L AFFIDABILITA DEI COMPONENTI ELETTRONICI

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Virgilio Castellani
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1 6. L AFFIDABILITA DEI COMPONENTI ELETTRONICI Ed.1 del 14/09/98 Rev. 3 del 08/09/00 AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 1

2 TEST DI COMPONENTI OBIETTIVO VERIFICARE L AFFIDABILITA DI UN COMPONENTE QUANDO IN PROGETTAZIONE IN PRODUZIONE AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 2

3 TEST DI COMPONENTI CAMPIONE 100% - COMPONENTI PER APPLICAZIONI CRITICHE - COMPONENTI NUOVI - COMPONENTI CRITICI VANTAGGI DEL CONTROLLO 100% RILEVAZIONE DI TUTTI I COMPONENTI DIFETTOSI SOSTITUZIONE COMPONENTI DA PARTE DEL FORNITORE RIDUZIONE DEL NUMERO DI PCBs DIFETTOSE SEMPLIFICAZIONE DEL TEST A LIVELLO PCB AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 3

DIFETTOSI SOSTITUZIONE COMPONENTI DA PARTE DEL FORNITORE RIDUZIONE DEL NUMERO DI PCBs

4 MIGLIORAMENTO DELL AFFIDABILITA SCREENING FISICA DEI GUASTI IN PRODUZIONE IN PROGETTAZIONE AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 4

5 STRATEGIE DI TEST PROCEDURA PER UN TEST IN ACCETTAZIONE LOTTO DI DIMENSIONE N TEST SU CAMPIONE DI DIMENSIONE n ACCETTATO NO TEST SUI RESTANTI N- n COMPONENTI SI ASSIEMAGGIO PCB AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 5

ACCETTATO NO TEST SUI RESTANTI N- n COMPONENTI SI

6 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI COMPONENTE NUOVO PRODUZIONE DI PICCOLA SERIE RIPROGETTAZIONE PROCESSO INSTABILE GUASTI PRECOCI AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 6

7 LO SCREENING TASSO DI GUASTO MORTALITA INFANTILE VITA UTILE USURA TEMPO AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 7

8 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI CRESCITA DEL COSTO DELLA RIPARAZIONE COLLAUDO ACCETTAZ COMPONENTI COLLAUDO PIASTRA COLLAUDO APPARATO ESERCIZIO CONSUMER PROFESSION MILITARE SPAZIALE I COMPONENTI CON GUASTI PRECOCI DEVONO ESSERE ELIMINATI PRIMA DI ESSERE MONTATI SULLE PIASTRE! AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 8

MILITARE 4 25 60 500 SPAZIALE 8 40 150 100000 I COMPONENTI CON GUASTI PRECOCI DEVONO ESSERE

9 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI OBIETTIVO SCREENING INDIVIDUARE I DIFETTI NON-STRESS SCREENING PRECIPITARE I GUASTI PRECOCI STRESS SCREENING AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 9

SCREENING PRECIPITARE I GUASTI PRECOCI STRESS

10 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI NON-STRESS SCREENING ANALISI VISIVA RADIOGRAFIA MICROSCOPIA ACUSTICA PROVE ELETTRICHE FUNZIONALI PROVE ELETTRICHE PARAMETRICHE PROVE DI ERMETICITA AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 10

ELETTRICHE FUNZIONALI PROVE ELETTRICHE PARAMETRICHE PROVE DI

11 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI STRESS SCREENING IMMAGAZZINAMENTO AD ALTA TEMPERATURA CICLI TERMICI ACCELERAZIONE COSTANTE BURN-IN AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 11

CICLI TERMICI ACCELERAZIONE COSTANTE BURN-IN

12 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI MIL-STD-883 TEST METHODS AND PROCEDURES FOR MICROELECTRONICS DEVICES METHOD SCREENING PROCEDURES LIVELLO S APPLICAZIONI SPAZIALI LIVELLO B ALTRE APPLICAZIONI AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 12

