analyse de défaillance

ANALYSE DE DÉFAILLANCE
Une analyse de défaillance est définie comme un processus de
diagnostic
permettant
d’identifier
la
cause
d’une
problématique.
Les
analyses
de
défaillance
sont
particulièrement importantes et utiles dans le domaine de la
microélectronique. La nature de ces défaillances peut être très
diversifiée, mais habituellement, ces défaillances représentent
des problèmes de rendement, de fiabilité ou de fonctionnalité
qui doivent être établis et corrigés. Pour des raisons purement
logistiques, les analyses de défaillance sont habituellement
divisées en deux grandes catégories : les défaillances
d’assemblage, et les défaillances associées au circuit intégré,
c'est-à-dire la microplaquette. Cette division est effectuée en raison de la différence
significative des techniques d’investigation utilisées, malgré que certaines techniques
puissent être utilisées dans les deux cas.
Une analyse de défaillance est essentiellement une succession d’étapes analytiques, qui
permet d’établir et de caractériser un mécanisme de défaillance, permettant ainsi
d’identifier la cause et l’instauration d’actions correctives. L’élément le plus important
d’une analyse de défaillance est le processus de diagnostic (savoir-faire), plutôt que les
techniques utilisées. Sans un processus de diagnostic approprié, même les meilleures
techniques d’analyse ne seront d’aucune utilité, si le défaut a été détruit lors de
l’investigation.
En cours d’investigation, l’analyste doit s’assurer que toutes observations d’anomalies,
pouvant être reliées de près ou de loin à la signature de la défaillance, soient notées. Ces
anomalies observées en cours d’investigation pourraient s’avérer des indices importants
pour expliquer le mécanisme de défaillance, et ainsi permettre des actions correctives
appropriées. Chaque module étant unique, ce point doit être pris en compte lors de
l’investigation. Ainsi, avant de détruire une portion du module à analyser, l’analyste doit
s’assurer que toutes les vérifications pertinentes ont été effectuées avant de passer à
l’étape suivante.
Il n’existe aucun processus typique pour l’investigation d’une défaillance. Chaque
défaillance a ses particularités, et l’analyste doit tenir compte de divers éléments afin
d’établir son processus analytique. De plus, le processus initialement élaboré est souvent
modifié en cours d’investigation au gré des découvertes et/ou problématiques
rencontrées.
ÉTAPES D’INVESTIGATION
Malgré qu’il n’existe aucun processus d’investigation universel, il est possible de diviser
une analyse de défaillance en quelques étapes génériques :
1. Collecte d’information
2. Caractérisation de la défaillance électrique
3. Investigation non destructive
4. Identification et caractérisation du mécanisme de défaillance (investigation
destructive)
5. Identification du « Root Cause »
ANALYSE DE DÉFAILLANCE
1. Collecte d’information
La collecte d’information est essentiellement une pré-étape avant l’investigation
proprement dite. Sans certaines informations concernant le module défectueux, aucune
investigation ne peut être envisagée.
La technologie du module influence grandement la stratégie d’investigation. Un produit
Flip Chip organique ou céramique nécessite des investigations destructives différentes en
raison de la composition du substrat, alors qu’un produit de la technologie Wire Bond ne
présente pas les mêmes mécanismes de défaillance.
L’identification des nets (paramètres électriques) défectueux est essentielle, puisque sans
cette information, il est impossible d'entreprendre une investigation. Cette information
est habituellement fournie à l’aide d’un datalog, qui identifie les pins défectueux, les
valeurs électriques de défaillance et les paramètres de test utilisés pour identifier la
défaillance. Lors de l’analyse de défaillance, les mêmes paramètres de test devront être
utilisés pour valider la défaillance et suivre la signature électrique lors de l’investigation.
L’historique du module défectueux est aussi une information importante. Une défaillance
survenue après l’assemblage est très différente d’une défaillance après des tests de
fiabilité ou survenue en service. Après assemblage, on retrouve habituellement des
défauts grossiers; comme des problèmes de positionnement de la microplaquette, de
soudage, des dommages mécaniques, des défauts présents lors de la réception des
différentes composantes (ex. die, substrat), etc… Alors que des défaillances survenues
après des tests de fiabilité ou en service sont généralement de nature différente des
défaillances après assemblage, même si dans certains cas, des problèmes d’assemblage
peuvent être détectés après des tests de fiabilité ou après plusieurs mois en service.
Une fois que l’on dispose des informations pertinentes sur les modules à analyser,
l’analyste est en mesure d’élaborer un plan d’action pour l’investigation de la défaillance.
Son plan d’action contiendra les étapes d’investigations et les principales techniques
analytiques envisageables pour la localisation du défaut.
2. Caractérisation de la défaillance électrique
Cette étape consiste à confirmer la défaillance électrique, et à identifier les
caractéristiques de cette défaillance. La signature de la défaillance représente, bien
souvent, un indice sur les modes de défaillance possibles, et la composante défectueuse.
De plus, elle est « l’emprunt digital » de la défaillance qui pourra être suivi lors de
l’investigation.
ANALYSE DE DÉFAILLANCE
3. Investigation non destructive
Étape utilisée avant la portion destructive de l’investigation, elle est principalement
utilisée pour la prélocalisation du défaut ou pour découvrir des indices supplémentaires
sur le mode de défaillance. Selon les observations effectuées lors de cette étape, certains
modes de défaillance pourront être exclus ou toujours considérés, et ainsi réduire le
temps d’investigation en limitant la zone suspecte. Les principales techniques utilisées
pour les investigations non destructives sont;
 X-Ray, qui permet de visualiser l’intérieur d’une composante ou d’un assemblage.
 Inspection acoustique, qui permet de vérifier l’intégrité des interfaces
d’assemblage.
 TDR technique, qui permet de prélocaliser la défaillance électrique dans
l’assemblage en caractérisant la variation d’impédance d’un signal électrique se
propageant dans le circuit défectueux.
 MCI technique, qui permet de pré localisé la défaillance électrique dans
l’assemblage en caractérisant le champ magnétique du circuit défectueux sous
tension.
 Imagerie thermique, qui permet de prélocaliser la défaillance électrique dans
l’assemblage en caractérisant une variation de température associée au défaut.
4. Investigation destructive
Désassemblage de la composante défectueuse étape par étage, en prenant soin de suivre
le circuit défectueux, jusqu’à l’identification du défaut. Diverses techniques peuvent être
utilisées pour la portion destructive en fonction du produit, de son historique, et de sa
signature de défaillance. Par la suite, une caractérisation du défaut est effectuée afin de
déterminer le mécanisme de défaillance, et ainsi en déduire le point d’origine et les
causes probables de cette défaillance.
5. Identification du « root cause »
La plupart des investigations se terminent une fois que le mécanisme de défaillance a été
identifié, puisque la cause est habituellement connue, ainsi que l’action corrective. Dans
le cas d’un nouveau mode de défaillance, l’investigation se poursuivra pour comprendre
le mécanisme de défaillance et pour identifier la cause fondamentale de ce mécanisme.
Diverses méthodes peuvent être utilisées pour identifier la cause, comme la
modélisation, le DOE, le processus 8D, ou le « Fishbone diagram » pour en mentionner
quelques un.
Lexique
TDR  Time Domain Reflectometry
MCI  Magnetic Current Imaging
DOE  Design of Experiment