Zapewniamy wsparcie dla branż o krytycznym znaczeniu
Na dzisiejszym rynku półprzewodników stojącym w obliczu ograniczonych zdolności produkcyjnych wielu oryginalnych producentów komponentów (OCM) przechodzi na krótsze cykle życia produktów. Jednak wiele branż wymaga, aby możliwe było użytkowanie i obsługa urządzeń o krytycznym znaczeniu przez wiele dekad, co sprawia, że utrzymanie ciągłości dostaw niezbędnych komponentów ma zasadnicze znaczenie w ciągu całego cyklu życia urządzeń i systemów.
Długookresowe przechowywanie komponentów półprzewodnikowych po zamknięciu produkcji stanowi jedno z powszechnie stosowanych rozwiązań. Rochester Electronics prowadzi usługi w zakresie przechowywania długookresowego od 1981 roku, co pozwalało łagodzić zakłócenia w łańcuchach dostaw na potrzeby rozwiązań o długim cyklu życia.
W przypadku korzystania ze środków przechowywania długookresowego ważne jest, aby odbiorcy mieli pewność, co do niezawodności elementów w zastosowaniach końcowych. W tym celu zespoły Rochester Electronics ds. jakości i niezawodności zbadały wpływ przechowywania długookresowego na właściwości mechaniczne i elektryczne komponentów półprzewodnikowych
Firma Texas Instruments opublikowała kilka raportów z badań nad niezawodnością komponentów po przechowywaniu długookresowym. We wnioskach pierwszej z prac podkreślono, że w przypadku prawidłowego przechowywania w środowisku kontrolowanym maksymalny czas przechowywania elementów półprzewodnikowych przekracza 15 lat, z kolei wnioski kolejnej pracy Texas Instruments mówią o braku stwierdzenia jakichkolwiek mechanizmów uszkodzeń w przypadku elementów półprzewodnikowych przechowywanych nawet do 21 lat. Należy podkreślić, że wyniki wspomnianych badań dotyczą komponentów przechowywanych w środowisku o kontrolowanych parametrach.
Badania przeprowadzone przez Rochester Electronics zostały przeprowadzone na zbiorze losowych komponentów przechowywanych w różnych warunkach przez okres do 17 lat, niektóre w środowiskach o warunkach kontrolowanych. Przebadano zbiór 8 różnych produktów, o 3 różnych typach metod powlekania wyprowadzeń, od 5 różnych dostawców. Ponadto w analizie naszej wykorzystano standardową płytę montażową i proces lutowania rozpływowego. Proces montażu przeprowadziła niezależna firma trzecia posiadająca znaczne doświadczenie w montażu na płytach obwodów drukowanych. Firma produkcyjna, z której usług skorzystano, jest w pełni certyfikowana zgodnie z ISO-9001 i ma 17 lat doświadczenia w branży.
Zespoły Rochester Electronics ds. jakości i niezawodności przeprowadziły analizy pod kątem uszkodzeń mechanicznych obudów układów, jakości połączeń lutowanych komponent - płyta obwodów oraz właściwości elektrycznych w celu sprawdzenia, czy właściwości układów półprzewodnikowych nie ulegają pogorszeniu w wyniku przechowywania długookresowego. W celu przeprowadzenia analiz wykorzystano obrazowanie rentgenowskie, otwieranie obudów urządzeniem laserowym i z użyciem kwasu, analizę przekrojów, badania z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz testy charakterystyk elektrycznych – funkcjonalne oraz testy charakterystyk czasowych.
Spośród dostępnych układów wybrano grupę losowych układów o różnych datach przydatności, obejmujących trzy typy obudów – 28-pinowa plastikowa obudowa na układy scalone (PLCC), 14-pinowa obudowa typu TSSOP oraz 8-stykowa obudowa typu VSON. Wymienione typy obudów pokazuje Rysunek 1.
W celu sprawdzenia wybranych układów pod kątem wad przeprowadzono laserowe otwieranie ich obudów. Nie stwierdzono korozji, wżerów lub pęknięć linii łączenia. Firma Rochester Electronics nawiązała współpracę z ekspertami w zakresie projektowania, produkcji i wykorzystania płyt obwodów drukowanych w celu przeprowadzenia montażu powierzchniowego elementów różnych typów obudów i o różnych datach przydatności. Wszystkie z tych układów z powodzeniem poddano procesowi lutowania rozpływowego w zewnętrznej firmie prowadzącej montaż układów elektronicznych. Firma Rochester Electronics potwierdziła to, wykorzystując metody inspekcji optycznej i rentgenowskiej połączeń lutowanych, analizę przekrojów podłużnych lutowanych wyprowadzeń oraz obrazowania SEM przekrojów połączeń lutowanych.
