Apoio a setores críticos
No atual setor de semicondutores, em que a capacidade é limitada, muitos OCMs (Fabricantes de componentes originais) estão adotando vidas úteis de produtos mais curtas. No entanto, diversos setores exigem que equipamentos vitais continuem operacionais por décadas. Portanto, ter um suprimento contínuo de componentes é crucial para sustentar essas aplicações ao longo de toda a sua vida útil.
Uma solução comum é armazenar componentes de semicondutores por longos períodos após o fim da produção. A Rochester Electronics realiza o armazenamento bem-sucedido de componentes por longos períodos desde 1981 para compensar interrupções na cadeia de suprimentos para aplicações de longo prazo.
Quando o armazenamento de componentes de longo prazo é implantado, é importante que os usuários finais tenham certeza de que componentes armazenados adequadamente serão confiáveis no campo. Por esse motivo, as equipes de Qualidade e Confiabilidade de Rochester investigaram os efeitos do armazenamento de longo prazo na integridade mecânica e no desempenho elétrico.
Diversos relatórios técnicos publicados pela Texas Instruments investigaram a confiabilidade de componentes após armazenamento de longo prazo. Embora um relatório inicial tenha destacado que produtos de semicondutores devidamente armazenados em um ambiente controlado têm uma vida útil superior a 15 anos, um relatório subsequente da Texas Instruments indicou que não foram encontrados mecanismos de falha em componentes armazenados por até 21 anos. Vale notar que esses estudos se basearam em componentes que foram armazenados em ambientes controlados.
Investigações da própria Rochester utilizaram uma amostra aleatória de componentes armazenados em vários ambientes por até 17 anos. Foi avaliada uma seleção de 8 produtos diferentes, composta por 3 tipos de acabamento de terminal separados, de um total de 5 fornecedores diferentes. Além disso, a análise incluiu um processo de fabricação com placa de montagem e de refusão com pasta de solda padrão do setor. Uma fábrica terceirizada independente de produtos eletrônicos, com experiência em montagem de PCBs, realizou o processo de montagem. A empresa de montagem terceirizada é totalmente certificada por ISO-9001 e tem mais de 17 anos de experiência.
As equipes de Qualidade e Confiabilidade da Rochester realizaram análises de integridade interna dos encapsulamentos, qualidade da junta de solda entre componentes e PCB e dos resultados de ensaios elétricos para validar que dispositivos semicondutores não se degradam após armazenamento de longo prazo. Os métodos de análise incluíram imagens de raio X, laser, desencapsulamento com ácido, seções transversais, SEM (Microscopia eletrônica de varredura) e ensaios elétricos funcionais e de tempo.
Uma amostra aleatória foi conduzida selecionando 3 encapsulamentos de diferentes tipos com códigos de datas variáveis de dispositivos disponíveis para ensaios. Os 3 tipos de encapsulamento foram um PLCC (encapsulamento plástico com terminal) de 28 terminais, um TSSOP (encapsulamento fino de pequena dimensão) de 14 terminais e um VSON (encapsulamento sem terminal muito fino de pequena dimensão) com 8 pads.
O desencapsulamento a laser foi realizado nos dispositivos selecionados para expor o chip e verificar a existência de defeitos. Não foram encontradas corrosão, crateras, nem trincas nos pads de ligação. A Rochester associou-se a especialistas do setor para o projeto, fabricação e utilização de placas de circuito impresso para montar vários dispositivos de montagem em superfície de diferentes tipos de encapsulamento e códigos de data. Todos os dispositivos concluíram com sucesso a refusão na montadora independente de PCBs. A Rochester verificou esses resultados com inspeção óptica e por raio X de juntas de solda, com seções transversais ao longo do comprimento de terminais soldados, e imagens de SEM de juntas de solda de seções transversais.
Cinquenta e sete dispositivos plásticos de montagem em superfície de 12 dimensões diferentes, encapsulados a partir de 2006, foram montados em ambos os lados de cada PCB. Todos os pads de ligação foram inspecionados e não foram encontrados falhas, confirmando o sucesso da montagem de PCBs
Para obter mais informações sobre filetes de solda obscurecidos de outra forma, as imagens de montagens de PCB foram obtidas com raio X em uma vista oblíqua. As imagens do encapsulamento VSON não forneceram nenhum detalhe adicional devido à escala de comprimento e à densidade da cobertura da solda.
Além disso, as imagens de SEM foram capturadas após executar as seções transversais de terminais, revelando o perfil e a estrutura interna precisos dos filetes de solda. Verificou-se que as estruturas internas dos filetes de solda estavam robustas, correspondendo às inspeções externas e validando a montagem bem-sucedida da PCB.
As mesmas técnicas de imagem também foram utilizadas para validar a integridade do material encapsulado e inspecionar se havia defeitos nas características internas do dispositivo. Nenhum defeito foi observado.
Todos os dispositivos foram desencapsulados a laser e acabados com uma curta decapagem por ácido. Não foram observados danos consistentes com tensões ambientais ou mecanismos propostos de degradação após o armazenamento de longo prazo. Todos os dispositivos estavam sem trincas, delaminação e defeitos nos fios de ligação.
Três produtos com 2 códigos de data diferentes foram testados de acordo com os requisitos de suas respectivas fichas técnicas. Os dispositivos testados abrangem quase 15 anos. Foram testados 20 dispositivos 9513APC, 25 dispositivos 27S21PC e 50 dispositivos UC3835N de cada código de data. Todos os dispositivos cumpriram os limites de especificação de suas respectivas fichas técnicas e não exibiram alterações significativas ou consistentes na distribuição de dados entre os códigos de data.
Os dados apresentados indicam que os dispositivos mantêm as integridades interna e externa, incluindo uma solda robusta nas placas de circuito impresso por mais de uma década de armazenamento. Os dispositivos não apresentavam evidências de corrosão, trincas ou delaminação. Os dispositivos testados passaram por todos os ensaios funcionais e de tempo aplicáveis.
A pesquisa diligente da Rochester demonstrou que o armazenamento de longo prazo não resulta necessariamente em degradação de produtos. Na verdade, os componentes ainda podem ser montados funcionalmente e têm viabilidade elétrica por muitos anos. O armazenamento representa uma solução viável para aplicações de vida útil longa.
Relatório técnico da Rochester Electronics: “Efeitos do armazenamento de longo prazo na integridade mecânica e no desempenho elétrico”
Relatório técnico da Texas Instruments: “Confiabilidade de componentes após armazenamento de longo prazo”
