Reliability Management

Transkript

1 Reliability Management TEST AF KOMPONENTER I AGGRESSIVE MILJØER NOVEMBER 2018 side 4-5

2 Nyt fra sekretariatet Efteråret er fyldt med aktiviteter i SPM. Nye grupper er under opstart, konference om Physics of Failure og en række erfa-møder. SÆT KRYDS I KALENDEREN Den 29. januar 2019 holder SPM generalforsamling i kombination med tovholderdagen. Sæt kryds i kalenderen. Tovholderdagen giver erfagruppernes tovholdere og repræsentanter for erfa-grupperne mulighed for nogle timer med fokus på udviklingen af erfa-grupperne, så de får endnu større værdi for medlemmerne. Dette sker sammen med bestyrelsen og sekretariatet. I år tager arbejdet med at styrke erfa-grupperne afsæt i en ny strategi for SPM KONFERENCE Den 31. oktober afholdtes årskonference med titlen Development of reliable products based on Physics of Failure. Der var indlæg fra Michael Pecht samt en række specialister, der delte ud af deres viden. Konferencen var gratis for SPM s medlemmer. NY GRUPPE ER I LUFTEN SPM s nyeste gruppe nr. 22 hedder Strukturel simulering af mekaniske systemer. Gruppen er nu officielt i gang, og de kommende erfa-møder er under planlægning. Læs mere om erfa-gruppe 22 her i magasinet. Har du lyst til at deltage i den nye gruppe, er du velkommen til at kontakte sekretariatet. KONTIGENTOPKRÆVNING PÅ VEJ SPM er i løbet af sommeren blevet momsregistreret, hvorfor kontingentopkrævningen for 2018 udsendes senere end vanligt, men I modtager den snart. Med ny erfa-gruppe, endnu et MasterClass forløb og stigende aktivitetsniveau er det også glædeligt, at vi i 2018 har haft et stigende antal medlemmer og personlige medlemskaber. Det lover godt for Susanne Otto og Thomas Bech Hansen ÆNDRING AF MEDLEMSKREDSEN 60 fuldt betalende medlemmer og 6 associerede INDMELDELSE GomSpace A/S COMSOL A/S EDR & Medeso ApS Coloplast A/S Medlemmer af SPM får rapporter tilsendt som led i medlemskabet. Andre kan købe rapporterne af SPM ved henvendelse til Lisa Engedal Nielsen på tlf eller mail len@force.dk. De 5 nyeste SPM-rapporter SPM-182: PRODUCT MISSION PROFILING PRACTICAL EXAMPLES OF MISSION PROFILES AND DERIVED TESTS This report is a guide to mission profile process tool from which product requirements accelerated life testing and other relevant tests can be derived as well as serve as input to the development process. Further, the process is demonstrated by practical cases. Susanne Otto og Kim A. Schmidt, DELTA, august SPM-181: PRACTICALLY APPLICABLE RELIABILITY TOOLS A GUIDE WITH PRACTICAL CASES This report is a guide to reliability tools related to different phases of a product s life from the development phase to the field operation phase. It has the form of a handbook enabling the reader to get an overview of reliability tools in a few pages. A number of practical cases of tool application are described. Susanne Otto, Kim A. Schmidt og Jørn Johansen, DELTA, juni SPM-180: RELIABLE PRODUCTS SPECIFICATION AND VALIDATION OF CRITICAL PRODUCT PARTS This report provides guidance on specifying and validating critical product parts emphasizing reliability requirements and aspects. It is intended for situations, where the product part is bought off-the-shelf or where its development is outsourced. Leif Christiansen, Kim A. Schmidt og Henrik Funding Ravn, DELTA, april SPM-179: ACCELERATION FACTORS AND ACCELERATED LIFE TESTING - A GUIDE BASED ON PRACTICAL EXPERIENCES This report describes the basic concepts of acceleration factors, acceleration models and accelerated life testing, as they apply to electromechanical products. A number of practical examples and recommendations are given as well. Anders Bonde Kentved, DELTA, februar SPM-178: GUIDELINE FOR HÅNDTERING AF MSL OG PSL - HÅNDTERING I HENHOLD TIL IPC-JSTD-001, -020, -033 OG -075 Rapporten beskriver vha. flowdiagrammer typiske spørgsmål i forbindelse med komponenthåndtering for udvikler, distributør, indkøb, lager, produktion og service. Hytek, februar Rapport ECR-205 fra 1987, Apparatdesign til Vibrations- og chokkrav, fås digitalt og er tilgængelig for SPM s medlemmer. HUSK VORES ADGANG TIL cedm S HJEMMESIDE Medlemsafsnittet på cedm s hjemmeside er tilgængeligt for alle SPM-medlemmer: 1. Gå ind på spm-erfa.dk og login på SPM s medlemsafsnit. 2. Vælg links og klik på cedm s logo, som fører til et auto-login. 3. Ignorer beskeder om one-time login og opfordringer til at ændre password. Alle SPM-medlemmer har adgang via samme link og auto-login. 2

