פתרונות אחסון ארוכי-טווח עבור יישומים בעלי מחזורי חיים ממושכים

תמיכה בתעשיות חיוניות

בשוק המוליכים למחצה של ימינו שבו נפחי התפוקה וכושר הייצור מוגבלים, יצרני רכיבים (OCM) רבים מעדיפים מוצרים בעלי מחזור חיים קצר יותר. עם זאת, עדיין ישנן מספר תעשיות אשר עושות שימוש בציוד שנועד לשמש במשך עשורים רבים. בשל כך, נדרשת תמיכה של אספקת רכיבים מתמשכת עבור יישומים לכל אורך מחזור חייהם.

אחד הפתרונות הנפוצים הוא אחסון רכיבי מוליך למחצה לפרקי זמן ממושכים לאחר שהופסק ייצורם. Rochester Electronics מאחסנת בהצלחה רכיבים למשך פרקי זמן ממושכים, ומגנה מפני הפרעות לשרשרת האספקה עבור יישומים בעלי מחזורי חיים ארוכים מאז 1981.

כאשר עושים שימוש באחסון רכיבים לטווח-ארוך, לקוח הקצה רוצה להיות בטוח כי הרכיבים יאפשרו תפקוד אמין בשטח לאחר אחסון כראוי של הרכיבים. בדיוק מסיבה זו, צוותי האיכות והאמינות של Rochester בדקו מהן ההשפעות ארוכות-הטווח של אחסון על השלמות המכנית ועל הביצועים החשמליים של הרכיבים.

ישנן מספר סקירות שפורסמו על ידי Texas Instruments בהן נבדקה רמת האמינות של רכיבים לאחר אחסון ארוך-טווח. המאמר המקורי הדגים כי חיי המדף של מוצרי מוליך למחצה אשר אוחסנו כראוי בסביבה מבוקרת הגיעו ליותר מ-15 שנים, ומאמר המשך שנכתב על-ידי Texas Instruments הראה כי לא נמצאו מנגנוני כשל כלל ברכיבים שאוחסנו במשך למעלה מ-21 שנים. חשוב לציין כי מחקרים אלו התבססו על רכיבים שנשמרו בתנאי סביבה מבוקרים.

בבדיקה של Rochester השתמשנו במדגם אקראי של רכיבים שאוחסנו במגוון סביבות במשך עד 17 שנים. נבחרו 8 מוצרים שונים להערכה, אשר כללו 3 סוגי גימורי מוליכים (lead finish) שונים, והגיעו מ-5 ספקים שונים. בנוסף לזאת, הבדיקות שלנו נעשו באמצעות שימוש בלוחות השמה סטנדרטיים ותהליך ייצור של הלחמה באדים (ריפלאו - reflow) עם משחת הלחמה סטנדרטי. נעשה שימוש בשירותיה של חברת צד ג' חיצונית , חברה לייצור רכיבים אלקטרוניים אשר מנוסה בהרכבת מעגלים מודפסים לשם לביצוע תהליך ההרכבה. בית האריזה וההרכבה של קבלנית זו היה בעל הסמכת תקן ISO-9001 ובעל למעלה מ-17 שנות ניסיון בתחום.

צוותי האיכות והאמינות של Rochester ביצעו את ניתוחי תקינות פנים המארז, ניתוחי איכות חיבורי ההלחם (solder joints) בין הרכיבים ל-PCB, ואת ניתוחי תוצאות הבדיקות החשמליות, כדי לאמת כי אין דגרדציה או ירידה באיכות המוליכים למחצה לאחר אחסון ממושך. שיטות הניתוח כללו צילומי X-Ray, בדיקות לייזר, דקפסולציה באמצעות חומצה, ביצוע חתכי רוחב, הדמיות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), ובדיקות חשמליות עבור פונקציונלית ותזמון.

