למה מעגלים משולבים שנבדקו בקפידה מתים תוך שבועות באתר הלקוח?

למה מעגלים משולבים שנבדקו בקפידה מתים תוך שבועות באתר הלקוח?

תקלה רכה שאף אחד לא בדק

הנה שיחת טלפון שכל יצרן מכשירים אלקטרוניים מפחד ממנה. צרכן מדווח שלוחותיכם — אלו שעברו בדיקה שימושית  ב-100%, ואלו שנשלחו עם אישור ניקיון דוח בדיקה  ואישור אחידות — כושלים בקרקע היצור שלהם. ביום הראשון. ביום ה-40. הכישלונות מפוזרים על פני יחידות שונות, מספרי סדרה שונים, ללא קוד גירסה נפוץ. התגובה הראשונית שלכם היא להאשים את השימוש של הלקוח. התגובה השנייה שלכם היא להאשים את ספק ה-IC. שניכם תשקיעו שישה שבועות ו-40,000 דולר בניתוח כישלונות כדי לגלות מה באמת קרה.

T ה-IC שכשל היה בריאותי חשמלית ומאוזן ביום שעזב את קו היצור שלכם. הוא נדeterיאור לאחר מכן. איפשהו בין שקע הבדיקה שלכם למכשיר של הלקוח, פגם כבר נשתרש בסיליקון — בלתי נראה, מתחת לסף כל בדיקה שערכתם, ופועם.

זו המציאות של כישלון רך המאמר הזה עוסק באיך זה קורה, למה הבדיקות שלכם לא מצליחות לקלוט את זה, ומה מפריד בין יצרנים שמשיקים כמה מהן מדי שנה לבין אלו שלא משיקים אף אחת.

תקלה רכה: התקלה שאינה תקלה עד שהיא הופכת לתקלה

תקלה רכה  הוא שם לדרוג חלקי ומודרני של מבנה סמי-מוליך. הוא נמצא באזור האפור שבין 'תפקוד מלא' ל'מיתה קטסטרופלית'. תקלה קשה היא פשוטה: חומר דלק נוקב דרך השכבה המבודדת, הכלי עוצר לפעול, והבדיקה שלכם קולטת זאת מיד. תקלה רכה שונה. השכבה המגנה — בדרך כלל שכבת החורף — יוצרת אזור מוחלש. זרמים דולפים דרכו בכמויות קטנות. הכלי ממשיך לפעול, לעתים קרובות לשבועות או לחודשים. לאחר מכן, תחת המתח המצטבר של התפעול הרגיל, הנקודה החלשה מתפוצצת. הדליפה הופכת לקצר. המעגל המשולב עוצר לפעול. והוא עוצר לפעול באתר הלקוח, ולא במעבדה שלכם.

המשתנה המטריח הוא שתקלה רכה היא בדרך כלל קיימת מראש – נטענה במהלך הייצור או בהתקנתה על ידי אירוע שגרם לפגיעות מיידיות. קיימת בעיה , והמקור הנפוץ ביותר הוא פריצה אלקטרוסטטית.

הסיפור של הפריצה האלקטרוסטטית: נזק שלא ניתן לראות במבחנים

הנה עובדה מרגיזה בנוגע ל ESD  ב הרכבת לוחות PCB : האירועים שגורמים לנזקים חבויים הם בדרך כלל קטנים מדי כדי להבחין בהם, ומהירים מדי כדי לתפוס אותם. מומחה נוגע בלוח ללא סרט כריך לעצמו. מגש של מעגלים משולבים מחליק על שולחן עבודה לא מאובטח. פקק איסוף והצבה יוצר מטען טריבו-אלקטרי. כל אחד מאלו יכול ליצור פריצה שמקלקלת חלקית של התקן, בלי להרוס אותו לחלוטין.

הפיזיקה של הנזק מובנת היטב. ב-MOSFET, חומר החסום  עבה רק כמה ננומטרים — כ-10–20 שכבות אטומיות של דו-תחמוצת הסיליקון. אירוע של חשמל סטטי (ESD) עלול לחדור דרך החומר הבודד הזה ולייצר פגיעה קטנה: פגיעה מקומית, מטען תפוס, או פילמנט קטן של חומר פגוע. המכשיר עדיין מתחלף. דרישות גיליון הנתונים עדיין מתקיימות. עם זאת, יציבות החומר הבודד נפגעה, ובמתח הפעלה רגיל הוא ימשיך להידרדר — בהתחלה לאט, ולאחר מכן לפתע.

