Curva De Bañera.docx

USAR UNA NUEVA CURVA DE BAÑERA PARA CORRELACIONAR LA CALIDAD Y LA CONFIABILIDAD La curva de la bañera probablemente se originó a partir de los estudios de las tasas de mortalidad humana. Históricamente, la curva se ha aplicado a sistemas integrados grandes, como un avión o un automóvil. Asimismo, la confiabilidad de los sistemas electrónicos comenzó con la curva de la bañera. Finalmente, los semiconductores también se modelaron con una "curva de bañera" tradicional. Debido a que las tasas de falla son más altas durante los primeros años de vida y al desgaste, la curva sugiere tres regiones de tasa de falla. En su mayor parte, la región intermedia, históricamente llamada "aleatoria", no se ha encontrado que exista para semiconductores compuestos, por lo que los mecanismos de tasa de falla constante no son probables y hemos ignorado completamente esa región. Del mismo modo, la región primitiva fue ignorada por los semiconductores compuestos durante muchos años. En aplicaciones de bajo volumen y en pruebas aceleradas con tamaños de muestra pequeños (<10,000), las fallas tempranas son muy difíciles de detectar.

Vida temprana Esto a menudo se conoce como la región "infantil". Se supone que la tasa es causada por defectos y disminuye constantemente a medida que la población envejece. Es la región de interés específico en este estudio. La mayoría de los fracasos tempranos están motivados por defectos y, por lo general, solo una pequeña parte de la población es susceptible. El estudio de las distribuciones de fallas tempranas es problemático ya que la población afectada es muy variable y desconocida hasta que toda la población envejece hasta el agotamiento. La industria de los semiconductores ha abordado tradicionalmente esta parte de la curva de la bañera con una práctica llamada "quemado". La quema es un breve envejecimiento de los dispositivos para provocar la caída de los dispositivos durante la pendiente más pronunciada de falla del dispositivo en el borde delantero del período de tasa de falla temprana. La prueba de quemadura generalmente implica un sesgo y un estrés por altas temperaturas para eliminar tantas fallas extrínsecas como sea posible.

Desgaste Este ha sido el enfoque de la mayoría de los estudios de fiabilidad de semiconductores y los cálculos de predicción posteriores. El desgaste es una región de interés particularmente importante durante el desarrollo de nueva tecnología y para la evaluación de mejoras a las tecnologías existentes. El enfoque en el desgaste es particularmente importante para los profesionales de la confiabilidad, ya que los mecanismos de desgaste afectan a toda la población de muestras, haciendo posible el estudio de las distribuciones de fallas con tamaños de muestra pequeños. Las fallas se producen bajo condiciones extremas de aceleración, principalmente impulsadas por la temperatura. Las tasas de fallas aumentan constantemente a lo largo de la vida útil de la distribución, y luego disminuyen solo después de que la población se agota. En este estudio, las distribuciones de fallas de desgaste son aparentes bajo condiciones aceleradas que

tienen la intención de acelerar el tiempo sin generar mecanismos de falla nuevos o anómalos. El final de la vida es una región innegablemente importante a tener en cuenta, pero los mecanismos de desgaste no se ven típicamente dentro de la vida útil esperada de los semiconductores aplicados en dispositivos electrónicos o incluso dentro de una vida humana.

Definiendo una nueva curva de bañera Con el fin de cambiar la curva de la bañera para que sea útil para examinar la calidad y la fiabilidad al mismo tiempo, proponemos utilizar "consecuencias" en lugar de "tasa de fallas". Esta sutil diferencia es significativa para medidas de calidad, como el rendimiento, ya que nuestra bañera invertirá un gráfico de rendimiento. Puede pensar en la medición de la precipitación como "sin rendimiento". Si bien la gente de la confiabilidad está acostumbrada a observar los gráficos de tasa de fallas, las consecuencias parecerán ser menos descriptivas ya que ahora se elimina el componente de tiempo de la tasa. Las caídas de tensión y las tasas de fallas instantáneas son conceptos muy similares, por lo que crea un terreno común para que la gente de confiabilidad y calidad se una. Con un gráfico de precipitación, el resto del mundo debe notar que en una escala de precipitación, más alta es peor. Un último factor de complicación es que la escala de consecuencias realmente debe ser logarítmica. Después de todo, estaremos comparando rangos de precipitación del 10% a partes por millón, muchos órdenes de magnitud. Del mismo modo, el eje del tiempo se volverá un poco borroso, por lo que definitivamente necesitaremos algo parecido a una escala logarítmica para comprender tanto la vida infantil, que a menudo se manifiesta en menos de una hora, como las regiones desgastadas, que se extienden más allá de cientos de años hasta milenios. A pesar de que una escala logarítmica tiene sentido durante la vida útil, la precisión del tiempo exacto no es necesaria para describir las relaciones de calidad / confiabilidad y, finalmente, producir evaluaciones de riesgos. Ver y regiones de desgaste, que se extienden más allá de cientos de años en milenios. A pesar de que una escala logarítmica tiene sentido durante la vida útil, la precisión del tiempo exacto no es necesaria para describir las relaciones de calidad / confiabilidad y, finalmente, producir evaluaciones de riesgos. Ver y regiones de desgaste, que se extienden más allá de cientos de años en milenios. A pesar de que una escala logarítmica tiene sentido durante la vida útil, la precisión del tiempo exacto no es necesaria para describir las relaciones de calidad / confiabilidad y, finalmente, producir evaluaciones de riesgos.

