Felanalys
Är min konstruktion tillförlitlig? Vad kan gå fel? Varför? Kan fel undvikas? Hur upptäcker
man felet?
Felanalys behandlar dessa och relaterade frågor.
Vad kan gå fel i en elektronisk produkt? Vad kan gå fel på komponentnivå? Kunskap om
felmekanismer möjliggör det för konstruktören att utan allt för höga kostnader och
överdimensioneringar göra en robust och tillförlitlig konstruktion som uppfyller de
kvalitetskrav som man har på produkten.
Typiska fel på elektroniska komponenter
Figuren visar skiss av en BGA komponent.
Det kan uppstå fel på kiselbrickan
t.ex., dopkoncentrationer ändras
pga. diffusion orsakad av för hög
driftstemperatur under lång tid.
Ledningsmönstret på kislet går
av/avsmalnar (elektromigration)
pga. höga strömmar eller
elektrostatisk urladdning (ESD).
Bondtråd som förbinder kretsen
med kapseln kan gå av. På
kapselnivå kan ledningsmönstret i
kapselns mönsterkort gå av,
anslutningsbenen, bumparna kan gå
av, kortslutning av närliggande
anslutningsben/uttag. Limningen
mellan kisel och kapseln kan släppa
(delaminering). Molding compound
(plasten ovantill) kan skadas,
dimensionen kan ändras pga.
temperaturcykling.
Hur upptäcker man dessa fel? Elektriska mätningar visar att något är fel oftast indikerar
avbrott eller kortslutning. Elektriska mätningar visar inte var exakt felet har uppstått. Ett
avbrott kan vara alltifrån skada på kisel nivå till bruten lödfog.
Felanalys handlar om att ”titta” med rätt verktyg in i kapseln. Denna föreläsning handlar om
att beskriva de vanligaste verktygen som används inom felanalys och visa exempel på vad
varje verktyg klarar. Vid besöket i Göteborg kommer ni att se många av dessa verktyg och
förhoppningsvis få dem demonstrerad. Materialet är hämtad för det mesta på internet (öppna
källor), kombinerad med egna mätresultat.
Notera att felanalys är en del av utvecklingsarbetet och inte en del av
reparationsverksamheten.
"WHAT WENT WRONG?" and how to prevent it from happening again!!
Product and process failures can dramatically impact cost and customer goodwill. The Failure Analysis
Laboratory, located at the Sand Lake Road facility in Orlando, offers the analytical services for electronics,
electronic packaging, electro-mechanical, and most mechanical and hydraulic devices and assemblies. In
addition to failure analysis the lab also performs testing, evaluation and destructive physical analysis (DPA). The
F.A. Lab is staffed by experienced engineers and technician. Their backgrounds include diverse fields such as
Electronics, Mechanics, Engineering, Metallurgy, Physics, and Chemistry. The Failure Analysis laboratory also
maintains historical database of the published F.A. reports. The F.A. Lab is equipped with over two hundred
items of analytical and testing equipment worth over $1.2 millions.
X-Ray:
A "Fein Focus" real time x-ray microscope has the capability to manipulate small samples in X, Y, Z, rotation
and tilt modes while viewing the image on the monitor. The Z - mode also acts as the zoom providing image
magnifications up to x275. An integrated image processing provides enhanced image contrast and quality for
clarity. It is fitted with video recording system that can provide high resolution still video pictures or voice
annotated S-VHS video tape of actions or operation of the subject component. The elctronic images can be
inserted in reports or transmitted with e-mail.
SEM/EDS:
(Scanning Electron Microscope/ Energy Dispersive x-ray spectroscopy)
The Leica/Cambridge "Stereoscan 360" SEM fitted with a Kevex delta class EDS system. The SEM is capable
of generating images at magnifications up to x300,000. In addition to the secondary electrons mode, images can
be generated in back-scattered electrons mode which show contrast depending on Z (atomic number) of the
element/s present. Other available modes include Specimen-current, DynamicVoltage contrast, EBIC, and
selected area diffraction. The EDS system can determine the presence of elements boron and higher Z (including
carbon, oxygen, and nitrogen) in the form of spectra or an area map of distribution of elements.
Photon Emission Microscope:
It is useful for detecting and locating IC device failure sites caused by marginally excess current dissipation by
detecting the IR (and visible) photon emission from the failure sites.
SLAM and C-SAM:
(Scanning Laser Acoustic Microscope and C-mode Scanning Acoustic Microscope)
Are very effective for finding sub-surface defects in electronics components and assemblies.
Thermal Imager:
Generates infra-red false color images to help locate "hot spots" in the failed devices and small assemblies for
failure analysis. It can also be used for measuring temperatures at small areas of devices.
Electronics test equipment:
Probe Stations, Curve-tracers, Digital Multimeters, Semiconductor Parameter analyzers, Oscilloscopes, LCR
meters, Digital thermometers, Function generators, Automated test equipment, Temperature chambers for high
and low temperatures, DATA-IO programmer, Jet-Etch to decap plastic encapsulated devices, Reactive Ion
Etcher, Metallography/cross-sectioning equipment, Optical microscopes, etc. form a partial list of equipment in
the Lab.
Källa: (Lockheed Martin Corporation),
http://www.lockheedmartin.com/