מחקר על CDM (גרסת הכלי הטעון)  הראה פגיעה נסתרת בחומר הבודד של השער באחוז משמעותי של מכשירים ששרדו את האירוע הראשוני. הפגיעה אינה מופיעה בבדיקה הפונקציונלית, משום שהבדיקה הפונקציונלית בודקת "האם המכשיר עובד", ולא "כמה שארית בטחון נשארה למכשיר."

זו הפגם העיקרי בשיטת הבדיקה. בדיקה פונקציונלית היא שומרת שער, לא בדיקת בריאות. היא מאשרת מצבים לוגיים, תוצאות ופרמטרים בסיסיים לעומת סף של עביר/נכשל. מכשיר עם חומצה מוזרעת בכניסה שהידרדה ב-30% עדיין עובר כל אחת מהבדיקות האלה. הוא נעצר בדיוק כאשר ההרס חורג מהגבול — באתר הלקוח, במהלך פעילות מתמשכת, אולי בסביבה שבה הטמפרטורה או מתח האספקה גבוהות יותר מאשר על שולחן הבדיקה שלך.  

למה זה מחליק בכל שכבה של איכות גבוהה

ה קו צורת האמבטיה — עקומת הנאמנות שאותה מכירים כל מהנדסי האיכות המובילים — מראה לך את צורת הבעיה. כשלים מתרכזים בשני אזורים: תמותה ינוקית  בשבועות הראשונים של החיים, ובתהליך היבוש בסוף החיים. המרכז של העקומה הוא תקופת השימוש היעילה, שבה שיעורי הכשלים הם יציבים ונמוכים. הסוד המלוכלך של התעשייה הוא כמות המאמץ האדירה הנדרשת כדי לכווץ את אזור הכשלים בתחילת החיים לפני שהמוצרים נשלחים – וכמה מעט משאבים מושקעים באיתור החסרונות הנסתרים שלא מתגלים עד לסביבת הלקוח.

המכשיר הסטנדרטי לאיתור כשלים בתחילת החיים הוא איקמולציה – הפעלת מכשירים בטמפרטורה ומתח גבוהים במשך שעות או ימים כדי להאיץ את הכשל של המכשירים החלשים. הבארן-אין (Burn-in) הוא יקר, איטי ופוגע בשיעור היצוא. זהו נהג נפוץ באישורים לרכב, תעופה וצבא. כמעט ולא נעשה במכשירים אלקטרוניים לצריכה, משום שהעלות ליחידה גבוהה מדי והשוק לא מוכן לשלם על כך. לכן, הבעיות הלא מובנות שאותן היה יכול לחשוף הבארן-אין פשוט נשלחות עם המוצר.

קיים גם שרשרת אספקה  המדידה שגורמת לכך להיות גרועה עוד יותר. כאשר מעגלים משולבים נרכשים מברוקרים, מלאי עתידי או נציגים שניים – דבר הולך וגובר בתקופת "המחסור הסתיים" – רקע הניהול שלהם אינו ידוע. סדרת רכיבים שנשמרה באופן לא תקין, נחשפה לפגעי חשמל סטטי או הושפעה מקיצוני טמפרטורה במהלך ההובלה, מכילה אוכלוסייה סמויה של כשלים מוקדמים. ה בדיקה הנכנסת  מביאה דוגמאות של כמה עשרות מכשירים ובודקת אותם. הדגימה היא סטטיסטית חסרת ערך במקרה של שיעור פגמים סמוי של 0.1% – תצטרכו לבדוק אלפיים כדי לאתר אותו, מה שמבטל את המטרה של הדגימה.

מה עלות הכשלים בשטח בפועל

האי-סימטריה בהוצאות כאן קשה מאוד, וראוי לפרט את המספרים. מכשיר שמתפזר במהלך הבדיקה הראשונית שלך או בבדיקה הסופית עולה לך את עלות המכשיר וכמה דקות של טיפול — נניח 2 דולר. מכשיר שמתפזר באתר הלקוח עולה לך את עלות החזרת המוצר (RMA), את עלות המשלוח, את עלות הבדיקה של המכשיר הפגום, את עלות המערכת להחלפה, את עלות המשלוח המואץ ואת שעות ההנדסה — וזה לפני שמחשבים את הנזק ליחסים עם הלקוח. הערכות תעשייתיות מעריכות את עלות התפיסה בשטח ב-10 עד 100 פעמים עלות אותה בעיה אם היא נתפסת בתוך החברה, תלוי במוצר ובשוק.