Definiciones de calidad y confiabilidad Los defectos, el rendimiento, la calidad y la fiabilidad son términos comúnmente utilizados que a menudo se usan de forma ambigua. Tradicionalmente, el "tiempo cero" ha sido el comienzo de la curva de bañera o el cruce entre evaluaciones de calidad y tiempos de vida de confiabilidad. Desenfocaremos intencionalmente este cruce porque queremos utilizar la calidad para predecir la confiabilidad, particularmente para la parte de la bañera que está en la etapa temprana de la vida. El rendimiento se considera normalmente como una medida del porcentaje de dispositivos "aceptables" en el tiempo cero. Una definición de confiabilidad muy específica para el rendimiento

es: calidad a edad cero. Esta definición de rendimiento a veces aparece como el valor de la " intersección en y. Del mismo modo, los profesionales de la confiabilidad han definido la confiabilidad como una función del tiempo, en otras palabras, una "tasa" instantánea de calidad. Sin embargo, esto se define más correctamente como una acumulación de "no calidad", o genéricamente, precipitación. Para llevar aún más allá la definición de confiabilidad, necesitaremos eliminar la tasa y clasificar la confiabilidad como una "predicción de calidad". Como hemos definido el rendimiento como calidad a la edad = cero, la confiabilidad se definirá como la calidad a la edad > cero. Por lo tanto, en lugar de utilizar "rendimiento" como una medida de calidad en diferentes intervalos de vida, usaremos "calidad" como una medida de los dispositivos defectuosos. Tenga en cuenta que esta definición de rendimiento es diferente de otros estudios que a menudo usan el rendimiento para definir y describir la calidad, independientemente de la historia previa o el envejecimiento del punto de medición.

Antecedentes sobre las relaciones de rendimiento y confiabilidad Una relación razonable entre calidad y confiabilidad ha sido ponderada por muchos años. Las investigaciones sobre las relaciones entre rendimiento y confiabilidad comenzaron con las primeras caracterizaciones de defectos de Stapper hace dos décadas. Más tarde, Shirley propuso una relación de defectos de calidad y defectos de fiabilidad, en la siguiente forma: Shirley postuló que esta relación (K) es una constante, y que cada mecanismo de falla tiene su propia relación. También sugirió que la proporción era al menos 1/100. Las estimaciones para esta proporción se han expandido a una región entre 1/100 y 1/1000 [5]. En pocas palabras, por cada 1000 defectos de calidad (rendimiento a la edad cero), debe esperar entre 1 y 10 defectos de confiabilidad. Usando la proporción de K, muchos estudios de silicio han investigado y optimizado el quemado. El factor K es la proporción de piezas defectuosas que caen en cada punto de medición durante la fabricación, montaje, prueba del producto, ensamblaje del OEM, prueba del sistema, durante el encendido del usuario final, vida temprana, período de garantía, vida útil y desgaste. Como ya hemos notado, los fabricantes de semiconductores han aprovechado la disminución de la tasa de fallas tempranas mediante un proceso llamado "quemado". La intención de la quemadura es acelerar las fallas tempranas usando polarización y temperatura para evocar las consecuencias defectuosas y mover a una región de tasa de falla más baja de la curva de la bañera. Desde otra perspectiva, simplemente considere qué parte de la curva de la bañera probablemente producirá consecuencias que el cliente detectaría. Usaremos el lado izquierdo de la Fig. 5 para ilustrar. La curva de la bañera que se muestra en la Fig. 5 tiene una caída máxima de fabricación del diez por ciento (100.000 DPM) durante el proceso de fabricación. Esto podría describirse más simplemente como 90% de rendimiento. La caída disminuye por otro factor de 100 durante las fases de detección, detección y protección de la construcción. Si esta tendencia continúa en el fabricante de equipo original, produciría una parte con consecuencias de vida temprana (en la línea de producción del cliente) de 100 ppm. Para simplificar, hemos trazado estos a la izquierda de la cuadrícula de tiempo, que ahora comienza al comienzo de la fabricación. El cruce de proveedor a cliente se define como el traspaso al OEM en la figura 5 , arbitrariamente establecido en ~1 h. En este ejemplo, tanto la calidad como la confiabilidad se miden en la misma distribución temprana de la vida: las etapas de entrega desde el proveedor hasta el OEM son las únicas que

