Độ tin cậy hệ thống Phân tích vật lý potx

Một khía cạnh xấu của khuếch tán là chất thải Kirkendall voiding, khi một nguyên tử trong liên kết kim loại – kim loại khuếch tán nhanh đến nổi các khoảng trống vacancies:holes in the la

PHÂN TÍCH VẬT LÝ

1 Mở đầu

Phân tích vật lý là phân tích chẩn đốn hay phân tích hỏng hĩc, đĩng vai trị quan trọng trong kỹ thuật độ tin cậy Dạng phân tích này trả lời hầu hết các câu hỏi: tại sao, ở đâu, khi nào và ra sao (why, where, when, và how) về tuổi thọ của linh kiện Phân tích chứng minh điểm chủ yếu trong hiểu biết, xác định, và ứng dụng thích hợp tác động hiệu chỉnh cho nguyên nhân cốt lõi của hỏng hĩc Hiểu được nguyên nhân cốt lõi của hỏng hĩc là điều rất quan trọng trong mơi truờng cạnh tranh để sản xuất được sản phẩm chất lượng cao Chương này thảo luận các phương pháp cơ bản để phân tích về nguyên nhân cốt lõi và giới thiệu tổng quan về kỹ thuật phân tích dùng trong phương pháp này

2 Yếu tố vật lý của hỏng hĩc

Xác định được yếu tố vật lý của hỏng hĩc sau một thử nghiệm cĩ điều khiển hay hỏng hĩc tại hiện trường là cần thiết để hiểu biết về sản phẩm cùng giới hạn của chúng Tìm được nguyên nhân cội nguồn là lợi điểm để giảm thiểu các hỏng hĩc tương tự và thiết lập đuợc đặc tính giới hạn của sản phẩm Sự thỏa mãn của khách hàng thường phụ thuộc vào cách giải quyết vấn đề và hành động phịng ngừa nhằm giảm thiểu các khuyết tật sắp tới Khuếch tán, ăn mịn, vết phát triển dendrit (dendritic growth), nhiễm bẩn, ảnh

hưởng của yếu tố co-dãn, và yếu tố xả tỉnh điện (ESD: electrostatic discharge) là các thừa

số chủ yếu khi xác định nguồn gốc của hỏng hĩc Các phần tiếp sau sẽ thảo luận các vấn

đề này liên quan đến tình trạng tuổi thọ

2.1 Khuếch tán (diffusion)

Khuếch tán được định nghĩa là yếu tố dịch chuyển (migration) của nguyên tử hay của khối lượng Nguyên tử trong chất khí và chất lỏng thường cĩ tính cơ động cao Thí dụ, khi mở một lọ nước hoa thì hương tỏa ra phịng rất nhanh, hầu như là tức thời ðồng thời, các nguyên tử trong chất rắn cũng cơ động, và thực sự dịch chuyển từ vùng này sang vùng khác Hiện tượng này thường được dùng trong sản xuất thép mạ và quarters Trường hợp quarters thì lớp sandwich kim loại được tạo nên từ hợp kim đồng/nicken xung quanh một lõi đồng ðồng khuếch tán theo các hướng và tạo nên kết nối kim loại Một khía cạnh xấu của khuếch tán là chất thải Kirkendall (voiding), khi một nguyên tử trong liên kết kim loại – kim loại khuếch tán nhanh đến nổi các khoảng trống (vacancies:(holes in the lattice) tích tụ và mặt sau của đường khuếch tán và làm kim loại

bị yếu đi Cĩ hai dạng khuếch tán trong kim loại: interstitial và substitutional, hay lổ trống (vacancy) Khuếch tán qua khe (interstitial diffusion) về cơ bản là khuếch tán từ các phần tử nhẹ như hydrogen (H), carbon (C), và nitrogen (N) ðây là dạng khuếch tán nhanh nhất do các nguyên tử dịch chuyển nhanh vào các khe trong mắt lưới (lattices) do các nơi này thường rỗng Một khe (interstitial site) là khơng gian trong lattice với các lattice cơ bản