3 NY Portræt af SPM ERFA 22 SPM ERFA 22: Strukturel simulering af mekaniske systemer Af Rasmus Nielsen, LINAK I august 2018 startede erfa-gruppe 22 op på initiativ af medarbejdere fra Danfoss, Novo Nordisk og LINAK, som på et forudgående møde havde identificeret en række fælles interesseområder. Det specielle ved erfa-gruppe 22 er, at den skal repræsentere et dansk forum for strukturel simulering af mekaniske systemer, som ikke har eksisteret tidligere. Formål og faglige emner Erfa-gruppen udveksler viden og erfaringer om strukturel simulering af mekaniske systemer og deres multifysiske aspekter. Erfa-gruppe 22 har ingen præferencer vedrørende software, og det er målet, at erfa-gruppens arbejde tager udgangspunkt i konkrete og veldefinerede opgaver, der så vidt muligt underbygges af eksperimentelle resultater. Eksempler på faglige emner: forudsigelse af levetid for en given komponent 1D modellering af et mekanisk system til brug ved systemudlægning materialemodeller (fx af ikke-lineære materialer) simulering af fremstillingsprocesser (fx svejsning). TODELTE MØDER Erfa-gruppe 22 mødes 3 gange årligt på skift hos gruppens medlemmer. Mødet er delt i to; en fælles del med præsentationer og en individuel del, hvor der arbejdes i mindre undergrupper. Eksterne indlægsholdere inviteres med til møderne, når det er relevant for at opnå viden inden for specifikke områder. Det er gruppens mål at samarbejde med universiteter og at have disse repræsenteret ved møderne. LØSNING AF KONKRETE OPGAVER Som noget specielt for denne SPM erfa-gruppe arbejdes der med konkrete opgaver, som defineres af gruppen i fællesskab. Ved opstartsmødet blev der udarbejdet et katalog med opgaver, der tager udgangspunkt i deltagernes daglige udfordringer. Medlemmer med interesse i en given opgave deltager i en undergruppe, som arbejder på opgaven mellem hvert møde. Målet med opgaverne kan fx være en guideline eller en simuleringsmodel. Af igangværende opgaver kan nævnes: How to model complex material properties, hvor der arbejdes på bedre at kunne modellere fx kryb, udmattelse og slid. Successful democratisation, hvor målet er at skabe en strategi for at udbrede simuleringsværktøjer i en organisation. Nye medlemmer til ERFA 22 er altid velkomne. SPM s 13 erfa-grupper Oplysninger om hver enkelt erfa-gruppe findes på SPM s hjemmeside P 2 PoF klub 5. Compliance Engineering 6. Pålidelighed 8. Produktionsteknik 9. EMC 10. Miljøprøvning & konstruktion 11. Planlægning og udvikling af produktionstest 13. Termisk rigtig apparatkonstruktion 16. Fejlmekanismer i elektronik 17. HALT/HASS 20. DFMA Design for Manufacturing and Assembly 21. SPM Masterclass 22. Strukturel simulering af mekaniske systemer 3

