Neden Mükemmel Kontrol Edilen Entegre Devreler (IC'ler), Müşteri Tesisi'nde Haftalar İçinde Arızalanıyor?

Neden Mükemmel Kontrol Edilen Entegre Devreler (IC'ler), Müşteri Tesisi'nde Haftalar İçinde Arızalanıyor?

Kimse Tarafından Taranmayan Yumuşak Arıza

Aşağıda, her elektronik cihaz üreticisinin korktuğu bir telefon görüşmesi yer alıyor. Bir tüketici, ürününüzün kartlarının — %100 başarı oranıyla geçen, temiz bir kullanışlı inceleme  ve homojenlik sertifikasıyla teslim edilen — üretim zemininde başarısız olduğunu bildiriyor. İlk günde. Kırkinci günde. Arızalar çeşitli birimlerde, farklı seri numaralarında dağılmış durumda; tipik bir büyük parti kodu yok. İlk tepkiniz, müşterinin uygulamasında bir hata olduğunu düşünmek olur. İkinci tepkiniz ise entegre devre (IC) tedarikçinizi suçlamaktır. Her ikiniz de gerçek olanı öğrenmek için altı hafta ve 40.000 ABD doları harcayacaksınız. denetim raporu  arızalanan IC, üretim hattınızdan ayrıldığı gün itibarıyla elektriksel olarak sağlıklı ve dengeliydi. Daha sonra bozuldu. Test soketiniz ile müşteri cihazları arasında bir yerde, silisyumun içine daha önceden bir kusur yerleştirilmişti — görünmeyen, yaptığınız tüm incelemelerin sınırının altında kalan ve zamanla ilerleyen bir kusur.

T bu,

Yumuşak arızanın gerçekliğidir bu yazı, bunun nasıl gerçekleştiğinden, neden testlerinizin bunu tespit edemeyeceğinden ve yıllık birkaç adet bu ürün gönderen üreticilerle hiç göndermeyen üreticileri ayıran unsurlardan bahseder.

Yumuşak Arıza: Henüz Bir Arıza Olmayan, Ama Olduğunda Olan Arıza

Yumuşak arıza  bir yarı iletken yapının kısmi, modern bozulması için verilen addır. Bu durum, "tamamen işlevsel" ile "katastrofik şekilde ölmüş" arasında bir gri bölgede yer alır. Sert arıza kolaydır: yalıtım oksiti delinir, cihaz çalışmaz hâle gelir ve testiniz bunu anında tespit eder. Yumuşak arıza ise farklıdır. Koruyucu katman—genellikle kapı oksidi —zayıf bir bölge oluşturur. Akım, küçük miktarlarda bu katmandan sızar. Cihaz, genellikle haftalar veya aylar boyunca çalışmaya devam eder. Daha sonra, normal kullanım sırasında biriken gerilim altında zayıf nokta çöker. Sızıntı kısa devreye dönüşür. Entegre devre (IC) çalışmaz hâle gelir. Ve bu, hiçbir zaman sizin fabrikanızda değil, tüketiciye ulaşmış olduğu yerde gerçekleşir.

Sinir bozucu değişken, yumuşak arızanın genellikle önceden var olmasıdır—üretim sırasında veya anında hasar vermeyen bir olay tarafından tetiklenen kurulum aşamasında yerleştirilir. Piyasa terimi sorun var , ve en yaygın kaynak elektrostatik deşarjdır.

ESD Hikâyesi: Testlerin Göremediği Hasar

Aşağıda Esd  içinde PCB montajı : gizli hasarlara neden olan olaylar genellikle görünmeyecek kadar küçüktür ve yakalanacak kadar hızlıdır. Bir uzman bile bilek kayışı takmadan bir kartı alır. Bir IC tepsisi güvenli olmayan bir çalışma masasında kayar. Bir pick-and-place nozülü triboelektrik yük üretir. Bunlardan herhangi biri, bir cihazı tamamen yok etmeden kısmen bozabilecek bir deşarja neden olabilir.

Hasarın fiziksel doğası iyi anlaşılmıştır. Bir MOSFET’te atma oksit  sadece birkaç nanometre kalınlığındadır — yaklaşık 10-20 silisyum dioksit atomik katmanı. Bir ESD olayı, bu oksit tabakasına minik bir zayıflık açabilir: yerel bir kusur, sıkışmış bir yük veya hasar görmüş malzemeden oluşan küçük bir filament. Cihaz hâlâ anahtarlama yapar. Veri sayfası şartları hâlâ karşılanır. Ancak oksitin kararlılığı tehlikeye girmiştir ve normal çalışma gerilimi altında aşınmaya devam edecektir — başlangıçta yavaş, sonra aniden.

