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Academia Politécnica Militar

Confiabilidad AplicadaConfiabilidad AplicadaCol Jose D Salinas, MSc Quality and Reliability

�CONFIABILIDAD ELECTRONICA

Objetivos

�Entregar una visión de los métodos de bases

de datos de confiabilidad electrónica

�Entregar una visión de los métodos de

integridad de confiabilidad electrónica

�Entregar una visión de los métodos de

aseguramiento de confiabilidad electrónica

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Alcance

�Historia de la confiabilidad Electrónica

� Bases de datos

�Integridad Electrónica

� Diseño

� Manufactura

� Post Producción

Historia de la Confiabilidad electrónica

Historia de la Confiabilidad Electrónica

�Las válvulas eran no confiables

�El rápido crecimiento de la complejidad con

la introducción de componentes de estado

sólido

Llevó a la idea universal de una

TASA CONSTANTE DE FALLAS

(y su inversa, MTBF)

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¿Que afecta la TASA DE FALLAS?

� Temperatura

� Voltaje y tensión

� “Control de Calidad”

� Madurez del producto

� Empaque

� etc.

Y así nació la idea de una Base de Datos que

pudiera identificar la “base” de la tasa de fallas

y permitir cálculos de tasa de falla bajo la

influencia del ambiente de uso

Military Handbook 217

�Cada edición ha indicado una mejor y mejor

“base de tasa de fallas”

�Algunos usuarios creen que calcula la

MEJOR confiabilidad que puede lograrse

�Algunos otros creen que las tasas de fallas

que calcula son CONSERVADORAS

�La confiabilidad actual ha estado órdenes

de magnitud diferente de los cálculos del

manual

Mil Hdbk 2|17 Cálculo Ejemplo

� Para microcircuitos: Puerta/Arreglos lógicos y

Micropocesadores

λp = (C1πT+C2πE) πq πL fallas/10� horas

C1 es la tasa de fallas de la complejidad del molde

C2 es la tasa de fallas del paquete

πT Es el factor de tensión por temperatura

πE Es el factor Medio Ambiebnte

πq Es el factor calidad

πL Es el factor aprendizaje

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Ejemplo de Critrio

� Un dispositivo MOS con 20,000 gates y 40 pins, fabricado por

un proceso de producción Clase B-1 (11/2 Año de producción) e

instalado en un equipo que operará en un ambiente móvil en

terreno con una temperatura de unión de 120°C

� Valores de las tablas

C1 = 0.160 C2 = 0.015 πT = 2.697

πE = 4.0 πq = 2.0 πL = 1.2

Resultados de Modelo

λp = 1.18 fallas / 10� � horas

Debilidades en Bases de Datos

Genéricas

�No identifica fabricantes específicos

�No busca diseño únicos de componentes y

sistemas

�No investiga modos de falla específicos

Integridad Electrónica

�Consideraciones de diseño

�Cosideraciones de Manufactura

�Control de Proceso de post-producción

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Consideraciones de Diseño

Modos de Falla de Componentes

Otras fallas están relacionadas con Calidad

Metaliuzación Óxidos

Electromigración Falla Dieléctrica

Corrosión Inyección calor del soporte

Migración de Tensión Inversión

Consideraciones de Diseño

�Ensamblajes

�Vibración y cargas mecánicas

�Expansión Térmica y alta/baja tolerancia a

temperatura

�Ataque químico

Consideraciones de Diseño

�Ensamblajes

Corrosión y fatiga son mecanismos de falla

dominantes y deben ser prevenidos por un

diseño apropiado

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Consideraciones de Diseño

Uniones soldadas

La confiabilidad de las uniones soldadas es

significantemente afectada por fatiga térmica y

vibracional. Herramientas de análisis por elementos

finitos (FEA) son ampliamente disponibles para evaluar

la resistencia a la fatiga de estructuras pequeñas y hay

un gran número de papers publicados que evalúan e

informan en estos aspectos. Por lo tanto con el

conocimiento ganado, es posible identificar los

aspectos de diseño de detalle y procesos de

producción que afectan adversamente la vida de fatiga

de las uniones soldadas

Consideraciones de Manufactura

CALIDAD

CALIDAD

CALIDAD

!!!!

CONTROLAR EL PROCESO DE MANUFACTURA

Consideraciones de manufactura

• El proceso de Manufactura puede dañar componentes• El armado introducirá modos de falla adicionales

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Control de Proceso de Post-

Producción

�Screening es la aplicación de una tensión de

salida para precipitar la falla de ensambles

de componentes débiles, previniendo de

esta forma que sean entregados al cliente

�Screening puede ser aplicado para buscar

componentes individuales o ensamblajes

que fallan en cumplir la diseñada

resistencia/ confiabilidad

Control de Proceso de Post-

Producción

Screens tipicos:

�Alta y baja temperatura

�Cambio rápido de temperatura

�Vibración y golpes

�Humedad

�Tensión eléctrica

�Otras screens tales como PIND (Particle

Impact Noise Detection) buscan observar

fallas más que causas de falla

Screen Targets

� Ciclos de Temperatura

� Uniones húmedas

� Conecciuones pobres

� Falla de sellos herméticos

� Vibraciones

� Uniones débiles

� Cables separados o pinchados

� Grietas de la tarjeta

� Cortos multilayer

� Ciclo de Voltaje

� Contactos pobres

� Fallas no catastróficas

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Diagrama de Cusa y Efecto con

Screens recomendadas

Resumen

La confiabilidad Electrónica es ahora buena, provisto que

� Modos de fallas conocidos de componentes son atacados

durante el diseño

� El diseño de ensamble se trata como una problema de

confiabilidad mecánica

� Los procesos de manufactura son controlados

� Las fallas que quedan latentes son controladas usando

screening – pero sólo cuando el riesgo indica que esto es

apropiado – control de procesos es mejor

¡“Base de Datos” de confiabilidad y tasas de falla constantes son

un pobre sustituto!