4 Klargøring af autoklave til test i FACT-Lab. 4

5 TEST AF KOMPONENTER I AGGRESSIVE MILJØER Af Marianne Krogsgaard Berg, FORCE Technology Åbningen af FACT-Lab har nu gjort det muligt for danske virksomheder at få testet korrosionsbestandigheden og funktionaliteten af materialer, der skal være udsat for et højt tryk, høje temperaturer og/ eller et korrosivt miljø. FACT-Lab står for Flexible Accelerated Corrosion Testing og kan levetidsteste metalliske komponenter i skrappe og aggressive miljøer (væske og gasser). Det er også muligt at teste nedbrydningen af blandt andet plast, kompositmaterialer og overfladebehandlinger samt hele produkter som fx sensorer. Laboratoriet kan fx tilbyde standardtests i henhold til EN, ASTM og NACE, men det er også muligt for kunderne at få specialdesignet en test, der passer lige netop til det, de har behov for at få testet. Det var præcis den mulighed, TRD Surfaces benyttede sig af, da de skulle have valideret holdbarheden af deres nyudviklede overfladebehandling, som blandt andet kan give rustfrie stålemner en keramisk overflade. ACCELERERET SPECIALTEST MED MASSER AF SPARRING Vi havde brug for at få dokumenteret effekten af at behandle højtryksdyser af hærdet stål med keramiske overflader i forhold til dyser uden den belægning. Derfor kontaktede vi FORCE Technology for at få testet vores belægninger, siger Mads Brink Laursen, CEO, TRD Surfaces. I samarbejde med TRD Surfaces udviklede FORCE Technology et test set-up i FACT-Lab og foretog en accelereret test til at eftervise effekten af abrasivt slid på de behandlede højtryksdyser. Vi ønskede en test, hvor der er mest muligt at se på relativ kort tid, siger Mads Brink Laursen, og han fortsætter: FORCE Technology havde stor ekspertise i at konstruere testen og optimale forhold at udføre den i. Vi fik masser af sparring undervejs, og FORCE Technology sikrede, at alle parametre blev overholdt, som fx vandtryk, koncentration og størrelse af de partikler, der blev anvendt til at accelerere sliddet. Testen var oplagt at udføre i vores nye FACT-Lab, hvor vi byggede en separat container til at opsamle sprøjtetåge og støv, og selvom testen både fyldte meget og larmede blev andre ikke generet af det, da FACT-Lab er en isoleret laboratorieenhed med perfekte muligheder for at specialdesigne tests, siger Mikkel Østergaard Hansen, som er specialist hos FORCE Technology. RESULTATER AF UAFHÆNGIG TEST ER ALLEREDE I BRUG Den efterfølgende analyse af testen bekræftede TRD Surfaces formodninger om, at deres behandlede dyser var mere holdbare end almindelige ubehandlede dyser. Det var tydeligt at se på såvel testdata og billederne fra de højtopløselige mikroskoper, at der var betydeligt mindre slid på højtryksdyserne med keramiske belægninger. Det er vigtigt for os, at det er uafhængige, der har lavet testen og dokumenteret effekten af belægningerne, så det ikke bare er noget, vi selv påstår, og vi er ikke i tvivl om, at testen kan bruges fremadrettet, slutter Mads Brink Laursen. TRD Surfaces bruger faktisk allerede nu testresultaterne i deres markedsføring af keramiske belægninger, som også kan bruges til fx rørsamlinger og ventiler - alle steder med et flow der slider på komponenterne. TRE FORSKELLIGE TESTFACILITETER I ÉT LABORATORIE Der er faktisk tre faciliteter til rådighed i FACT-Lab: et almindeligt atmosfærisk testlaboratorie, autoklaver og et fuldskalalaboratorie. I den første facilitet udføres test ved normalt atmosfærisk tryk, hvor det også er muligt at tilsætte giftige og korrosive gasser som svovlbrinte for at teste korrosionsbestandigheden af emnerne. I autoklaverne opereres der med temperaturer op til 350 grader og tryk op til 350 bar, og det er samtidig muligt at udsætte testemnerne for op til omdrejninger i minuttet i skrappe kemikalier. Dermed kan man simulere de præcise forhold, som en komponent skal operere under, efter den er installeret. Efter endt test kan de mekaniske egenskaber testes for at se, om materialet reelt er modstandsdygtigt til at fungere i det påtænkte miljø. Et andet eksempel er levetids- og funktionstest af et elektrisk produkt, som skal operere under tryk i aggressivt havvandsmiljø. FULDSKALATEST TIL HAVARI- OG VALIDERINGSTEST Udover at udføre kundetilpassede tests eller teste efter branchernes standarder i autoklaverne er det også muligt at udføre havari- eller valideringstest i fuldskalakammeret. Her kommer de større komponenter og systemer på op til et par meters længde, bredde og højde ind i et sikkerhedskammer, hvori der er indsat et egentligt testkammer. Fuldskalatest kan fx anvendes til at opklare, hvorfor et havari skete og dermed tage de nødvendige forholdsregler, så det samme ikke opstår igen. 5

