R-29-RC-01

平成２９年度電子部品信頼性調査研究委員会
研究成果報告書
移動ロボットの安全性に係る自動化レベルの等級化及び半導体の従属故障分析と ISO 26262－ 付録：IEC 61709/Ed3:2017 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

平成３０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．移動ロボットの安全性に係る自動化レベルの等級化について .................................................................... 62.1 はじめに ........................................................................................................................................................ 62.2 潜在危険抑制原理と安全原則/方策 ........................................................................................................... 62.2.1

A-C モデルと潜在危険抑制原理 .......................................................................................................... 62.2.2 安全原則と安全方策 ............................................................................................................................. 82.3 ロボットの自動化レベル ............................................................................................................................ 92.3.1 固有安全原則の適用 ............................................................................................................................. 92.4 まとめ .......................................................................................................................................................... 103. 半導体の従属故障分析と ISO 26262 .............................................................................................................. 123.1 はじめに ...................................................................................................................................................... 123.2 ハードウェアアーキテクチャーの定量的評価....................................................................................... 123.3 従属故障の分析方法 .................................................................................................................................. 173.4ISO/PAS 19451-1 で採り上げている従属故障分析 ................................................................................. 203.4.1 半導体の従属故障（dependent failure analysis（DFA））の序論 .................................................... 203.4.2

DFA と安全分析との関係 ................................................................................................................... 213.4.3 従属故障シナリオ ............................................................................................................................... 223.4.4 カスケード故障と共通原因故障の区別............................................................................................ 25
3.4.5 従属故障のイニシエータ ................................................................................................................... 25
3.4.5.1 従属故障のイニシエータのリスト............................................................................................. 25
3.4.5.2 緩和策の検証 ................................................................................................................................ 313.4.6DFA ワークフロー ............................................................................................................................... 32

3.4.6.1

DFA の決定と HW 及び SW エレメントの明確化（B1） ....................................................... 33

3.4.6.2

DFI の識別（B2） ........................................................................................................................ 34

3.4.6.3 特定された DFI の影響に関する利用可能な情報によって提供される考察の十分性（B3、B4）....................................................................................................................................................... 34
3.4.6.4 関連する DFI リストの整理（B5）............................................................................................ 35
3.4.6.5

DFI を制御または緩和するための必要な安全方策の特定（B6） ......................................... 35

3.4.6.6 定義された緩和方策に関する利用可能な情報によって提供される考察の十分性（B7 とB8）....................................................................................................................................................... 35
3.4.6.7 安全方策のリストを統合する（B9） ........................................................................................ 353.4.6.8 従属故障を抑制または回避する有効性の評価（B10） .......................................................... 36
3.4.6.9 リスク低減の十分性の評価、必要に応じて定義された措置の改善（B11 及び B12） ...... 36
3.4.7 従属故障分析の例 ............................................................................................................................... 36
3.4.7.1 マイクロコントローラの例......................................................................................................... 36
3.4.7.1.1 概要 ......................................................................................................................................... 36
3.4.7.1.2 従属故障分析 ......................................................................................................................... 39
3.4.7.2 アナログ回路の例 ........................................................................................................................ 42- i -3.4.7.2.1 概要 ......................................................................................................................................... 42
3.4.7.2.2 共通の電源電圧レギュレータによる従属故障 .................................................................. 45
3.4.7.2.3 干渉メカニズムによる従属故障.............................................................................................. 49
3.4.8 考察 ....................................................................................................................................................... 52
3.5 まとめ .......................................................................................................................................................... 53
4. 故障率に着目した安全設計の注意点............................................................................................................. 55
4.1 はじめに ...................................................................................................................................................... 55
4.2 故障 0 件の平均故障率 .............................................................................................................................. 55
4.3 許容故障台数に関する考察 ...................................................................................................................... 57
5. まとめ ................................................................................................................................................................ 60