Khuếch tán thay thế (substitutional diffusion, hay vacancy diffusion) thường chậm hơn do các nguyên tử di chuyển từ vacancy đến vacancy, và quá trình khuếch tán phải đợi cho đến khi một vacancy được mở trong lattice Vacancy là điểm khuyết hay thiếu nguyên tử trong lattice Số vacancies trong vật liệu tăng theo nhiệt độ do giao động trong

nguyên tử tăng và càng nhiều khuyết tật ñược tạo nên, nhiệt ñộ càng tăng thì khuếch tán càng mạnh ðiều này ñược biểu thị thành phương trình sau:

C C s

x s

2

0

(2) Trong ñó:

t = thời gian

Cs = diện tích bề mặt tập trung (concentration)

Cx = ñộ cô ñọng (concentration) tại khoảng cách x, và

Co= ñộ cô ñọng nguyên thủy (original concentration)

Hơn nữa, khuếch tán còn phụ thuộc vào gradient, tương tự như gradien khi nhiệt ñi từ nóng sang lạnh ñể ñạt cân bằng Nếu nhiệt ñộ torng phòng là 20°C và nhiệt ñộ bên ngoài

là 0°C, thì nhiệt từ bên trong sẽ tỏa ra ngoài Khuếch tán trong chất rắn cũng tương tự, và

có phương trình sau:

dx

dc D

J =− (3) trong ñó

J = dòng chảy

D= ñộ khuếch tán , và ñạo hàm của concentration gradient

Hiệu ứng Kirkendall là sự cố của khuếch tán khi kim loại A và kim loại B ñược ñặt gần nhau, và kim loại A khuếch tán vào B nhanh hơn so với mức khuếch tán của B vào

A Sau một lúc thì giao diện giữa hai kim loại sẽ di chuyển vào trong kim loại A

Nếu khuếch tán của nguyên tử của A vào kim loại B nhanh hơn so với các nguyên tử của A lắp ñầy các khoảng trống (vacancy) của mình, hiện tượng bài tiết (voiding) xuất hiện trong kim loại A hay trong lớp giao diện (Kirkendall voiding):

VB VA

Giản ñồ pha là một công cụ rất

quan trọng của khoa học vật liệu khi

khảo sát hệ thống nhiều phần tử ðồ

thị minh họa các pha hiện diện trong

thành phần cấu tạo khác nhau theo

nhiệt ñộ với áp suất cố ñịnh (thường là 1 atmosphere) Các ñồ thị này cũng cho thấy tính hòa tan và xác ñịnh một cách ñịnh lượng bao nhiêu pha hiện hữu (Luật Lever) Giản ñồ sau ñây cho thấy một hệ thống tạo nên dung dịch rắn (A hòa tan trong B), và hệ thống có ñiểm nhiệt ñộ eutectic Có hai dạng dung dịch rắn: substitutional và interstitial

Thí dụ về dung dịch rắn thay thế (substitutional) là nickel (Ni) hòa tan vào ñồng (Cu) Khi Ni tạo hợp kim với Cu, thì nguyên tử

Ni thay thế nguyên tử Cu trong cấu trúc lattice

cơ bảns (FCC)

Một dung dịch rắn interstitial có các nguyên

tử hợp chất trong các khe (interstices) Về cơ bản ñây là các nguyên tử bé nhất do kích thước

các lổ trống trong khe

Eutectic từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “hòa tan tốt (melts well).” Trên giản ñồ pha, khi làm lạnh, chất lỏng ñược chuyển sang hai chất rắn Tại ñiểm eutectic, hợp chất có ñiểm nhiệt ñộ chảy thấp nhất

Các hợp chất cho phép hợp chất kim loại trong kim loại có ñiểm nhiệt ñộ chảy thấp hơn so với hai dạng kim loại riêng lẽ Một eutectic thì cũng là cấu trúc phiến mỏng (lamellar), trong ñó các lớp kề nhau tạo nên các pha

Thí dụ, thiết bị ñuợc hàn với bo mạch dùng chất hàn noneutectic Bo mạch này lại ñược hàn tiếp vào bo mạch khác trước khi ñóng võ Chất hàn ñược dùng cho lần hàn cuối

là eutectic ðiều này cho phép ñộ nóng và ñiểm chảy của chất hàn ñể yên vị linh kiện mà không cần rút chì ra khỏi bo mạch ñầu tiên Từ biểu ñồ pha, xác ñịnh ñược các nhiệt ñộ này