Na obu powierzchniach płyty obwodów zamontowano 57 układów do montażu powierzchniowego w obudowach plastikowych 12 różnych rozmiarów. Najstarsze układy montowane były w opakowaniach w 2006 roku. Sprawdzono wszystkie powierzchnie stykowe i nie stwierdzono żadnych wad, co potwierdziło udane przeprowadzenie procesu montażu na płycie obwodów.
W celu uzyskania lepszego obrazu trudno dostępnych geometrii połączeń lutowanych, wykonano zdjęcia rentgenowskie zespołów płyt obwodów pod małym kątem. Zdjęcia układu w opakowaniu VSON nie pokazały dodatkowych szczegółów ze względu na mały rozmiar układu i małe odległości między połączeniami lutowanymi.
Wykonano również obrazy SEM przekrojów wyprowadzeń. Pokazały one dokładny profil i strukturę wewnętrzną połączeń lutowanych. Struktura wewnętrzna połączeń pozbawiona była wad, co potwierdziło wyniki inspekcji zewnętrznych ponownie potwierdzając prawidłowy proces montażu elementów na płycie obwodów.
Te same techniki obrazowania zostały wykorzystane do sprawdzenia stanu materiału opakowań układów scalonych oraz do sprawdzenia elementów wewnętrznych układów pod kątem wad. Żadnych wad nie stwierdzono.
W przypadku wszystkich układów przeprowadzono otwarcie obudów, a następnie krótkie trawienie kwasem. Nie stwierdzono uszkodzeń świadczących o szkodliwym oddziaływaniu czynników środowiskowych lub teoretycznych mechanizmów pogorszenia właściwości w wyniku przechowywania długoterminowego. W przypadku wszystkich układów nie stwierdzono pęknięć, delaminacji lub wad przewodów łączących wyprowadzenia z płytkami krzemowymi. Zdjęcia przedstawiające elementy o krytycznym znaczeniu w przypadku przedstawianych badań pokazano na Rysunkach 14 do 22.
Sprawdzenie charakterystyk katalogowych przeprowadzono dla trzech typów układów o dwóch różnych datach przydatności. Układy te zostały wyprodukowane na przestrzeni prawie 15 lat. Testom poddano dwadzieścia układów 9513APC, dwadzieścia pięć układów 27S21PC i pięćdziesiąt układów UC3835N dla każdej z dat przydatności. Charakterystyki wszystkich testowanych urządzeń mieściły się w tolerancjach podanych przez producenta i nie wykazywały znacznych lub charakterystycznie spójnych dla dat przydatności zmian w zakresie rozkładu wartości pomiarowych.
Dane zgromadzone w czasie badania wskazują na brak uszkodzeń wewnętrznych lub zewnętrznych, w tym brak wad spoin lutowanych między układami scalonymi a płytami obwodów w przypadku układów przechowywanych nawet ponad 10 lat. Nie stwierdzono śladów korozji, pęknięć lub delaminacji. Układy poddane testom przeszły wszelkie odpowiednie testy elektryczne – funkcjonalne oraz testy charakterystyk czasowych.
Szczegółowe badania Rochester Electronics pokazały, że przechowywanie długookresowe nie wiąże się wprost z degradacją właściwości produktów półprzewodnikowych. Produkty nadal nadają się do użytkowania i montażu, a ich charakterystyki elektryczne pozostaną bez zmian przez kolejne lata. Przechowywanie komponentów półprzewodnikowych stanowi realne rozwiązanie w przypadku produktów o długim cyklu życia.
Badanie autorstwa Rochester Electronics: „Wpływ przechowywania długookresowego na właściwości mechaniczne i elektryczne komponentów półprzewodnikowych”
Badanie autorstwa Rochester Electronics: „Wpływ przechowywania długookresowego na lutowalność komponentów półprzewodnikowych”
Badanie autorstwa Texas Instruments: „Wpływ przechowywania długookresowego na właściwości komponentów półprzewodnikowych”
Badanie autorstwa Texas Instruments: „Niezawodność komponentów przechowywanych długookresowo”
Dlaczego sama data przydatności nie stanowi wyznacznika jakości lub niezawodności