separan las distintas definiciones. Como resultado, el origen de la relación calidad / confiabilidad se vuelve obvio. Para dispositivos de silicio, se reclama el factor K de 1/100 a 1/1000, pero cada situación y mecanismo puede verse afectado por el porcentaje de fallas tempranas presentes en cualquier población y los métodos de detección asociados que se pueden aplicar. Como resultado, los factores K que varían de 2 a 1/1000 son más típicos. Varios mecanismos de falla de desgaste se aceleran mucho por la temperatura, por lo que esta metodología ha producido datos que son fáciles de analizar y predecir directamente la vida útil aplicable, aunque con tiempos de vida muy largos. Por el contrario, si existen mecanismos de falla temprana, esos mecanismos tienden a ser bastante diferentes de lo que eventualmente falla al final de un test vital altamente acelerado. La nueva curva de bañera asume que la población es constante en la fabricación, el ensamblaje del dispositivo, la prueba del producto, el ensamblaje del sistema, la prueba del sistema y durante toda la vida útil. Esta población coherente tiene sentido para los mecanismos de desgaste, pero no funciona tan bien para el tratamiento histórico de los mecanismos de defectos. Esto se debe a que suponemos que toda la población finalmente sucumbirá al desgaste, pero sabemos que, por lo general, la población de piezas defectuosas es relativamente pequeña. Entonces, en la nueva curva de la bañera presentamos las consecuencias como una fracción de la población total para cada intervalo.

Importancia de los defectos Al usar la nueva curva de bañera, podemos explicar el importante cambio de enfoque desde el desgaste hasta los defectos. Los defectos son los artefactos raros que están presentes en cada proceso, pero rara vez se discuten en las investigaciones de física de fiabilidad. Las importantes fallas de confiabilidad extrínseca ocurren como defectos que se degradan a una falla completa en condiciones de uso y envejecimiento nominal. Los tipos de defecto más comunes que entran en esta categoría son: I. II. III. IV. V.

Defectos dieléctricos del condensador. Defectos de conexión en el nivel del metal. Defectos cortos de contacto adyacente. Defectos cortos de interconexión de metal. Defectos de cobertura por pasos de contacto o interconexión.

Diez años antes del descubrimiento de defectos en los semiconductores compuestos, se informaron tipos de defectos similares para el silicio. Shirley informó que los defectos de metal y las partículas fueron la principal causa de defectos de confiabilidad, según lo determinado por las pruebas de confiabilidad y por un análisis de rendimiento.

Puntos de escape y detección Para los procesos de semiconductores modernos, la detección de defectos se logra mediante el uso de puntos de escape. Los puntos de escape se definen como pasos en un proceso de

fabricación / fabricación donde se pueden atrapar las consecuencias. Los puntos de escape a menudo son mediciones de atributos físicos o propiedades eléctricas. La idea aquí es considerar no solo la causa raíz de un problema, sino igualmente importante, qué fue mal con el sistema de control al permitir que este problema escapara aguas abajo. Los ingenieros de confiabilidad deben trabajar con sus compañeros de equipo de ingeniería para identificar y verificar todos los puntos de escape aplicables a lo largo de todo el proceso de fabricación. En el procesamiento de semiconductores, el punto de escape se define con mayor precisión como el primer punto de control en el proceso Fab después de la aparición de la causa raíz que debería haber detectado el problema pero no lo hizo. El valor potencial al considerar los puntos de escape es la redundancia de no solo resolver la causa raíz de los problemas, sino también mejorar la detección de problemas futuros. Un proceso robusto de resolución de problemas incluiría la selección de acciones correctivas, verificación, implementación y validación del método para eliminar la causa raíz, pero también el método para mejorar la efectividad de los puntos de escape. Otra correlación que es importante para reducir las fallas de confiabilidad del cliente es la relación entre los atípicos y los inconformes. En muchos casos y entre varias opiniones personales, los valores atípicos y los rebeldes a veces se consideran las mismas cosas. Sin embargo, una población inconformista es la que causa la precipitación en la aplicación final y no se detecta durante la fabricación, el ensamblaje y la fabricación. Por otro lado, los valores atípicos son una población que puede estar dentro de las especificaciones, pero son inusuales en comparación con la población predominante. Las definiciones de valores atípicos e inconformistas dependen críticamente de lo que se mide y dónde se mide. La correlación es importante ya que la mayoría de las mediciones de control de proceso y componentes son considerablemente diferentes a las mediciones del sistema en la aplicación final. Relación K < 1 que hemos descrito. Los Mavericks exhiben una excursión en la que la detección aguas abajo es mejor, es decir, la K > 1. Para una comparación de atípicos y rebeldes en el contexto de la nueva curva de la bañera.

