Fyzika poruch v elektronice – Terminologie

Physics of Failure in Electronics – Terminology

Physics of Failure (fyzika poruch), rovněž nazývaná Reliability Physics (fyzika spolehlivosti), se zabývá degradačními procesy, které popisují jak se mechanizmy fyzikální, chemické, mechanické, tepelné nebo elektrické rozvíjejí v čase a vyvolávají poruchy. Fyzika poruch je používána v řadě oblastí techniky a byla využívána rovněž pro předpovídání spolehlivosti již prvních generací elektronických dílů a systémů [wiki].

Článek se zabývá analýzou poruch ve všech oblastech využívání elektroniky i ve všech fázích života elektroniky, tj. poruchami, které byly odhaleny při požadovaných zkouškách, při provozu, a respektovány pro předcházení výskytu potenciálních poruch již při návrhu zařízení, která obsahují elektronické podsestavy. Příspěvek je úvodem do základní anglické a české terminologie a zkratek z této oblasti.

Bathtub Curve (vanová křivka) představuje klasický pohled na životní cyklus výrobku – viz obr. 1. Z pohledu fyziky poruch bude křivka „méně hezká“.

MIL-HDBK-217, Reliability prediction handbook – příručka pro predikci [ČSJ] obsahuje modely četnosti poruch pro různé typy komponent používaných v elektronických sestavách, jako jsou integrované obvody, tranzistory, diody, rezistory, kondenzátory, relé, spínače, konektory atp. Tyto modely četnosti poruch vycházejí z provozních dat, která jsou analyzována a zpracovávána do použitelných modelů. Některé společnosti [např. DfR] tento přístup nahrazují pomocí znalostí mechanismů poruch, tj. pomocí fyziky poruch.

Failure Analysis Laboratories (laboratoře pro rozbor poruch) musí být zahrnuty v efektivní zpětné vazbě při vývoji, provozu i servisu výrobků. Obvykle se mohou prokázat certifikátem ISO 9001 [IAL]. Typické nabízené služby [DfR, IAL, ZČU]:

• Authenticity Analysis (zjišťování falešných komponent)
• Construction Analysis Services (zjišťování konstrukčních podrobností o součástce nebo desce)
• Discrete Failure Analysis (analýza poruch diskrétních součástek)
• Failure Analysis (analýza poruch)
• IC Failure Analysis (analýza poruch integrovaných obvodů)
• Inspection Services (kontrolní služby: polovodiče, DPS, e-sestavy)
• Package Integrity Testing (testování integrity pouzdra)
• PCB Failure Analysis (analýza poruch DPS)
• PCB Quality Auditing (Audity kvality pro DPS)
• Real Time High Resolution X-Ray Inspection (rentgenová kontrola s vysokým rozlišením v reálném čase)
• RoHS Auditing Inspection (auditní kontroly na RoHS: nebezpečné látky)
• Scanning Acoustic Microscopy (skenovací akustická mikroskopie)
• Teardown Services (služby s destrukcí: rozpouzdření, výbrusy)
• Thermo-mechanical analysis (termomechanické hodnocení funkčních celků, např. infračervenou kamerou)

Vysvětlení dalších pojmů

• Failure mode, effects and criticality analysis, FME(C)A (analýza způsobů, důsledků a kritičnosti poruch) [ČSJ]
• Failure mode značí způsob, jakým u objektu dochází k poruše; někdy též jak se porucha projevuje, pozoruje, vnímá atp. [192; 60812]
• Reliability (bezporuchovost <objektu>) schopnost fungovat v daných podmínkách během daného časového intervalu bez poruchy tak, jak je požadováno [192]
• Dependability (spolehlivost <objektu>) schopnost fungovat tak, jak je požadováno a tehdy, když je to požadováno [192]
• Scanning Acoustic Microscopy, SAM (skenovací akustická mikroskopie) je nedestruktivní ultrazvuková (10 až 400 MHz) echo‑lokační technika, používaná např. pro detekci prasklin, delaminaci nebo dutinky v plastových pouzdrech integrovaných obvodů atp. [wiki]
• Scanning electron microscopy (skenovací elektronová mikroskopie) je zobrazení povrchu vzorku nejčastěji pomocí sekundárních elektronů nebo zpětně odražených elektronů
• TESCAN (TEsla a SCANning) je ryze česká akciová společnost založená 1991 vývojovými a servisními pracovníky ze zaniklé společnosti Tesla Brno. Patří mezi světové dodavatele přístrojové techniky a vědeckých zařízení pro oblasti mikrotechnologie a nanotechnologie, zejména e‑mikroskopů

Literatura:

[192] ČSN IEC 60050‑192: 2015 Bezporuchovost

[60812] ČSN EN 60812 Techniky analýzy bezporuchovosti systémů – Postup analýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA)

[61189] ČSN EN 61189 Zkušební metody pro elektrotechnické materiály, propojovací struktury a sestavy

[650] IPC-(tm)-650 Test MethodsManual

[ČSJ] Česká společnost pro jakost, Prediktivní analýzy spolehlivosti a možnosti jejich využití, 2015

[DfR] DfR Solutions, Electronics Design Manufacturing Reliability Presentations and Tutorials – www.dfrsolutions.com

[IAL] Insight Analytical Labs, Inc, www.ial-fa.com

[wiki] Wikipedia – http://en.wikipedia.org; http://cs.wikipedia.org

[ZČU] Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta elektrotechnická, Regionální inovační centrum elektrotechniky