Confiabilidade em Sistemas Eletrônicos

Transcrição

1 Confiabilidade em Sistemas Eletrônicos Construindo Confiabilidade Alessandro L. Koerich

2 Introdução É quase impossível ganhar um nicho de mercado sem ter produtos confiáveis. Logo, qualquer empresa que almeje sucesso comercial deve ter procedimentos bem definidos para assegurar um certo nível de confiabilidade.

3 Introdução No passado: Confiabilidade era tratada tardiamente Testes de confiabilidade: IdenIficar algumas falhas Modelos estalsico usados para obter taxas de falha Tabelas consultadas para ver se um produto é confiável ou não. No presente: Confiabilidade construída na fase de projeto e durante todo o processo de manufatura. Projeto para confiabilidade Cuidado especial com o projeto térmico Confiabilidade do processo de manufatura Cuidado especial com a úlima etapa da manufatura: Screening (triagem)

4 Introdução No caso de componentes eletrônicos, a confiabilidade é influenciada pela: Qualidade do material Projeto do layout Processo de manufatura O comportamento do componente em campo também é um elemento importante para a melhoria conlnua da confiabilidade.

5 Projeto para Confiabilidade (Design for Reliability - DfR) O processo de projeto consiste de dois elementos principais: Um conjunto de regras de projeto para tornar um componente eletrônico confiável, eletricamente, mecanicamente e visualmente. Devem ser coninuamente atualizadas. Métodos prediivos capazes de avaliar a confiabilidade do futuro disposiivo baseado em dados de projeto e modelos que descrevem o comportamento temporal e sob stress de produtos similares.

6 Projeto para Confiabilidade (Design for Reliability - DfR) O processo de manufatura tem dois passos principais: Processamento em nível de wafer: regras específicas para idenificar os riscos de falhas e tentar reduzi- los; Encapsulamento (packing): testes de confiabilidade para verificar o comportamento do disposiivo encapsulado sob vários estresses.

7 Projeto para Confiabilidade (Design for Reliability - DfR) Com o produto pronto, antes da produção em massa, ele deve ser qualificado: passar por uma série de testes de confiabilidade, gerando dados oficiais de confiabilidade. Durante a produção em massa, deve haver um sistema de monitores de confiabilidade, onde amostras do final de linha são sujeitas a testes de confiabilidade.

8 Projeto para Confiabilidade (Design for Reliability - DfR) Finalmente, os disposiivos finalizados devem ser submeidos a testes de burn- in e screening. Eliminar disposiivos fracos, aqueles capazes de falhar nas primeiras horas de funcionamento. Logo, DfR é integrada em um sistema visando construir e monitorar a confiabilidade de um produto!

9 Projeto para Confiabilidade Projeto Robusto: Robustez é o estado onde tecnologia, produto, ou desempenho do processo é minimamente sensível aos fatores que causam a variabilidade (tanto na produção quanto no ambiente do usuário) e envelhece no menor custo de produção unitário. G. Taguchi. Técnicas usadas para melhorar o desempenho fundamental de um componente eletrônico que leva em conta fatores que podem afetar o desempenho durante a produção ou uso. Variações dos parâmetros de fabricação Variações ambientais ou uso impróprio

10 Projeto para Confiabilidade Projeto Robusto: A abordagem DfR: 1. Capturar a voz do consumidor e traduzir em uma função engenharia 2. Criar um projeto imune a ação dos fatores de perturbações usando métodos de Taguchi Desenvolver uma métrica que capture a função antecipando possíveis desvios Projetar um produto que assegure a estabilidade da métrica na presença de desvios 3. Usar métodos de esimação de confiabilidade Avalie e Conserte è Antecipe e Projete

11 Projeto para Confiabilidade Projeto Robusto: A abordagem proposta por Taguchi contém 3 fases para o projeto do produto: 1. Projeto do sistema (do conceito) 2. Projeto dos parâmetros (preliminar) 3. Projeto da tolerância (detalhado)

12 Projeto para Confiabilidade

13 Projeto para Confiabilidade

14 SLides Projeto para Confiabilidade

15 Projeto para Confiabilidade Projeto Térmico: Para considerar o impacto da temperatura os 6 passos do método de jsica das falhas devem ser usados: 1. Conhecer e entender o ambiente onde o equipamento irá operar 2. Conhecer as propriedades do material e arquiteturas usadas no projeto 3. Aprender como os produtos falham sob várias formas de degradação.