2.3 Intermetallic

Intermetallics là pha kim loại-kim loại như AuS vàAuAl Vật liệu này ñược biết nhiều do có sự hiện diện của vàng (gold embrittlement và purple plague) ðiều cần chú ý là intermetallics không phải luôn là xấu Trong trường hợp hệ Au/Al thì có ñến

có ñến năm dạng intermetallics của AuAl ñược tạo nên, tất cả ñều có tính chất dẫn ñiện tốt và ñộ cứng cơ học ðiều này ñược minh họa trong giản ñồ pha hình 6 Vấn ñề này xuất hiện do tốc ñộ khuếch tán không cân bằng và làm xuất hiện hiệu ứng Kirkendall Hiện tượng thứ hai về tinh chế (refining) xuất hiện khi chất bẩn azone ñược ñẩy vào ñường khuếch tán Sau cùng, ñộ cô ñọng của chất bẫn

gia tăng và bẽ gảy kết nối hay làm cho kết nối ñiện khó khăn hơn Sốc nhiệt và nhiệt ñộ làm gia tăng ñiều kiện của purple plague (như ñã nói trên do yếu tố khuếch tác thì phụ thuộc nhiệt ñộ) Vàng trở nên giòn, tạo ra AuSn4 chính là yếu tố intermetallic bị giòn ñi tạo ra hệ Au/Sn từ 4 wt % Au thành 43 wt %

Au AuSn4 ñươc phân bố thành lớp mạ và lớp lá kim (needles) bên trong ma trận Cấu tạo này thường xuất hiện tại các ñiểm hàn nối dùng chì có mật ñộ Sn cao và lớp Au mõng Trong công nghiệp vi ñiện tử, lớp mạ Au bên trên thường ñược dùng ñể chống oxid hóa hay yếu tố ăn mòn của lớp adhesive/diffusion barrier layer underneath (many times Ni) Việc mạ Au vào trong nơi hàn chảy nhanh và nếu ñủ mật ñộ phần trăm thì tạo ra AuSn4 Nếu lớp mạ mõng hơn 40 microinches ñược dùng ñể giữa cho phần trăm trọng lượng Au thấp hơn 4% (còn thấp hơn nếu chỉ dùng

một lượng chì hàn ít hơn) Hình.8 minh họa một vết gảy tiêu biểu do Au bi giòn trên mối hàn chì Tỉ lệ Au trong chì sẽ gây ảnh hưởng mạnh lên lên các tính chất cơ học Như trong hình 9 thì khi Au nằm giữa 5% và 6% sẽ làm giảm tính chất cơ học khoảng 80% Hình 10 mặt cắt của nối hàn chì có Au bị giòn

Ăn mòn (Corrosion)

Ăn mòn là quá trình làm giảm chất lượng hay pháp hỏng vật liệu do phản ứng với môi trường Hằng năm nước Mỹ tốn khoảng 50 tỉ ñô la ñể chống ăn mòn, từ cầu, sườn xe hơi cho ñến các bộ tạo nước nóng trong gia ñình Ăn mòn cần có bốn ñiều kiện cơ bản, thiếu một trong những yếu tố này thì không còn ăn mòn, ñó là:

1.Anode – Chất oxid hóa học

e Fe

Fe→ 2++2 (7.5)

ne M

Các thừa số ảnh hưởng lên tốc ñộ ăn mòn

là ñặc tính của vật liệu, như kích thước của hạt

(grain size), tạp chất và lực ñiện ñộng ðiều

kiện môi trường như ẩm ñộ, nhiệt ñộ và ñộ

nhiễm iôn cũng ảnh hưởng lớn ñến tốc ñộ ăn

mòn

Có tám dạng ăn mòn:

Uniform – general attack

Galvanic– two-metal or battery type

Crevice corrosion– localized corrosion

within a crevice

Pitting– extremely localized attack leaving

pits in the material

Intergranular– localized attack at và near grain boundaries

Ăn mòn chọn lọc– gặm dần một phần tử ra khỏi dung dịch rắn

Mài mòn (erosion)– gia tốc ăn mòn bằng cách mài hay ñánh giấy nhám

Stress corrosion– failure due to corrosion và a tensile stress

Phần này chỉ khảo sát về uniform attack,

galvanic corrosion, selective leaching, và stress

corrosion mà thôi Uniform attack là dạng thường

gặp nhất của ăn mòn, trong ñó phản ứng hóa học

xuất hiện trên suốt bề mặt diện tích phơi bày, làm

kim lọai bị mõng dần trước khi hỏng Phương thức

tốt nhất ñể giảm thiểu uniform attack là sơn hay mạ

ñể bề mặt không bị ẩm ướt Ăn mòn galvanic xuất

hiện khi hai kim loại khác nhau tạo hiệu ñiện thế

cho dòng electron di chuyển Hiệu ñiện thế này

càng cao thì dòng electron càng lớn và tốc ñộ ăn

mòn càng nhanh Các vi tế bào (galvanic cells) tạo ra một ma trận kim loại (metal’s matrix) giữa phần kết tủa tại biên của hạt và hạt Nếu kết tủa này là anode và hạt là cathode, thì vật liệu tại biên của hạt sẽ ñi vào dung dịch khi gặm mòn và tạo nên các vết nứt bên trong và cuối cùng là tạo hỏng hóc ðiện thế giữa hai kim loại ño bằng lực ñiện ñộng cho trong bản ở phần tài liệu tham khảo (xem hình 11)

Tốc ñộ ăn mòn galvanic ñược khuếch ñại hay gia tăng do ảnh hưởng của diện tích Tốc ñộ ăn mòn sẽ tăng khi ghép một anốt nhỏ với một catốt lớn Thí dụ như trường hợp ghép ñịnh tán (rivet) Tác ñộng ăn mòn này sẽ xuất hiện nhanh hơn rất nhiều lần so với

trường hợp tán ñinh băng ñồng lên thép tấm Có thể dùng pin ganvanic (galvanic cells) ñể bảo vệ vật liệu Phương pháp bảo vệ cathốt là phương pháp ghép thêm một anốt hay kim loại ăn mòn (corrosive metal) vào vật liệu cần bảo vệ Trường hợp này thì anốt sẽ hy sinh bằng cách mòn dần và bảo vệ vật liệu cần ñược bảo vệ Hệ thống này dùng trong thép mạ kẽm khi ñó kẽm ñược có tính ăn mòn cao hơn chất liệu thép Phương pháp anốt tự hủy (hy sinh) còn ñược dùng trong bồn chứa dầu chôn dưới mặt ñất và võ tàu

Selective leaching, hay ăn mòn parting, xuất hiện khi không có phần hỗn hợp nào ñược tách khỏi dung dịch rắn Thí

dụ ñồng thau và ñược gọi là tách kẽm (dezincification) Kẽm thoát ra khỏi tế bào ñơn vị và ñi vào dung dịch Còn lại ñồng thì rất giòn và xốp do còn lại các lổ trống do thiếu chất kẽm

Stress corrosion xuất hiện khi có sự kết

hợp giữa yếu tố ăn mòn và lực căng cơ học nhằm tạo hỏng hóc Yếu tố ăn mòn này làm giảm lực căng cơ học của vât liệu Nứt do stress corrosion hợp thành nứt vật liệu do ăn mòn và stress Trường hợp này thì stress còn ñược tạo nên từ sai biệt về hệ số nhiệt mở rộng (thermal expansion) giữa các vật liệu Hệ số nhiệt mở rộng sẽ ñược thảo luật trong phần Stress-Strain Thí dụ về stress corrosion yếu tố làm nhạy cảm (sensitization) khi hàn thép không rỉ Vùng bị ảnh hưởng nhiệt (heat-affected zone: HAZ) của mối hàn (weld) tạo kết tủa carbua M23C6 hay ñúng hơn là carbua Cr23C6 Thép không rỉ có tính kháng ăn mòn khi có trên 11% chrom (Cr) trong ma trận Cr tạo nên lớp oxid bảo vệ bề mặt chống ñược ăn mòn Khi Cr23C6 ñược hình thành, thì diện tích kề cận (adjacent) với carbua trở thành nghèo Cr Vùng khiếm Cr-(<11%) mòn dần giống như thép carbon và sau cùng thì hỏng Mối nối thì thực ra không phải là vùng hỏng hóc nhưng chính vùng kề cận, chính là HAZ Lời giải cho yếu tố nhay cảm này là dùng thép không rỉ ít carbon (316L,304L, v,v ) ngăn carbua kết tủa

