基于极深地下实验的FPGA封装内部α粒子诱发软错误机理研究
编号:102
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更新:2026-11-09 11:21:40 浏览:5次
口头报告
摘要
集成电路制造及封装材料中的痕量放射性同位素衰变释放α粒子,是地面和航空电子系统软错误的重要来源。随着工艺微缩和临界电荷降低,国产SRAM型FPGA的α粒子软错误敏感性上升,但封装屏蔽也导致外部α源试验难以反映封装内部真实源项。中国锦屏地下实验室2400 m埋深平台具有极低宇宙线本底的独特优势,可显著降低大气中子贡献,为获取真实封装条件下的α粒子基准软错误率(SER)提供条件。本文以22 nm和55 nm国产SRAM型FPGA为对象,在中国锦屏地下实验室开展约3000 h在线测量。双机柜平台覆盖1152颗器件、总容量24.161 Gb,采用CRAM配置帧回读与BRAM逐地址比对统计错误,并对错误地址、样本数据、错误数据、器件编号、板卡位置及运行时间进行记录。共确认42次有效软错误,其中BRAM 24次(含1次MBU4)、CRAM 18次。器件级归因发现一颗22 nm器件集中贡献5次SBU,剔除后以37次事件进行统计。修正后,22 nm器件BRAM和CRAM分别发生了8次和8次翻转,SER分别为540.20和225.58 FIT/Mb;55 nm器件BRAM和CRAM分别发生了了11次和10次翻转,SER分别为1664和827.91 FIT/Mb。同工艺BRAM的SER约为CRAM的2.01倍(55 nm)和2.39倍(22 nm);由55 nm缩小至22 nm后,两类存储资源的单位容量SER总体下降。实验获得了国产SRAM型FPGA在极低大气中子本底下的α粒子SER基准数据,且BRAM与CRAM响应差异显著,结合地面测量结果,进一步分离得到了α粒子和中子对SER的贡献。Geant4仿真内容包括封装材料α源项、封装/互连层输运、灵敏区能量沉积和SEU判别,表明封装材料释放的α粒子是深地软错误的主要来源,其响应受入射角度和临界电荷共同影响。本研究构建了极深地大容量、长周期FPGA软错误测试平台并获得国产器件α粒子SER基准数据,,对国产器件开展了Geant4“源项—输运—沉积—SEU判别”仿真流程,为国产高可靠FPGA的α源识别、封装材料筛选、抗辐射加固和可靠性评价提供依据。
关键词
α粒子;软错误;SRAM型FPGA;深地实验;Geant4
稿件作者
王纬鹏
工业和信息化部电子第五研究所
董玉凤
中山大学
林建俊
高云半导体有限公司
朱思进
中山大学
卢亮
中山大学
彭超
工业和信息化部电子第五研究所
雷志锋
工业和信息化部电子第五研究所
邹丽平
中山大学
张战刚
工业和信息化部电子第五研究所
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