10 SCREENING PROCEDURES LIVELLO S APPLICAZIONI SPAZIALI LIVELLO B

13 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI SCREENING ISPEZIONE VISIVA PRIMA DELL INCAPSULAMENTO PROVE A TEMPERATURA COSTANTE CICLI DI TEMPERATURA ACCELERAZIONE COSTANTE DIFETTI Contaminazioni Difetti superficiali del chip Posizione saldature Difetti di bulk Difetti delle metallizzazioni Difetti del contenitore Saldature deboli Substrato difettoso Cattiva adesione del chip Saldature deboli Substrato difettoso AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 13

saldature Difetti di bulk Difetti delle metallizzazioni Difetti del contenitore Saldature deboli Substrato difettoso

14 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI SCREENING PROVE DI ERMETICITA TEST PARAMETRI ELETTRICI PRIMA DEL BURN-IN BURN-IN (MIL-STD-883, 168 h, 125 C) TEST ELETTRICO DOPO IL BURN-IN DIFETTI PERDITE DEL CONTENITORE DIFETTI DI SUPERFICIE DIFETTI DELLE METALIZZAZIONI CONTAMINAZIONI/PARTICELLE DIFETTI DI SUPERFICIE DIFETTI DELLE METALIZZAZIONI SALDATURE DEBOLI DERIVA PARAMETRI PARTICELLE AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 14

DIFETTI DI SUPERFICIE DIFETTI DELLE METALIZZAZIONI CONTAMINAZIONI/PARTICELLE DIFETTI DI SUPERFICIE DIFETTI

15 LO SCREENING SI TRATTA DI UNA PROCEDURA COSTOSA PUO INTRODURRE DEI DANNEGGIAMENTI CHE IN SEGUITO POSSONO CAUSARE ULTERIORI GUASTI PRECOCI C E IL RISCHIO DI ATTIVARE GUASTI CHE NON SI VERIFICHEREBBERO IN NORMALI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO NON E SICURO CHE RIESCA AD EVIDENZIARE TUTTI I MECCANISMI DI GUASTO AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 15

SI VERIFICHEREBBERO IN NORMALI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO NON E SICURO CHE RIESCA AD

16 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI LO SCREENING DEVE: ESSERE ESEGUITO DA PERSONALE QUALIFICATO ESSERE CONCENTRATO SUL MECCANISMO DI GUASTO DA ATTIVARE NON CAUSARE DANNI OD ALTERAZIONI DEL COMPONENTE COINVOLTO AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 16

DI GUASTO DA ATTIVARE NON CAUSARE DANNI OD ALTERAZIONI DEL

17 LO SCREENING DEI COMPONENTI ELETTRONICI SCREENING (SETACCIATURA) BURN-IN (RODAGGIO) SUL 100%!! AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 17

18 IL BURN IN IL BURN-IN E IN GRADO DI RILEVARE I GUASTI PRECOCI -TEMPERATURA MAGGIORE CHE IN CONDIZIONI NOMINALI DI UTILIZZO -POLARIZZAZIONI MAGGIORI CHE IN CONDIZIONI NOMINALI DI UTILIZZO -CICLI DI TEMPERATURA AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 18

-POLARIZZAZIONI MAGGIORI CHE IN CONDIZIONI NOMINALI DI UTILIZZO

19 IL BURN IN TASSO DI GUASTO IN UTILIZZO SENZA BURN-IN CON BURN-IN ln t AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 19

20 IL BURN IN 80% DEI GUASTI PRECOCI DOVUTI AL CHIP IL BURN IN PROVOCA 20% DEI GUASTI PRECOCI DOVUTI AL CONTENITORE (DATI BIROLINI) STATICO TIPI DI BURN-IN DINAMICO IN-SITU AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 20