付録：IEC 61709/Ed3:2017 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
序 文 ......................................................................................................................................................................... 61
1 適用範囲 ............................................................................................................................................................... 62
2 引用規格 ............................................................................................................................................................... 62
3 用語、定義及びシンボル ................................................................................................................................... 62
3.1 用語及び定義 ................................................................................................................................................ 62
3.2 記号 ................................................................................................................................................................ 65
4 コンテキストと条件 ........................................................................................................................................... 67
4.1 故障モードとメカニズム .......................................................................................................................... 67
4.2 温度モデル .................................................................................................................................................. 67
4.3 ミッションプロファイルの考察 .............................................................................................................. 67
4.3.1 一般 ....................................................................................................................................................... 67
4.3.2 動作及び非動作条件 ........................................................................................................................... 68
4.3.3 休止 ....................................................................................................................................................... 68
4.3.4 保管 ....................................................................................................................................................... 68
4.4 環境条件 ...................................................................................................................................................... 68
4.5 部品選定 ...................................................................................................................................................... 70
4.6 新しい機器の展開フェーズ中の信頼度成長........................................................................................... 71
4.7 本規格の使い方 .......................................................................................................................................... 71
5 汎用の基準条件とストレスモデル ................................................................................................................. 73
5.1 推奨する汎用の基準条件 .......................................................................................................................... 73
5.2 汎用ストレスモデル .................................................................................................................................. 73
5.2.1 一般 ....................................................................................................................................................... 73
5.2.2 電圧依存性に対するストレスファクター、  U .............................................................................. 74
5.2.3 電流依存性に対するストレスファクター、  I .............................................................................. 74
5.2.4 温度依存性に対するストレスファクター、  T .............................................................................. 75
5.2.5 環境応用ファクター、  E .................................................................................................................. 76
5.2.6 スイッチングレート依存性、  S ...................................................................................................... 76- ii -

5.2.7 電気的ストレス依存性、  ES ............................................................................................................ 77
5.2.8 影響を及ぼすその他のファクター.................................................................................................... 77
6 集積回路 ............................................................................................................................................................. 77
6.1 固有の基準条件 .......................................................................................................................................... 77
6.2 固有のストレスモデル .............................................................................................................................. 79
6.2.1 一般 ....................................................................................................................................................... 79
6.2.2 電圧依存性、ファクター  U .......................................................................................................... 79

6.2.3 温度依存性、ファクター  T .......................................................................................................... 80

7. ディスクリート半導体 .................................................................................................................................... 81
7.1 固有の基準条件 .......................................................................................................................................... 81
7.2 固有のストレスモデル .............................................................................................................................. 82
7.2.1 一般 ....................................................................................................................................................... 82
7.2.2 電圧依存性、ファクター  U .......................................................................................................... 83

7.2.3 温度依存性、ファクター  T .......................................................................................................... 83

8 オプトエレクトロニクス部品 ......................................................................................................................... 84
8.1 固有の基準条件 .......................................................................................................................................... 84
8.2 固有のストレスモデル ................................................................................................................................ 86
8.2.1 一般 ....................................................................................................................................................... 86
8.2.2 電圧依存性、ファクター  U .......................................................................................................... 86

8.2.3 電流依存性、ファクター  I .......................................................................................................... 878.2.4 温度依存性、ファクター  T .......................................................................................................... 87