Việc gia tăng các ion (Cl–,Br–) cũng tạo nên phản ứng hóa học ăn mòn Trong trường hợp ion Cl phản ứng với nhôm, thì phản ứng sau ñây xuất hiện, tạo aluminum chloride và bọt hydro (offgassing):

- 6HCl + 2Al → 2AlCl 3 + 3H 2 (7.8)

Nhiễm iôn cũng ñồng thời ñưa ñến chất (flux) thặng dư nguy hiểm làm phá hỏng acid hữu cơ ðiều này tạo ra yếu tố ăn mòn tại lớp hàn nối và làm giảm chất lượng thành phần

Sự phát triển theo hình cây (dendritic

growth) là sư dịch

chuyển của vật liệu

theo hướng tương tự

như ăn mòn cơ bản

cộng với ñiện trường

chuyển này chỉ thấy

ñược tại ñúng chổ

(in-situ) Các thử nghiệm

thẩm tra ñộ tin cậy

cần ñược thực hiện tại

hiện trường ñể xem xét sự phát triển của quá trình dịch chuyển lớp Ag Yếu tố chuyển dịch (migration) cùa bạc ñòi hỏi:

• hơi ẩm,

• ñiện trường DC xuyên qua hướng dịch chuyển,

• Ag epoxy tại hướng anốt so với phần catốt, và

lý Lực tác ñộng vào vật liệu cũng xác ñịnh ñược là hỏng hóc có liên quan ñến lực căng thuần (pure tensile), ñộ biến dạng, ñộ mõi, hay ñộ dão (creep) Một số ñịnh nghĩa về stress-strain là:

• Modun ñàn hồi (elasticity: psi hay MPa) – stress-strain trong vùng ñàn hồi (ñộ dốc của ñường cong stress-strain)

• Tensile strength or UTS (psi or MPa) – phần stress lớn nhất trên ñường cong strain

stress-• Lực ñàn hồi (yield

strength (psi or MPa) –0.2%

lực stress hay ñộ co plastic

• ðộ mõi (fatigue) hay

giới hạn chịu stress cần thiết

tạo hỏng hóc cho vật liệu

dưới một số chu kỳ tải và

không tải (loading và

unloading)

• Nhão (creep): biến dạng

theo thời gian của plastic

dưới lực stress không ñổi

σ =E(∂1−∂2)∆T (7.11)

Trong ñó:

σ = lực stress; ∂1 = hệ số mở rộng nhiệt của vật liệu 1,

∂2 = hệ số mở rộng nhiệt của vật liệu 2, và E= biên ñộ (modulus) ñàn hồi (elasticity)

ðộ mõi nhiệt (thermal fatigue) là nhiều chu kỳ nhiệt ñược ñưa vào gây ảnh hưởng xấu lên vật liệu và gây hỏng hóc Sốc nhiệt (thermal shock) là một chu kỳ nhiệt gây nên hỏng hóc Dữ liệu CTE có thể tìm từ sổ tay của ASM Nứt popcorn (bắp rang ) là hiện tượng hỗn hợp yếu tố hấp thụ ẩm (moisture absorption) và yếu tố mở rộng nhiệt ñộ nhằm tạo ra lực căng biến dạng tại bề mặt võ IC plastic IC Ẩm thấp ñi từ plastic vào bề mặt của chân ra vi mạch Trong quá trình hàn, thì xuất hiện bốc hơi nước, tạo nên áp suất bên trong (internal pressure) và tạo phân lớp (delamination) Các vết khuyết xuất hiện, tạo rạn nứt trong lớp plastic ở vùng tập trung lực stress Một ảnh hưởng khác xuất hiện là pulled bond wires và cracked die

Xả tĩnh ñiện (ESD: Electrostatic Discharge)

ESD là quá trình truyền nhanh electron từ một ñiện thế này sang một ñiện thế khác ðiều này tạo hỏng hóc nặng và hỏng hóc do khuyết tật tiềm tàng của sản phẩm Khuyết tật tiềm tàng không thấy ñược trong thử nghiệm cuối cùng của sản phẩm nhưng tạo ra tình trạng rã rời (aweakened state) Sản phẩm khi sử dụng, bị hỏng trong ñiều kiện vận hành chưa ñủ tải hay tuổi thọ kém so với thiết kế ESD ñã ñược xem là nguyên nhân của nhiều hỏng hóc tại hầu hết các công ty vi ñiện tử Chế ñộ hỏng hóc sau khi bị ESD bao gồm biến dạng của ñiện môi (dielectrics) như cổng (gate oxides), cách ñiện, và các nút nối ñiện môi (nodes bridging dielectrics) Các mối nối thường gặp metal spiking Hiện