Üzerinde yapılan araştırma CDM (Yüklenmiş Araç Versiyonu)  deşarjlar, ilk olayı geçen cihazların dikkat çekici bir kısmında gizli kapılı oksit hasarını ortaya çıkarmıştır. Bu hasar işlevsel testte görünmez çünkü işlevsel test "cihaz çalışıyor mu" sorusunu cevaplar, değilse "cihazın ne kadar güvenlik payı kalmıştır" sorusunu değil.

Bu, test yönteminin temel başarısızlığıdır. Fonksiyonel test bir geçit bekçisidir, bir kontrol değil. Mantık durumlarını, sonuçları ve temel parametreleri geçme/başarısızlık eşiğine göre doğrular. %30 oranında bozulmuş giriş oksidi olan bir cihaz, bu kontrollerin tamamını yine de geçer. Cihaz, yıkım sınırı aşıldığında — müşteri web sitesinde, sürekli çalışma koşullarında ve muhtemelen test tezgâhınızdan biraz daha yüksek sıcaklık veya besleme gerilimi olan bir ortamda — çalışmaya başlar.  

Neden Bu, Yüksek Kalite'nin Her Katmanında Kayar?

The küvet şekli — her üst düzey kalite mühendisinin bildiği güvenilirlik eğrisi — sorunun biçimini gösterir. Arızalar iki alanda yoğunlaşır: yenidoğan ölümleri  hayatın ilk haftalarında ve ömür sonunda aşınma görülür. Eğrinin ortası, arızalanma oranlarının düşük ve sabit olduğu faydalı ömür dönemidir. Sektörün kirli sırrı, ürünler sevkiyata çıkmadan önce bu erken dönem arızalarını ne kadar çok çaba ile daraltmaya çalıştığı — ve tüketici ortamına geçene kadar belirti vermeyen gizli kusurları tespit etmek için ne kadar az çaba harcandığıdır.

Erken dönem arızalarını yakalamak için kullanılan standart yöntem yanma — zayıf cihazların arızalanmasını hızlandırmak amacıyla saatlerce veya günlerce yüksek sıcaklık ve voltajda cihazları çalıştırmaktır. Yakma işlemi (burn-in) maliyetlidir, yavaştır ve verimi düşürür. Otomotiv, havacılık ve askerî sertifikasyonlarda yaygın bir uygulamadır. Tüketici elektroniğinde ise neredeyse hiç uygulanmaz; çünkü cihaz başına maliyeti çok yüksektir ve piyasa bunu karşılamaz. Dolayısıyla yakma işleminin yakalayabileceği gerçekleşme olmayan sorunlar doğrudan sevkiyata gönderilir.

Ayrıca bir de tedarik zinciri  bu durumu daha da kötüleştiren ölçüm. Entegre devreler (IC'ler), aracılar, fazla stok veya ikinci temsilcilerden temin edildiğinde — kıtlık sonrası dönemde giderek yaygınlaşan bir durum — bu bileşenlerin yönetim geçmişleri bilinmemektedir. Yanlış saklanan, elektrostatik olaylara maruz kalan ya da taşıma sırasında aşırı sıcaklık koşullarına maruz kalan bir bileşen partisi, gizli erken arıza oranına sahip bir nüfus oluşturur. Siz gelen malzeme muayenesi  birkaç düzine cihazı örnek alır ve bunları test eder. Örneklem istatistiksel olarak kördür: %0,1’lik gizli kusur oranı için binlerce cihaz test etmeniz gerekir; bu da örneklemenin amacını ortadan kaldırır.

Sahada Gerçekleşen Arızaların Gerçek Maliyeti

Buradaki maliyet asimetrisi acımasızdır ve rakamlar açısından net olmak faydalıdır. Kendi yaktırma (burn-in) veya nihai testiniz sırasında arızalanan bir cihaz, cihazın kendisini ve birkaç dakikalık işleme süresini maliyetinize ekler—bunu 2 dolar olarak kabul edebilirsiniz. Müşterinin sahasında arızalanan bir cihaz ise size RMA işlemlerini, kargo ücretlerini, başarısızlık değerlendirmesini, değiştirilecek sistemi, hızlandırılmış teslimatı ve mühendislik saatlerini maliyet olarak yükler—buna ilişkin müşteri ilişkilerindeki hasar henüz hesaplanmamıştır. Sektör tahminlerine göre, sahada gerçekleşen bir arızanın maliyeti, aynı sorunun ürününüzün iç testlerinde tespit edilmesi durumunda oluşacak maliyetin 10 ila 100 katı kadardır; bu oran ürünün türüne ve pazar koşullarına göre değişir.

Buna ek olarak, çarpan etkisi de söz konusudur. 40 entegre devreye (IC) sahip bir kartta ortaya çıkan tek bir periyodik alan arızası, geri çağırma yaklaşımını tetikler. Müşteri yalnızca arızalı sistemleri değil, tüm partiyi karantinaya alır. Güvenilirliğiniz, aslında açıkta kalmış kusuru taşıyan %0,2’lik kesime değil, tüm nüfusa karşı zarar görür.