9 コンデンサ ......................................................................................................................................................... 88
9.1 固有の基準条件 .......................................................................................................................................... 88
9.2 固有ストレスモデル .................................................................................................................................. 89
9.2.1 一般 ....................................................................................................................................................... 89
9.2.2 電圧依存性、ファクター  U .............................................................................................................. 89
9.2.3 温度依存性、ファクター  T .............................................................................................................. 91
10 抵抗及びネットワーク抵抗 ........................................................................................................................... 92
10.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 92
10.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 93
10.2.1 一般 ..................................................................................................................................................... 93
10.2.2 抵抗についての温度依存性、ファクター  T ................................................................................ 93
11 インダクタ、トランス及びコイル ................................................................................................................ 94
11.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 94
11.2 固有ストレスモデル................................................................................................................................. 94
11.2.1 一般 ..................................................................................................................................................... 94
11.2.2 温度依存性、ファクター  T ............................................................................................................ 94
12 高周波デバイス ............................................................................................................................................... 95
12.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 95
12.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 95- iii -13 その他の受動部品 ........................................................................................................................................... 95
13.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 95
13.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 96
14 電気的接続 ....................................................................................................................................................... 96
14.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 96
14.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 96
15 コネクタ及びソケツト ................................................................................................................................... 96
15.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 96
15.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 97
16 リレー ............................................................................................................................................................... 97
16.1 固有の基準条件 ........................................................................................................................................ 97
16.2 固有ストレスモデル ................................................................................................................................ 97
16.2.1 一般 ..................................................................................................................................................... 97
16.2.2 スイッチングレート依存性、ファクター  S ................................................................................ 98
16.2.3 電気的ストレス依存性、ファクター  ES ....................................................................................... 98
16.2.4 温度依存性、ファクター  T ............................................................................................................ 99
17 スイッチ及び押しボタン ............................................................................................................................. 100
17.1 固有の基準条件 ...................................................................................................................................... 100
17.2 固有ストレスモデル .............................................................................................................................. 100
17.2.1 一般 ................................................................................................................................................... 100
17.2.2 電気的ストレス依存性、ファクター  ES ..................................................................................... 100
18 パイロット及び信号ランプ ......................................................................................................................... 101
18.1 固有の基準条件 ...................................................................................................................................... 101
18.2 固有ストレスモデル .............................................................................................................................. 102
18.2.1 一般 ................................................................................................................................................... 102
19 プリント配線板（PCB） .............................................................................................................................. 102
20 ハイブリッド回路 ......................................................................................................................................... 102
付属書 A（規定）部品の故障モード.................................................................................................................. 103
付属書 B（情報）半導体の熱モデル .................................................................................................................. 106
B.1 熱モデル.................................................................................................................................................... 106
B.2 接合温度の計算 ........................................................................................................................................ 107
B.3 熱抵抗評価................................................................................................................................................ 107
B.4 集積回路の電力消費 P............................................................................................................................. 109
付属書 C（情報）故障率予測 ...............................................................................................................................111
C.1 一般............................................................................................................................................................. 111
C.2 アセンブリの故障率予測 ......................................................................................................................... 111
C.2.1 一般...................................................................................................................................................... 111
C.2.2 仮定と限界 ..........................................................................................................................................112
C.2.3 故障率予測のプロセス ......................................................................................................................112
C.2.4 故障率モデル ......................................................................................................................................113- iv -C.2.4.1 一般 ...............................................................................................................................................113
C.2.4.2 基準条件における故障率予測 ...................................................................................................113
C.2.4.3 動作条件における故障率予測 ...................................................................................................113
C.2.5 故障率予測のその他の方法 ..............................................................................................................114
C.2.5.1 類似性分析 ...................................................................................................................................114
C.2.5.2 シミュレーション .......................................................................................................................114
C.2.5.3 試験 ...............................................................................................................................................114
C.2.5.4 故障物理 .......................................................................................................................................114
C.2.6 信頼性モデルと予測の妥当性検討 ..................................................................................................115
C.3 部品の考慮.................................................................................................................................................115
C.3.1 部品モデル ..........................................................................................................................................115
C.3.2 部品の分類 ..........................................................................................................................................115
C.4 故障率に関する一般的な考察 .................................................................................................................116
C.4.1 一般......................................................................................................................................................116
C.4.2 部品の故障率の一般的な挙動 ..........................................................................................................116
C.4.3 故障の期待値 ......................................................................................................................................117
C.4.4 故障率のソースによるばらつき ......................................................................................................117
付属書 D（情報）ミッションプロファイルの考慮 .......................................................................................... 119
D.1

一般 ............................................................................................................................................................119

D.2

待機 ............................................................................................................................................................119

D.3

ミッションプロファイル........................................................................................................................ 120

D.4

ミッションプロファイルの例................................................................................................................ 121

付属書 E（情報）耐用寿命モデル ...................................................................................................................... 122
E.1 一般 ............................................................................................................................................................ 122
E.2 パワートランジスタ ................................................................................................................................ 122
E.3 オプトカップラー .................................................................................................................................... 122
E.3.1 耐用寿命 L ......................................................................................................................................... 122
E.3.2 ファクター

L0 ................................................................................................................................ 122

E.3.3 ファクター

 0 ................................................................................................................................ 123

E.3.4 ファクター

1 ................................................................................................................................ 123

E.3.5 ファクター

 2 ................................................................................................................................ 124

E.3.6 ファクター

 3 ................................................................................................................................ 124

E.4

LED 及び LED モジュール ..................................................................................................................... 124

E.4.1 耐用寿命 L ......................................................................................................................................... 124
E.4.2 ファクター

L0 ................................................................................................................................ 125

E.4.3 ファクター

 0 ................................................................................................................................ 126

E.4.4 ファクター

1 ................................................................................................................................ 126

E.4.5 ファクター

 2 ................................................................................................................................ 126

E.4.6 ファクター

 3 ................................................................................................................................ 127