ñã có bộ mô phỏng ESD giúp xác ñịnh ngưỡng chịu ñựng của linh kiện và là công cụ bổ sung cho phân tích hỏng hóc Hiện tượng quá ñiện (EOS: electrical overstress ) là hiện tượng linh kiện phải chịu yếu tố quá dòng, nhằm tạo hỏng hóc Các sự kiện làm cổng mất tác ñộng ñiều khiển, sai số khi thử

nghiệm, và system spikes EOS có tính

phá hỏng cao hơn ESD và thường dễ phát

3 định nghĩa các phân tắch (Define Analysis)

4 Thực hiện kế hoạch

5 Nhận dạng nguyên nhân chủ yếu (cốt lõi)

6.Thực hiện tác ựộng ngăn ngừa

7 Dẫn chứng dùng cơ sở dữ liệu

8 Ban hành

3.1 Xác ựịnh bài toán Ờ đặt câu hỏi ựúng

để phân tắch tốt thì cần phải ựặt ra ựược câu hỏi ựúng:

1 Tại sao phần tử hay linh kiện không hoạt ựộng ựược?

2 Trong môi trường nào thì phần tử hay linh kiện ngừng hoạt ựộng?

3 Tìm hiểu về quá trình hoạt ựộng của phần tử hay linh kiện? Các ựề mục này có ựược thử nghiệm stress với ựầy ựủ các môi trường trước khi xuất hiện hỏng hóc chưa? Có phải

là trong môi trường sau cùng thì xuất hiện hỏng hóc?

4 Có bao nhiêu thiết bị hay phần tử không còn hoạt ựộng ựược nữa?

5 Các vết nứt /hỏng hóc là nguyên nhân của hỏng hóc hay là kết quả của hỏng hóc?

6 Có bao nhiêu thiết bị/ hay phần tử trong cùng ựiều kiện y hệt nhau lại có cùng hỏng hóc như nhau?

7 Các thiết bị/phần tử ựược chế tạo từ vật liệu nào? Vật liệu này ựã ựúng chưa?

8 Tạo sao lại cần có phân tắch?

Các câu hỏi ựúng cần có nhiều ựáp án thắch hợp Câu hỏi thắch hợp nhất cần ựược hỏi nhằm ựưa ựến phân tắch thành công.Thường thì, cả chế ựộ hỏng hóc và cơ chế hỏng hóc (thắ dụ; nguyên nhân hỏng hóc) ựều cần ựược nhận dạng

Sau ựây là một số thắ dụ về khác biệt này:

1a Các phần tử/thiết bị không hoạt ựộng ựúng do có chân nối bị ngắn mạch

1b Nguyên nhân gây nên hỏng hóc là sự dịch chuyển của iôn kim loại giữa chân nối do nhiễm bẩn (contamination), tạo ngắn mạch giữa các chân

2a Các phần tử/thiết bị không hoạt ựộng ựúng do có blown trace

2b Nguyên nhân hỏng hóc là yếu tố xả tĩnh ựiện (electrostatic discharge ESD) khi lắp ghép, tao nên trace to blow

3a Các phần tử/thiết bị không hoạt ựộng ựúng do có vết nứt trong mối hàn giữa các chân

và bo mạch

3b Nguyên nhân hỏng hóc là do pha kết lá kim (brittle) giữa thiếc và vàng tin/gold (Sn/Au) tạo ra khi hàn nối, không mạnh bằng Sn trước khi hàn, tạo ra vết nứt trên mối hàn

Phát triển yêu cầu của bài toán:

Rất dễ bị lệch ựường khi phát triển phân tắch hỏng hóc Nhiều câu hỏi ựược ựặt ra thắch ựáng hay chưa thắch ựáng với vấn ựề ựang khảo sát Cần nhiều thời gian hơn, nhiều câu hỏi hơn phải ựược ựề ra trong quá trình phân tắch hơn là lời ựáp của các thủ tục đó là lý

do tại sao việc xác ựịnh bài toán cần ựược phát triển trước thực hiện bất kỳ kế hoạch phân tắch hay tác ựộng nào Việc xác ựịnh bài toán làm cho nhà phân tắch bám theo sát vấn ựề Sau mỗi tác ựộng, nhà phân tắch cần xem lại cách xác ựịnh bài toán và xem ựáp án ựã ựi ựúng hay chưa ựúng ựường Từ ựó, tinh chỉnh lại phân tắch ựể ựịnh hướng ựúng Quá

trình xác ựịnh bài toán cần ựược chuẩn bị kỹ lưỡng ựể hướng ựến kết quả thực tế chứ không chung chung Trong tình huống tốt nhất thì tất cả các bên liên quan ựều cùng tham gia phát triển việc xác ựịnh bài toán cho thiết bị/ phần tử điều này giúp ắch nhiều cho người phân tắch nhằm loại bỏ công việc dư thừa hay không thiết yếu và tiết kiệm ựược rất nhiều thời gian quắ báu

3.2 Thu thập dữ liệu Ờ quá trình lịch sử của sản phẩm

Sau khi ựã phát triển xong phần xác ựịnh bài toán, bước kế tiếp là tìm tất cả thông tin cần thiết về thiết bị/ phần tử trước khi hỏng hóc

Ớ Phần tử ựược chế tạo ở ựâu?

Ớ Quá trình sản xuất ựược tiến hành trong môi trường nào? Trong phòng sạch, trong khu vực nhạy với tĩnh ựiện, trong khu vực có ựiều hòa nhiệt ựộ và ẩm ựộ không?

Ớ Các phần tử này có ựược trực tiếp nhận từ nơi sản xuất hay ựược xử lý lại trong một nơi khác?

Ớ Các phần tử này ựược nhận trong ựiều kiện nào? ựược ựóng gói ra sao? có nhạy cảm với tĩnh ựiện không?

Ớ Thử nghiệm ựể kiểm ra hỏng hóc khi nhận ựược thực hiện ở ựâu? Có thu thập thông tin về hoạt ựộng của phần tử sau khi xuất xưởng không?

Ớ điều kiện môi trường tại khi xảy ra hỏng hóc ra sao (nhiệt ựộ, ẩm ựộ, thời gia nằm trong nhiệt ựộ cực trị)?

Ớ Có yếu tố stress nội tại hay ngoại lai nào lên phần tử trong quá trình vận hành không?

Ớ Thử nghiệm stress hoạt ựộng tại vùng ựặc tắnh nào của sản phẩm?

Ớ Các thử nghiệm thẩm tra ựược thực hiện ở ựâu trước khi gởi ựi?

Ớ Chế ựộ hỏng hóc là gì? Tại sao linh kiện lại bị hỏng?

Ớ Hỏng hóc xảy ra ở ựâu?

Ớ Bước lắp ghép cuối cùng trước khi phát hiện hỏng hóc là gì?

Ớ Có ựiều gì không ựúng chuẩn hoạt ựộng xuất hiện gần thời gian hỏng hóc không?

Ớ Có linh kiện nào ựược dùng trong ứng dụng mới hay ựiều kiện thay thế không?

Ớ Hỏng hóc có riêng biêt cho từng khách hàng hay từng ứng dụng không? Hỏng hóc ựược cô lập ra sao?

Ớ Trước ựây có xuất hiện hỏng hóc này không?

Ớ Hỏng hóc này có dừng rồi lại tiếp tục không?

Ớ Việc thay thế linh kiện có sửa chữa ựược hỏng hóc không?

Ớ điều kiện tại thời ựiểm xảy ra hỏng hóc của khách hàng, nhà cung cấp, nơi sử dụng

ra sao?

1 Các stress về ựiện trong ựiều kiện vận hành ựược mạch ựưa vào linh kiện

2 Các stress ựặt vào linh kiện (burn-in)

3 Stress từ môi trường (nhiệt ựộ, ẩm ựộ, vị trắ, v.v, )

Ớ Linh kiện ựược bảo quản như thế nào trước khi phân tắch?