התבצעה דגימה אקראית באמצעות בחירת 3 מארזים שונים בעלי קודי ייצור שונים, מבין ההתקנים שהיו זמינים לבדיקה. נבחרו אקראית מבין הדגימות 3 סוגי מארזים בעלי קודי ייצור (date codes) שונים: -28,lead PLCC -14,lead TSSOP ו--8.pad VSON

הוצאת ההתקנים שנדגמו מהמארזים (דקפסולציה) באמצעות לייזר כדי לחשוף את פיסת הסיליקון ולאתר פגמים. לא אותרו קורוזיה, שקערוריות (cratering), או סדקים למשטח החיבור. Rochester חָברה למומחים בתעשייה לתכנון, ייצור, ושימוש בלוחות מעגלים עבור ההשמה של מגוון התקני surface-mount בעלי סוגי מארזים וקודי ייצור שונים. כל ההתקנים עברו בהצלחה את תהליך ה-reflow אצל חברת ההרכבה החיצונית. Rochester אימתה תוצאות אלו באמצעות בדיקה חזותית ובדיקת X-Ray של מחברי ההלחם (solder joints) בחתך רוחב לאורך הרגליים (leads) המולחמות, והדמיית SEM של חתך רוחב של מחברי ההלחם.

חמישים-ושבעה התקני surface-mount בעלי 12 קווי מתאר שונים, אשר נארזו לכל המוקדם ב-2006, הוצמדו לשני הצדדים של כל PCB. לאחר שכל המשטחים נבדקו ולא אותרו כשלים, שלב ההרכבה הוגדר כהצלחה.

כדי לנסות להבין טוב יותר את תמונת המצב של ה-solder fillet המעורפלים, ה-PCBs עברו צילומי X-Ray במבט אלכסוני. צילום מארז ה-VSON לא סיפק מידע נוסף בשל סקאלת האורך והצפיפות של כיסוי ההלחם.

בנוסף, הדמיות SEM נלקחו לאחר ביצוע חתך רוחב ב-leads, אשר מראות את הפרופיל המדויק ואת המבנה הפנימי של ה-solder fillet. המבנים הפנימיים של ה-solder fillet נמצאו תקינים, תאמו לאלו שנצפו בבדיקות החיצוניות, ואיששו כי תהליך הרכבת ה-PCB בוצע בהצלחה.

נעשה שימוש באותן טכניקות דימות כדי לאמת את שלמות החומרים המצויים במארז, ולבחון את מאפייני ההתקן הפנימי לשם איתור פגמים. לא אותרו פגמים.

נעשה שימוש בלייזר עבור ההוצאה מהמארז (דקפסולציה) ולאחריה בוצעה צריבה קצרה עם חומצה (etching). לא זוהו כלל נזקים אשר ניתן להסבירם באמצעות גורמים סביבתיים, או באמצעות מנגנוני הדגרדציה המשוערים שלאחר אחסון ארוך-טווח. כל ההתקנים נמצאו ללא סדקים, דלמינציות, או פגמים לחיבורי החוטים (bond wire).

שלושה מוצרים בעלי 2 קודי ייצור שונים נבדקו, בהתאם לדרישות המפרט הטכני שלהם. ההתקנים שנבדקו היו בני עד 15 שנים. עשרים התקני 9513APC, 25 התקני 27S21PC, ו-50 התקני UC3835N נבדקו עבור כל קוד ייצור. כל ההתקנים הדגימו ביצועים תואמים לגבולות המתוארים בגיליון הנתונים שלהם, ולא נצפה הבדל או מגמה מובהקים כתלות בקודי הייצור.

הנתונים הללו מצביעים כי שלמותם ותקינותם הפנימית והחיצונית של התקנים, וכן עמידות ההלחם של המעגלים המודפסים נשמרים, גם לאחר למעלה מעשור של אחסון. ההתקנים לא הראו סימנים של קורוזיה, סדקים, או דלמינציה. ההתקנים שנבדקו עברו בהצלחה את כל הבדיקות הפונקציונליות ואת בדיקות התזמון אליהם הם נחשפו.

המחקר המקיף של Rochester מראה ומדגים כי אחסון ארוך-טווח לא בהכרח מביא לפגיעה באיכות המוצר. למעשה, רכיבים אלו עדיין ניתנים להרכבה ונשמרת התקינות החשמלית שלהם לאורך שנים רבים. אחסון מהווה פתרון יעיל עבור יישומים בעלי מחזורי-חיים ארוכים.