E.5 アルミニウム、非固体電解コンデンサ ................................................................................................ 127- v -E.6 リレー ........................................................................................................................................................ 128
E.7 スイッチ及びキーボード ........................................................................................................................ 128
E.8 コネクタ .................................................................................................................................................... 128
付属書 F（情報）故障物理 .................................................................................................................................. 129
F.1

一般 ............................................................................................................................................................ 129

F.2集積回路の故障メカニズム..................................................................................................................... 129

付属書 G（情報）故障率データベースの設計に関する考察 .......................................................................... 131
G.1

一般 ........................................................................................................................................................... 131

G.2

データ収集の収集 - 収集プロセス ...................................................................................................... 131

G.3

収集するデータと収集方法.................................................................................................................... 131

G.4

計算と意思決定 ....................................................................................................................................... 131

G.5

データ記述 ............................................................................................................................................... 132

G.6

部品の識別 ............................................................................................................................................... 132

G.6.1 一般 .................................................................................................................................................... 132
G.6.2 部品の識別 ........................................................................................................................................ 132
G.6.3 部品技術 ............................................................................................................................................ 133
G.7

部品の仕様 ............................................................................................................................................... 133

G.7.1 一般 .................................................................................................................................................... 133
G.7.2 部品の電気的仕様............................................................................................................................. 133
G.7.3 部品の環境仕様 ................................................................................................................................ 133
G.8

フィールド関連のデータ........................................................................................................................ 133

G.8.1 一般 .................................................................................................................................................... 133
G.8.2 実際のフィールド条件..................................................................................................................... 133
G.8.3 フィールド故障に関するデータ ..................................................................................................... 133
G.9

テスト関連の問題データ........................................................................................................................ 134

G.9.1 一般 .................................................................................................................................................... 134
G.9.2 実際の試験条件 ................................................................................................................................ 134
G.9.3 試験で生じた故障に関するデータ ................................................................................................. 134
G.10 故障率データベースの属性.................................................................................................................. 135
付属書 H（情報）故障率データのソースと選定方法 ...................................................................................... 137
H.1

一般 ........................................................................................................................................................... 137

H.2

データソースの選択 ............................................................................................................................... 137

H.3

ユーザーデータ ....................................................................................................................................... 138

H.4

製造業者のデータ ................................................................................................................................... 138

H.5

ハンドブックの信頼性データ................................................................................................................ 138

H.5.1 一般 .................................................................................................................................................... 138
H.5.2 本文書でのハンドブックデータの使用 ......................................................................................... 139
H.5.3 利用可能なハンドブックのリスト ................................................................................................. 140
付属書 I（情報）部品分類の概要 ....................................................................................................................... 143
I.1

概要 ............................................................................................................................................................. 143- vi -I.2

IEC 61360 システム................................................................................................................................... 143

I.3

その他のシステム ..................................................................................................................................... 151

I.3.1 一般 ...................................................................................................................................................... 151
I.3.2

NATO のストック番号..................................................................................................................... 151

I.3.3

UNSPSC コード .................................................................................................................................. 151

I.3.4 ステップ/エクスプレス ..................................................................................................................... 151
I.3.5

IECQ..................................................................................................................................................... 151

I.3.6

ECALS ............................................................................................................................................... 152

I.3.7

ISO 13584............................................................................................................................................. 152

I.3.8 MIL 仕様 .............................................................................................................................................. 152
付属書 J（情報）部品信頼性データの表現 ....................................................................................................... 153
J.1 一般 ............................................................................................................................................................. 153J.2 部品の識別 ................................................................................................................................................. 153
J.2.1 一般 ...................................................................................................................................................... 153
J.2.2 部品の識別 .......................................................................................................................................... 153
J.2.3 部品技術 .............................................................................................................................................. 154
J.3 部品の仕様 ................................................................................................................................................. 154
J.3.1 一般 ...................................................................................................................................................... 154
J.3.2 部品の電気的仕様 .............................................................................................................................. 154
J.3.3 部品の環境仕様 .................................................................................................................................. 154
J.4 試験関連のデータ ..................................................................................................................................... 154
J.4.1 一般 ...................................................................................................................................................... 154
J.4.2 実際の試験条件 .................................................................................................................................. 154
J.5 試験で生じた故障に関するデータ ......................................................................................................... 155
付属書 K（情報）例 ............................................................................................................................................. 156
参考文献 ................................................................................................................................................................. 158- vii -