1 Ảnh hưởng của việc tháo linh kiện ra khỏi nơi hoạt ựộng

2 đóng gói

3 Các ảnh hưởng từ môi trường

Ớ Dữ liệu có liên quan ựến linh kiện: số hiệu, mã thời gian, thông tin về lô hàng , sơ

ựồ mạch (linh kiện và mạch ựiện)

Ớ Có tồn tại FMEA trong linh kiện hay quá trình không?

Danh mục này rất dài và càng có nhiều lời giải thì phân tích càng chính xác Còn một nguồn tư liệu là ñộ tin cậy từ phòng thí nghiệm của nhà sản xuất linh kiện Trong một số trường hợp, ñộ tin cậy từ phòng thí nghiệm sẽ có cơ sở dữ liệu từ phân tích quá khứ về dạng hỏng hóc này

3.3 Xác ñịnh phân tích - thiết lập kế hoạch phân tích hỏng hóc

Sau khi trả lời xong các câu hỏi quan trọng, thực hiện kế hoạch phân tích hỏng hóc dùng thử nghiệm thích hợp Tùy dạng hỏng hóc, có thể dùng nhiều công cụ phân tích khác nhau Thử nghiệm ngắn mạch và hở mạch thì cần dùng thiết bị vẽ ñồ thị trạm các ñầu dò, hay SEM (Scanning Electron Microscope) Hỏng hóc kim loại, như quá trình phân lớp (delaminations), dịch chuyển kim loại (metal migration), hay nhiễm bẩn (contamination), thì cần thêm phân tích hóa học như EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy), SAM (Scanning Auger Microanalysis), hay FTIR (Fourier Transform Infrared) Phần tiếp sau thảo luận về việc lựa chọn thiết bị thích hợp Cần sắp xếp thử nghiệm theo cấp ñộ nghiêm trọng Thử nghiệm không hỏng hóc cần ñược thực hiện trước ñể thu thập minh chứng chưa bị phá hỏng Cần lập kế hoạch thử nghiệm sao cho từng thử nghiệm không tạo nhiễu lên thử nghiệm tiếp theo (thí dụ, thực hiện thử nghiệm

về rò rĩ trước khi mở võ ra)

3.4 Thực hiện kế hoạch phân tích hỏng hóc

Cần thực hiện hướng dẫn một cách xúc tích, phân tích hỏng hóc một cách có hệ thống theo các bước sau:

• Trong kế hoạch cần xác ñịnh thủ tục phân tích Cấu trúc của kế hoạch thử nghiệm cần ñược thực hiện từng bước ñể không phá hỏng minh chứng (thí dụ, phân tích SIMS loại bỏ vật liệu trên bề mặt)

• Ghi nhận dữ liệu về ñiều kiện của linh kiện trước và sau khi thử Bắt buộc phải lưu

dữ liệu cho các phần bị biến ñổi sau khi thử Cần xem tư liệu gốc là bằng chứng thực và yếu tố nào ñược tạo ra từ phân tích

• Ghi nhận tư liệu về từng kết quả thử nghiệm, các kết quả nhất thiết phải ñược ghi nhận bằng bản vẽ, ngay cả khi không có kết quả Không kết quả cũng là một thông tin như là kết quả cần có

• Xem lại dữ liệu thu thập ñược tại mỗi bước trong kế hoạch phân tích Kế hoạch phân tích ñược thay ñổi ñể tính vào kết quả Nếu dữ liệu cho thấy là kế hoạch không bám theo ñược, dừng lại và xem lại toàn kế hoạch Trong một số trường hợp, việc gặp gở với các nhóm có liên quan sẽ hữu ích ñể xác ñịnh bước tiếp theo

Thực hiện thử nghiệm có kiểm soát

Trong một số trường hợp, dữ liệu thu thập ñược từ phân tích không cung cấp chỉ dẫn

rõ ràng về nguyên nhân hỏng hóc Các thử nghiệm có kiểm soát cung cấp thêm thông tin

về nguyên nhân hỏng hóc Cần giữ tối thiểu số biến nhằm làm cho thử nghiệm là hữu dụng

3.5 Xác ñịnh cơ chế hỏng hóc

Nguyên nhân của cơ chế hỏng hóc tìm ñược từ kết quả phân tích và nghiện cứu có liên quan Tìm nguyên nhân từ dữ liệu chứ không dùng nhận thức của mình có lẽ là cách