ולאחר מכן יש את אפקט הכפל. תקלה מחזורית אחת באזור מסוים על לוח בעל 40 מעגלים משולבים (ICs) גורמת לתגובה של קריאה חזרה. הלקוח מאסר את כל הסדרה — לא רק את המערכות שفشלו. האמינות שלך סובלת מהפגיעה בכל הקהל, ולא רק ב-0.2% שהיו באמת פגומים.

מה באמת עובד

אין פתרון אחד-לכול — תקלה רכה היא בעיה של שרשרת האספקה, הליכים ובדיקות, כולה באחת. עם זאת, יצרנים שמשיקים את מספר הפגמים בשטח הנמוך ביותר עושים מספר דברים באופן קבוע:

שליטה בסביבת montaj כאילו זה חשוב. אבטחת ESD  אינה פוסטר על הקיר; זו מערכת. צמידי יד עם בודקי חיבור, שטחי עבודה מפזרים, מיינונים על קו הבחירה וההצבה, מגשים מוליכים לאחסון, ו—במיוחד—מדידה האם המערכת פועלת כראוי. לרוב המפעלים יש את הציוד. אלו שמאפיינים שיעור נמוך של פגמים בשטח בודקים האם אנשים משתמשים בו באמת. אירוע ESD הוא בלתי נראה; הדרך היחידה לדעת שהוא לא קורה היא לאשר שהשליטות קיימות ופועלות מדי יום.

קריטריוני בדיקה, לא רק פונקציונליות. בדיקה פונקציונלית  המתקן גם מודד נוכחות דליפה, זרימת מתח במצב מנוחה, וגבולות קלט/פלט, אשר מזהים מכשירים ש"פועלים אך בזווית מינימלית." מכשיר עם דליפה מוגברת הוא מכשיר שנמצא תחת לחץ — והמתח הוא בדיוק האוכלוסייה שברצונך לבחון לפני השילוח. עלות הוספת בדיקות פרמטריות לתכנית הבדיקה הקיימת היא מזערית; הנתונים שהם מספקים הם בדיוק אלו שבעיות נסתרות חושפות.

הכירו את היסטוריית הטיפול של שרשרת האספקה שלכם למכשירים קריטיים, קנו מספקים מאושרים עם מסמכים לאudit של אחסון וטיפול. אם עליכם להשתמש במתווך, התיחסו לרכיבים כמסוכנים: העמיקו את הערכת הקליטה, ריצו שיבוט קצר על מדגם, וצפו באחוזי הכשל המוקדמים בגלי הייצור הראשונים. המחיר הנוסף עבור רכיבים מאושרים נמוך יותר מאשר עלות שיבוץ אחד.

בצעו את ניתוח הכשלות ברגע שהן מתרחשות.  כאשר שדה כושל חוזר, התגובה היא להחליף את הרכיב ולהמשיך. עמידה בזה. הסרת המכסה מה-IC, בדיקת הדיאו, ואם תקציב הפרויקט מאפשר – ביצוע OBIRCH או EMMI  הערכה כדי למקם את הנזקים. דליפת חמצן כניסה יש לה סימן מזהה. אירוע EOS יש לו סימן מזהה שונה. ידיעת הסוג שבו אתם עוסקים מורה לכם האם הבעיה נובעת משורת ההרכבה שלכם, ממפעל הוויפרס של הספק שלכם, או מיישום הלקוח שלכם. חשיבה שגויה פירושה שהקבוצות הבאות יישלחו עם אותו חוסר-תפקוד.

השוליים שאי אפשר להעריך

הנה ניסוי המחשבה שמתאר את כל הבעיות: דמיינו שני מכשירים דומים על שולחן הבדיקה שלכם. שניהם עוברים את כל הבדיקות בתוכנית שלכם. אחד מהם נוהל באופן מושלם מהוופר ועד ליציאה שלכם. השני נפגע בזק של 500 וולט לפני שבועיים ויש בו פגם באוקסיד השער בגודל של כמה אטומים. כלי הבדיקה שלכם מזהים אותם כמכשיר זהה, משום שמדובר באותו המכשיר – עד שאחד מהם מאבד את הסף שלו.

תקלה רכה איננה כשל בבדיקות שלך. זו כישלון בהנחה שבדיקות לבדן יכולות להבטיח אמינות. הגאדג'טים שמתים באתר הלקוח אינם אלו שבדיקותיך נועדו לגלות. אלו הם הגאדג'טים עם כמות קטנה של נזקים, אחוז קטן של דאגה וזמן קצר. שלוט בנזק, צפה בדאגה והכר את שרשרת האספקה שלך – זהו כל המנוף. כל שאר הדברים הם פשוט הסתמכות על מזל, ומזל יש דרך שלו לנטוש אותך ברגע הגרוע ביותר האפשרי.