Una soluzione comune è quella di mantenere in magazzino componenti a semiconduttori per periodi estesi, dopo il termine della produzione. Dal 1981 Rochester Electronics conserva efficacemente i componenti nei propri magazzini per lunghi periodi di tempo, in modo da colmare le interruzioni della catena di fornitura per applicazioni di lunga durata.
Nei casi in cui lo stoccaggio a lungo termine dei componenti è distribuito, è importante che gli utenti finali abbiano la certezza che i componenti correttamente conservati saranno affidabili sul campo. Per questo motivo, i team di qualità e affidabilità di Rochester hanno esaminato gli effetti dello stoccaggio a lungo termine sull’integrità meccanica e la prestazione elettronica.
Vari white paper pubblicati da Texas Instruments hanno come scopo lo studio dell’affidabilità dei componenti dopo lo stoccaggio a lungo termine. Un documento iniziale ha evidenziato che i prodotti a semiconduttori correttamente conservati in un ambiente controllato hanno una durata di conservazione che eccede i 15 anni, e un altro documento di Texas Instruments ha rivelato che non sono stati rilevati meccanismi di guasto su componenti conservati fino a 21 anni. Vale la pena evidenziare che questi studi si basano su componenti che sono stati conservati in ambienti controllati.
Le ricerche di Rochester hanno usato un campione casuale di componenti che erano stati conservati in una serie di ambienti fino a 17 anni. È stata valutata una selezione di 8 prodotti diversi, composta da 3 tipi distinti di finitura in piombo, di 5 fornitori diversi. Inoltre, l’analisi ha incluso un montaggio su scheda standard e una rifusione della pasta saldante in linea con i processi di produzione. Il processo di assemblaggio è stato svolto da una società indipendente di produzione elettronica di terze parti, esperta nell’assemblaggio PCB. La casa di montaggio incaricata è in possesso della certificazione completa ISO-9001 e ha più di 17 anni di esperienza nel settore.
I team di qualità e affidabilità di Rochester hanno eseguito le analisi di integrità interna del package, di qualità delle giunzioni di saldatura dei componenti PCB e i risultati dei test elettrici, per valutare che i dispositivi a semiconduttori non si fossero degradati dopo una conservazione a lungo termine. I metodi di analisi hanno incluso la realizzazione di imaging raggi X, laser, decapsulazione acida, cross-section, microscopia elettronica a scansione (SEM) e sia test elettronici funzionali, sia di temporizzazione.
È stato realizzato un campione a caso selezionando 3 tipi di confezioni diverse, con diversi codici data di dispositivi disponibili per il test. I 3 tipi di package erano un PLCC (plastic leaded chip carrier) da 28 pin, un package TSSOP (thin shrink small-outline package) da 14 pin e un package VSON (very thin small-outline non-leaded) da 8 pad.
La decapsulazione laser è stata eseguita su dispositivi selezionati per esporre il die ed esaminare i difetti. Non è stata rilevata nessuna corrosione, craterizzazione o rottura del pad. Rochester ha collaborato con esperti del settore della progettazione, della produzione e dell’uso di schede a circuito stampato per montare vari dispositivi a montaggio superficiale di diversi tipi di package e codici data. Tutti i dispositivi hanno completato con successo la rifusione nell’assemblatore PCB indipendente. Rochester ha verificato questi risultati attraverso un'ispezione ottica e a raggi X delle giunzioni di saldatura, cross-section attraverso la lunghezza della saldatura e imaging SEM cross-section delle giunzioni di saldatura.
Cinquantasette dispositivi a montaggio superficiale in plastica di 12 profili diversi, confezionati a partire dal 2006, sono stati installati su entrambi i lati di ogni PCB. Tutti i pad sono stati ispezionati e non è stata rilevata nessuna anomalia, confermando che l’assemblaggio PCB è avvenuto con successo.
Per analizzare meglio i filetti di saldatura altrimenti oscurati, i gruppi PCB sono stati ripresi dai raggi X a vista obliqua. L’imaging del package VSON non ha fornito alcun dettaglio aggiuntivo, dovuto alla scala di lunghezza e alla densità della copertura di saldatura.
Inoltre, le immagini SEM sono state catturate dopo cross-section tramite piombo, rivelando il profilo preciso e la struttura interna dei filetti di saldatura. Le strutture interne dei filetti di saldatura sono risultate resistenti, coincidendo con i controlli esterni e confermando ulteriormente il successo dell’assemblaggio PCB.
Le stesse tecniche di imaging sono state usate anche per confermare l’integrità dei materiali incapsulati e ispezionare le caratteristiche interne dei dispositivi per captare dei difetti. Non sono stati rilevati difetti.
Tutti i dispositivi sono stati decapsulati con laser e finiti con un’incisione acida. Non è stato osservato alcun danno compatibile con stress ambientale o meccanismi di degradazione derivanti dallo stoccaggio a lungo termine. Tutti i dispositivi sono risultati senza rotture, delaminazione e difetti wire bond.
Tre prodotti di due diversi codici data sono stati testati secondo i rispettivi requisiti della scheda tecnica. I dispositivi testati sono durati quasi 15 anni. Sono stati testati venti dispositivi 9513APC, venticinque dispositivi 27S21PC e cinquanta dispositivi UC3835 per ogni codice data. Tutti i dispositivi hanno presentato i limiti specificati nelle schede tecniche e non hanno mostrato cambiamenti significativi o ricorrenti nella distribuzione di dati tra i codici data.
I dati presentati indicano che i dispositivi mantengono un’integrità interna ed esterna, compresa una forte saldatura di circuiti stampati, per oltre un decennio di stoccaggio. I dispositivi non mostrano segni evidenti di corrosione, rottura o delaminazione. I dispositivi testati hanno superato tutti i test funzionali e di timing applicabili.
La ricerca accurata di Rochester ha mostrato che lo stoccaggio a lungo termine non comporta necessariamente la degradazione del prodotto. Infatti, i componenti possono essere assemblati in modo funzionale e sono elettricamente utilizzabili per molti anni. Lo stoccaggio rappresenta una soluzione valida per le applicazioni a ciclo di vita lungo.
Rochester Electronics white paper tecnico: “Gli effetti dello stoccaggio a lungo termine sull’integrità meccanica e la prestazione elettronica”
Rochester Electronics white paper tecnico: “Gli effetti dello stoccaggio a lungo termine sulla saldabilità dei componenti a semiconduttore”
Texas Instruments white paper tecnico: “Valutazione dello stoccaggio a lungo termine per i dispositivi a semiconduttore”
Texas Instruments white paper tecnico: “Affidabilità dei componenti dopo uno stoccaggio a lungo termine”
Perché Data Code da solo non è una garanzia di qualità e affidabilità