Discusión Además del efecto de la confiabilidad "inherente"; encontrar los vínculos asociativos entre la calidad y la confiabilidad es una de las metodologías de mejora para reducir los defectos. Se muestran ejemplos de asociaciones generales de calidad y fiabilidad para un período de tiempo de 2 años en la figura 8 junto con el rendimiento y el volumen. El aumento (relativamente) leve en el rendimiento y el aumento aproximado de 3 veces en los volúmenes de fábrica de fabricación no se muestran, pero las medidas de calidad y confiabilidad se normalizan a sus mediciones iniciales en el período de demostración de 2 años. Parece más que una coincidencia que las medidas de calidad internas (salientes) y externas (fábricas de clientes) se sigan tan cerca una de la otra, ya que la precipitación global disminuye más de un orden de magnitud durante este 2 marco de tiempo del año. También es digno de mención que las tasas de retorno de los clientes externos y las consecuencias de las pruebas internas tienen tendencias muy similares entre sí, así como a los niveles de calidad.

CURVA DE LA BAÑERA

La idea de la curva de la bañera forma la base conceptual para gran parte del estudio de fiabilidad. En la mayoría de los dispositivos electromecánicos, la función tasa de fallo tiene forma de bañera: cuando se inicia la vida de un aparato, la tasa de fallo instantánea resulta ser relativamente alta (es lo que se denomina “mortalidad infantil”); una vez que los componentes y partes electromecánicas se han acoplado, la tasa de fallo es relativamente constante y baja (etapa de “vida útil”); más adelante, tras un tiempo de funcionamiento, la tasa de fallo vuelve a incrementarse hasta que, finalmente, todos los dispositivos habrán fallado (“efecto envejecimiento”) (Blesa, y otros, 2002). 1. Juventud. Zona de mortandad infantil. El fallo se produce inmediatamente o al cabo de muy poco tiempo de la puesta en funcionamiento, como consecuencia de: -Errores de diseño. -Defectos de fabricación o montaje. -Ajuste difícil, que es preciso revisar en las condiciones reales de funcionamiento hasta dar con la puesta a punto deseada. Para evitar esta zona, cuando es posible se somete a los componentes a un “quemado” inicial desechando los componentes defectuosos. Este quemado o rodaje inicial se realiza sometiendo a los componentes a determinadas condiciones extremas, que aceleran los mecanismos de fallo. Los componentes que pasan este periodo son los que se venden, ya en la zona de vida útil.

2. Madurez. Periodo de vida útil.

Periodo de vida útil con tasa de fallos aproximadamente constante. Es el periodo de mayor duración, en el que se suelen estudiar los sistemas, ya que se supone que se reemplazan antes de que alcancen el periodo de envejecimiento.

3. Envejecimiento. Corresponde al agotamiento. La tasa de averías vuelve a crecer, debido a que los componentes fallan por degradación de sus características por el transcurso de tiempo. Aún con reparaciones y mantenimiento, la tasa de fallo aumenta, hasta que resulta demasiado costoso el mantenimiento Estos tres periodos se distinguen con claridad en un gráfico en el que se represente la tasa de fallos del sistema frente al tiempo. Este gráfico se denomina “Curva de bañera” o “Curva de Davies”.

Aunque existen hasta seis tipos diferentes de curva de bañera, dependiendo del tipo de componente del que se trate, una curva de bañera convencional se adapta a la siguiente figura:

CURVA DE LA BAÑERA

CARLOS ALBERTO LAGOS RAMOS- 181195

INGENIERO Edwin Edgardo Espinel Blanco

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER INGENIERIA MECANICA OCAÑA 2018