(DATI BIROLINI) STATICO TIPI DI BURN-IN DINAMICO IN-SITU

21 TIPI DI BURN-IN STATICO -STRESS DC A TENSIONE E TEMPERATURA MAGGIORI DI QUELLE NOMINALI -TEST FUNZIONALE AC A TENSIONE E TEMPERATURA NOMINALI DINAMICO -FUNZIONAMENTO AC A TENSIONE E TEMPERATURA MAGGIORI DI QUELLE NOMINALI -TEST FUNZIONALE AC A TENSIONE E TEMPERATURA NOMINALI IN SITU -FUNZIONAMENTO AC A TENSIONE E TEMPERATURA MAGGIORI DI QUELLE NOMINALI -TEST FUNZIONALE AC IN SITU AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 21

22 BURN-IN IN SITU UN CICLO DI BURN IN IN SITU TEMPERATURA T BI T 2,3 T 1,4 T 0,5 A B C D E A: T 0 pre-stress and load B: T 1 pre-stress corner test C: T 2 pre-stress corner test D: T BI stress and test E: T 3 post-stress corner and test F: T 4 post-stress corner and test G: T 5 post-stress corner and test F G TEMPO AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 22

23 BURN-IN AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 23

24 RELIABILITY INDICATOR UN PARAMETRO CHE PUO VENIRE MISURATO RAPIDAMENTE PER DARE RISPOSTE IN TEMPI BREVI SULL AFFIDABILITA DI UN COMPONENTE AD ESEMPIO - PICCOLE VARIAZIONI DI RESISTENZA -RUMORE -I DDQ -... AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 24

25 LA FAILURE ANALYSIS FISICA DEI MECCANISMI DI GUASTO STUDIA I MODI E MECCANISMI DI GUASTO, NE INDIVIDUA LE CAUSE E LA PERICOLOSITA, AIUTA A DEFINIRE LE CONDIZIONI DI PROVE ACCELERATE E SETACCIATURE, FORNISCE I MODELLI DI DEGRADAZIONE AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 25

26 LA FAILURE ANALYSIS GUASTO Cessazione dell attitudine di un oggetto ad adempiere alla funzione richiesta MODO DI GUASTO Effetto che rende evidente il guasto MECCANISMO DI GUASTO Processo chimico, fisico o di altra natura che provoca il guasto UNI 8000 AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 26

27 LA FAILURE ANALYSIS GUASTO CATASTROFICO Guasto che è allo stesso tempo improvviso e totale GUASTO PER DEGRADAZIONE Guasto che è allo stesso tempo progressivo e parziale GUASTO PERTINENTE Guasto da includere nell interpretazione dei risultati di prova o nel calcolo del valore di una caratteristica di affidabilità GUASTO NON PERTINENTE Guasto da escludere nell interpretazione dei risultati di prova o nel calcolo del valore di una caratteristica di affidabilità UNI 8000 AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 27

28 LA FAILURE ANALYSIS FAILURE ANALYSIS: ANALISI POST MORTEM DEI DISPOSITIVI SUPPOSTI GUASTI AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 28

29 LA FAILURE ANALYSIS HA LO SCOPO DI: VERIFICARE IL GUASTO IDENTIFICARE IL MODO DI GUASTO IDENTIFICARE IL MECCANISMO DI GUASTO DEFINIRE DELLE AZIONI CORRETTIVE DOCUMENTARE L ANALISI EFFETTUATA AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 29

30 LA FAILURE ANALYSIS GUASTO ESTRINSECO GUASTO INTRINSECO GUASTO DOVUTO ALL APPLICAZIONE GUASTO DOVUTO AD UN DIFETTO DEL COMPONENTE AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 30

31 LA FAILURE ANALYSIS: MODI DI GUASTO FUNZIONALI MECCANICI 5 4 6% 1% PARAMETRICI 6 14% BUONI 1 39% CATASTROFICI 3 39% ALTRI 2 1% CIRCUITI INTEGRATI ANALIZZATI IN TELETTRA NEL PERIODO 1986/1991 AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 31

32 LA FAILURE ANALYSIS: MODI DI GUASTO ORIGINE DEL GUASTO (per i soli dispositivi NON diagnosticati buoni ) origine PROD. ESER. COLL. PROVE ESTRINSECA INTRINSECA AFFIDABILITA' DI COMPONENTI E SCHEDE ELETTRONICHE-sez 6 32

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