16 Projeto para Confiabilidade Projeto Térmico: 4. Examinar cuidadosamente dados de falha em campo para obter informação de como as falhas ocorrem 5. Controlar a produção para reduzir variações que causam falhas. 6. Projetar o produto para levar em conta a degradação de desempenho relacionada a temperatura.

17 Projeto para Confiabilidade Projeto Térmico: Com base nos 6 passos anteriores, as principais ações a serem realizadas em um projeto térmico são: 1. Verificar os caminhos de condução e a resistência térmica do componente; 2. GaranIr uma convecção (transferência de calor pelo movimento do ar) rápida e efeiva (usando dissipadores); 3. Minimizar os gradientes térmicos 4. Minimizar os ciclos térmicos durante o uso do componente, pois pode degradar a interface entre materiais com diferentes coeficientes térmicos. 5. Analisar e medir a temperatura na superjcie

18 Projeto para Confiabilidade

19 Triagem e Burn- in Teste de triagem: O objeivo é idenificar componentes parcialmente confiáveis, com defeitos que não levam a uma imediata falha. Para cada lote, a dependência temporal de λ tem a forma da curva da banheira.

20 Triagem e Burn- in Testes de triagem significam:

21 Triagem e Burn- in Testes de Triagem: Fatores de stress: Principalmente temperatura e de tensão seguidos por um controle paramétrico ou eletrico com o objeivo de eliminar itens defeituosos, itens marginais ou itens que provavelmente apresentarão falhas prematuras. Teste Acelerado: É uma triagem durante a qual os níveis de stress aplicados aos componentes são superiores àqueles encontrados em nível operacional Visa abreviar o tempo para observar o comportamento do componente sob stress. Desvantagem: podem criar mecanismos de falha que não são encontrados em operação normal. Burn- in é um dos métodos de triagem...

22 Triagem e Burn- in Burn- in: Tem como objeivo detectar imperfeições ou defeitos latentes que tem uma alta probabilidade aparecer na fase de mortalidade infanil sob condições de campo (alguns dias ou milhares de horas).

23 Triagem e Burn- in Três Ipos de Burn- in: EstáIco: é aplicado stress de temperatura e tensões. Todas as saídas dos componentes são conectadas através de resistores em nível alto ou baixo. Dinâmico: stress de temperatura e operação dinâmica dos componentes. Potência: operação com carga máxima e em diferentes temperaturas (0 a 150 o C)

24 Triagem e Burn- in Burn- in estáico (ver MIL- STD 883H): Temperatura de +125 o C durante 168h. Seis testes básicos Mais adequado para seleção de grandes quanidades de produtos. Procedimento econômico Normalmente idenifica defeitos na superjcie, óxido e metalização resultantes de algum Ipo de contaminação.

25 Triagem e Burn- in Burn- in dinâmico (ver MIL- STD 883H): Temperatura entre +100 o C a +150 o C durante 48h a 240h. A tensão aplicada depende do tempo (Ex. nominal por 96h ou uma tensão superior a nominal por 24h.) Frequência de operação na vizinhança da frequência efeiva de operação. Aplicado normalmente a CIs LSI e VLSI.

26 Aspectos Econômicos do Burn- in

27 Aspectos Econômicos do Burn- in

28 Aspectos Econômicos do Burn- in

29 Screening Tests

30 Screening Tests