중요 업계 지원
오늘날 용량이 제한되어 있는 반도체 업계에서는 많은 Original Component Manufacturers(OCMs)가 더 짧은 제품 수명 주기로 이동해가고 있습니다. 하지만 아직도 여러 업계가 수십 년간 운영되는 장비를 필요로 합니다. 따라서 지속적인 부품 공급이 제품의 수명 주기 동안 이러한 애플리케이션을 지속하는 데 중요해졌습니다.
한 가지 일반적인 해결책은 생산이 끝난 후에도 오랜 시간 동안 반도체 부품을 보관하는 것입니다. Rochester Electronics는 1981년부터 긴 수명의 애플리케이션을 위한 공급 사슬 중단을 대비할 수 있도록 오랜 기간 성공적으로 부품을 보관해 왔습니다.
장기적으로 부품을 보관할 때에는 최종 사용자가 부품을 현장에서 적절히 신뢰하고 사용할 수 있다는 확신을 갖게 하는 것이 중요합니다. 이러한 이유로 Rochester의 품질 및 신뢰성 팀은 장기적인 스토리지가 기계적 무결성과 전기적 성능에 미치는 영향을 조사했습니다.
Texas Instruments에서 발행한 여러 백서는 장기 보관 후 부품의 신뢰성에 대해 강조하고 있습니다. 초기에 발행된 백서에서는 제어된 환경에 적절하게 보관된 반도체 제품의 유통기한이 15년을 초과한다고 언급했지만, 추후에 Texas Instruments 가 발행한 백서에서는 최대 21년 동안 보관된 부품에서 고장 메커니즘이 발견되지 않았다고 강조했습니다. 이러한 연구는 통제된 환경에 저장된 부품을 기반으로 한다는 점에 주목할 필요가 있습니다.
Rochester에서 이루어진 조사에서는 최대 17년간 다양한 환경에서 저장된 부품의 무작위 샘플을 활용했습니다. 총 5개 공급업체의 3가지의 개별 리드 마감 유형으로 구성된 8개 제품을 평가했습니다. 또한 업계 표준 보드 마운트 및 납땜 페이스트 리플로우 제조 공정도 분석했습니다. PCB 조립 경험이 있는, 독자적인 제3자 전자 부품 제조업체가 조립 공정을 수행했습니다. 조립 계약업체는 완전한 ISO-9001 인증을 보유했으며 17년 이상의 경험을 보유한 곳입니다.
Rochester의 품질 및 신뢰성에 대해 우리팀은 패키지 내부 무결성, 부품-PCB 납땜 이음의 품질 및 전기적 테스트 결과에 대한 분석을 수행하여 반도체 장치가 장기간 보관된 후에도 성능이 저하되지 않음을 검증했습니다. 분석 방법으로는 X-ray 이미징, 레이저, 산 역캡슐화, 단면 확인, scanning electron microscopy(SEM), 기능 및 타이밍 전기적 테스트가 포함되었습니다.
테스트에 사용할 수 있는 장치 중 다양한 작업 주기를 보유한, 서로 다른 유형의 3 패키지를 선택하여 무작위 샘플링을 수행했습니다. 3개의 패키지 유형은 28-리드 플라스틱 리드 칩 캐리어(PLCC), 14-리드 thin shrink small-outline package (TSSOP) 및 8-패드의 very thin small-outline non-leaded package(VSON)입니다.
다이를 노출하고 결점을 검사하기 위해 선택한 장치에서 레이저 역캡슐화를 수행했습니다. 부식, 크레이터링 또는 본드 패드 균열은 발견되지 않았습니다. Rochester는 다양한 패키지 유형과 작업 주기를 가진 여러 표면 장착 장치를 장착하기 위한 인쇄 회로 기판의 설계, 제조 및 사용을 위해 업계 전문가들과 협력했습니다. 모든 장치가 독립 PCB 어셈블러에서 리플로우를 완료했습니다. Rochester는 납땜 이음 부분의 광학 및 X-ray 검사, 납땜 이음 부분의 길이를 따른 단면 검사 및 납땜 이음 부분의 SEM 이미징을 통해 이러한 결과를 검증했습니다.
12개의 서로 다른 윤곽의 플라스틱 표면 장착 장치 57개가 각 PCB의 양쪽에 2006년에 패키징되었습니다. 모든 패드를 점검한 결과 결함이 없었고, PCB 어셈블리는 성공적이었습니다.
가려진 납땜 필렛에 대한 추가적인 통찰력을 얻기 위해 PCB 어셈블리를 X-ray를 활용해 비스듬한 각도로 촬영했습니다. VSON 패키지의 이미징은 납땜 적용 부분의 길이와 밀도로 인해 추가적인 세부 사항을 제공하지 못했습니다.
또한, SEM 이미지는 리드의 단면을 통해 확보되었으며, 납땜 필렛의 정확한 프로필과 내부 구조가 드러났습니다. 납땜 필렛의 내부 구조는 외부 검사와 일치하고 성공적인 PCB 조립이 견고한 것으로 확인되었습니다.
캡슐화된 재료의 무결성을 검증하고 내부 장치 기능에 결함이 있는지 검사하는 데에도 동일한 이미징 기술이 사용되었습니다. 결함은 발견되지 않았습니다.
모든 장치는 레이저로 역캡슐화를 진행한 후 짧은 산(acid) 에칭으로 마무리했습니다. 장기간 보관 후 환경 스트레스 또는 제안된 열화 메커니즘과 일치하는 손상이 없었습니다. 모든 장치에는 균열, 박리, 본드 와이어 결함이 없는 것으로 나타났습니다.
2개의 서로 다른 작업 주기를 가진 세 제품을 각각의 데이터시트 요구 사항에 따라 테스트했습니다. 테스트한 장치는 약 15년 된 장치였습니다. 각 작업 주기를 가진 20개의 9513APC 장치, 25개의 27S21PC 장치, 50개의 UC3835N 장치를 테스트했습니다. 모든 장치가 각각의 데이터시트 규격 한계를 충족했으며 작업 주기에 걸친 데이터 분포에서 유의하거나 일관된 변화를 보이지 않았습니다.
이에 제시된 데이터는 장치가 10년 이상 저장되는 기간 중의 인쇄 회로 기판에 대한 강한 납땜을 포함하여 내부 및 외부 무결성을 유지함을 나타냅니다. 부식, 갈라짐, 박리의 증거는 보이지 않았습니다. 테스트된 장치는 적용 가능한 모든 기능 및 타이밍 테스트를 통과했습니다.
Rochester의 성실한 연구에 따르면 장기 보관이 반드시 제품의 성능 저하를 초래하지는 않습니다. 사실 부품은 이후에도 기능적으로 조립될 수 있으며, 전기적으로 수년간 작동이 가능합니다. 보관은 장기 수명 주기 애플리케이션을 작동할 수 있는 솔루션을 제시합니다.
Rochester Electronics 기술 백서:“기계적 무결성과 전기적 성능에 관한 장기 보관의 영향”
Rochester Electronics 기술 백서:“반도체 부품의 납땜성에 관한 장기 보관의 영향”