Gerçekten İşe Yarayan Nedir

Tek bir sihirli çözüm yoktur — yumuşak arıza, tedarik zinciri, prosedür ve test sorunlarının bir araya gelmesidir. Ancak sahada en az arıza bildiren üreticiler birkaç noktayı düzenli olarak uygular:

Montaj ortamını önemsiyormuş gibi kontrol edin. ESD güvenliği  duvardaki bir afiş değil; bir sistemdir. Bağlantı test cihazlı bilek kayışları, dağıtım özellikli çalışma yüzeyleri, yerleştirme-hatlarında iyonlaştırıcılar, depolama için iletken tepsiler ve — kritik olarak — sistemin işlevsel olup olmadığının ölçülmesi. Çoğu fabrika bu cihazlara sahiptir. Sahada düşük arıza oranlarına sahip olanlar ise çalışanların bunları gerçekten kullanıp kullanmadığını denetler. Bir ESD olayı fark edilemezdir; bunun gerçekleşmediğini anlamak için tek yol, kontrollerin günlük olarak yerinde olduğunun doğrulanmasıdır.

Sadece işlevsel değil, aynı zamanda değerlendirme kriterleri  aynı zamanda sızıntı mevcudiyetini, bekleme durumundaki besleme mevcudiyetini ve giriş\/çıkış sınırlarını ölçer; bu da "çalışıyor ancak minimum düzeyde" olan cihazları yakalar. Yüksek sızıntıya sahip bir araç, aşırı stres altına alınmış bir cihazdır — ve tam da bunu göndermeden önce değerlendirmek istediğiniz nüfustur. Mevcut bir test programına parametrik kontroller eklemenin maliyeti düşüktür; ancak sundukları bilgi, gizli sorunların ortaya çıkardığı tam olarak o bilgidir.

Tedarik zincirinizin işleme geçmişini bilin kritik cihazlar için, denetlenebilir depolama ve işleme belgelerine sahip akredite tedarikçilerden satın alın. Eğer bir aracı kullanmak zorundaysanız, parçaları şüpheli kabul edin: gelen değerlendirme derinliğini artırın, bir örnek üzerinde kısa süreli bir yanma testi (burn-in) uygulayın ve ilk üretim partilerini yüksek erken arıza oranları açısından izleyin. Akredite bileşenler için ödenen fazla ücret, tek bir bölgeye yönelik ürün geri çağrısının maliyetinden daha düşüktür.

Arıza gerçekleştiğinde hemen arıza değerlendirmesini yapın.  Bir alan başarısız olduğunda tepki, bileşeni değiştirmek ve devam etmektir. Buna direnin. Entegre devreyi (IC) açın, yonga yüzeyini inceleyin ve bütçe planınız izin veriyorsa OBIRCH veya EMMI  değerlendirmesi yaparak hasarların yerini belirleyin. Bir giriş oksit sızıntısı belirgin bir imzaya sahiptir. Bir EOS olayı ise farklı bir imzaya sahiptir. Hangi imzayı gözlemlediğinizi bilmek, sorunun montaj hattınızda mı, tedarikçinizin wafer fabrikasında mı yoksa müşterinizin uygulamasında mı olduğunu gösterir. Yanlış düşünmek, sonraki parti ürünlerin aynı kusurla sevk edilmesine neden olur.

Değerlendiremediğiniz Pay

Tüm sorunu özetleyen düşünce deneyi şudur: İnceleme masanızda 2 benzer cihaz hayal edin. Her ikisi de programınızın tüm testlerinden geçiyor. Bunlardan biri, yonga seviyesinden çıkışınıza kadar mükemmel şekilde yönetilmiştir. Diğeri ise 2 hafta önce 500 voltluk bir deşarja maruz kalmış ve birkaç atom boyutunda bir kaplama oksit kusuru taşımaktadır. Test araçlarınız onları tam olarak aynı cihaz olarak görüyor, çünkü aynı cihazdırlar—ta ki birinin güvenlik payı tükenene kadar.

Yumuşak arıza, testlerinizin bir başarısızlığı değildir. Bu, yalnızca testlerin güvenilirliği garanti edebileceğine dair varsayımın bir başarısızlığıdır. Tüketici alanında arızalanan cihazlar, testlerinizin tespit etmesi için tasarlandığı cihazlar değildir. Bunlar küçük miktarda hasar, belirli bir düzeyde stres ve sınırlı bir ömre sahip cihazlardır. Hasarı kontrol edin, stresi izleyin ve tedarik zincirinizi tanımlayın — işte tamamı bu kadar. Diğer her şey sadece şansa dayanmaktır ve şans, en olumsuz anda tükenme eğilimindedir.