方面の技術の基盤を支え、さらに技術水準を底上げするための機能を担っている。従って、今後も地道ではあるが活動を継続し、さらに発展させていくことに大いに意義があろう。

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