METODOLOGIA DE ANÁLISE DE FALHAS EM COMPONENTES ELETRÔNICOS Autores:Tatiana Regina da Fonseca 1 ; Jonilson da Silva Adachi 1 Filiação: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, São José dos Campos-SP, São Paulo, BraSil. RESUMO A análise de falhas é o processo para determinar a causa da falha, coletar e analisar dados e desenvolver conclusões para eliminar o mecanismo de falha em sistemas de falhas ou algum dispositivo específico. Falhas podem ocorrer durante o período de vida de ciclo do produto. Algumas falhas podem ser resultado de projeto, manuseio, componentes e processos de fabricação, overtress e manutenção [1]. O Laboratório de Confiabilidade e Qualificação de Componentes do Laboratório de Integração e Testes - LIT do INPE é responsável por especificações, aquisição, recebimento e ensaios (elétricos, ambientais e ensaios destrutivos) dos componentes utilizados nos programas espaciais. Para identificar e analisar a causa da falha, muitas vezes não identificada por outros testes, o laboratório desenvolveu uma metodologia de análise em que utiliza-se do microscópio eletrônico de varredura - MEV para inspeção interna. Esta investigação da falha deve ocorrer de acordo com as normas militares ou espaciais em que os componentes foram fabricados (de acordo com o part number). INTRODUÇÃO Falhas em componentes eletrônicos podem ser divididos basicamente em 3 classes distintas de falhas, de acordo com o modelo tradicional da curva da banheira [1]: - Inicio da vida ou mortalidade infantil: resultado de defeitos introduzidos durante a fabricação ou processo de montagem [1]; - Evento relacionado ou taxa de falhas constante: o período de vida útil é caracterizado por uma taxa constante relativa de falha causada por eventos ocorridos aleatoriamente [1]; - Desgaste: ocorre como um resultado de exposição prolongado operacional ou tensões ambientais [1].
Figura 1 - Curva da Banheira A investigação da falha em componentes eletrônicos por meio do MEV, muitas vezes ocorre na fase de taxa de falhas constantes.esta investigação ocorre através de normas espaciais e militares de cada componente. Os fabricantes devem seguir estas normas para a fabricação de seus produtos. MÉTODOS Para a análise de falhas, são utilizadas as normas MIL do Departamento de Defesa norte-americana e as normas ESCC da Agência Espacial Europeia.Os requisitos da investigação seguem as normas utilizadas para a construção do componente, portanto, para cada caso há um caminho a ser seguido. Para a investigação ser bem sucedida, é importante seguir uma sequência de testes para não se perder os dados necessários para encontrar a causa raiz. Abaixo segue o fluxograma descrevendo a sequencia utilizada pelo LQC para a análise de falhas.
Figura 2: Metodologia de análise de falhas aplicada pelo LQC. Após a caracterização da anomalia, é necessário identificar e evidenciar a falha. Devido à evolução da tecnologia, os componentes estão cada vez menores. Por isso, é necessário recorrer ao MEV, para dar continuidade da investigação em pontos suspeitos anteriormente ou novas áreas que não haviam sido percebidos.
RESULTADOS Por meio do MEV é possível coletar dados da falha em componentes eletrônicos e assim investigar a causa. A Figura 2 representa uma investigação de falha de um circuito integrado PN 5962F9961801VXC. O wirebond apresenta sobreaquecimento, não identificado em outros ensaios, causado possivelmente por overstress. Figura 3 - Overstress no fio do condutor, o componente apresentou falha catastrófica, parando de funcionar. A Figura 3 representa uma investigação de falha de um conversos hibrido PN 5107SE-S02.5HF. Foi identificado uma trinca no banco de capacitores cerâmicos de BaTiO 3 da amostra, o que causou baixa impedância de saída,medida durante a caracterização elétrica.
DISCUSSÃO Figura 4 - Trinca no banco de capacitores cerâmicos A análise de falhas precisa ser o suficiente para produzir conclusões adequadas, determinar a causa raiz,ou dar início de ação corretiva para eliminar ou prevenir a origem da falha e não comprometer a missão. O MEV possibilita dar continuidade a uma investigação mais detalhada dos componentes eletrônicos, através de imagens com maior resolução e ampliação, na qual nenhuma outra técnica disponível no laboratório possui. No LQC, localizado no INPE-LIT, há inúmeros estudos de falhas em componentes eletrônicos concluídos através da investigação interna, utilizando essas imagens. REFERÊNCIAS [1] Martin. L Perry "Electronic Failure Analysis Handbook", McGraw - Hill Handbooks. [2] Department of Defense TEST METHOD STANDARDMICROCIRCUITS, MIL-STD-883H.