6 FEJLANALYSE AF ASIC I HFCBGA Af Helle Rønsberg, FORCE Technology Optimering af proces og pakkedesign af ASIC i avanceret flip-chip på basis af resultater fra fejlanalyse - et eksempel på fejlanalysemetodik For udviklere - såvel som for brugere - af komponenter, subparts mv. er det vigtigt at finde hovedårsagen, når en fejl opstår. Dette er nødvendigt for at finde den rette løsning og undgå fejlen fremover. Selvom man ikke selv råder over analyseudstyr, er det en stor hjælp at have en basisforståelse for, hvad der er muligt i diskussionen med fx en leverandør. Har man fået udført en tredjepartsanalyse, er resultaterne ligeledes en god adgangsbillet til en løsningsorienteret diskussion med leverandøren. I denne artikel gives eksempel på en analysemetodik for en HFCBGA samt et kort indblik i, hvad analyseresultaterne førte til. SAM billede lyse områder er lodde-materiale. Fra bagsiden kan gennemføres step-by-step elektrisk måling og lagfjernelse. På den måde kan det verificeres, om fejlen er i forbindelse med ball attachment, i selve substratet, bump attachment eller i selve ASIC en. I de to omtalte eksempler kunne fejlstedet ses efter fjernelse af substrat. Stresrevner ses i underfill materialet. Fejlanalyse af ASIC i HFCBGA DE FØRSTE ASICS FEJLEDE I PRODUKTIONSTESTEN Årsagen viste sig at være manglende vedhæftning mellem to materialelag (PI og UF). Det førte til kortslutning mellem bumps under relow-processen, idet loddematerialet fra de smeltede bumps kunne flyde ud mellem de to lag. Da først fejlmekanismen var afdækket, var der hurtigt fokus fra assembly-huset på at forbedre processen med bedre afrensning af flus efter montering af bumps. FEJLEDE OGSÅ I TEMPERATURCYKLINGSTEST (DEL AF KOMPONENTKVALIFICERINGEN) Der opstod stressrevner i ASIC-toplaget og i underfill-materialet under temperaturcyklingstest. Faktorerne omkring årsagen til stressrevnerne blev fundet, og med den viden kunne en optimering af pakken gennemføres. Små stress release områder blev indført i hjørnerne af limningen af heat-spreader til substrat. Derudover indførtes også laser-groving af dies ved die-separeringsprocessen kaldet dicing. Ofte udføres dicing ved savning. Indførelse af et yderligere step med laser-groving af øverste lag inden savning reducerer stress i toplaget på ASIC en. Samlet set førte disse ændringer til en mere robust ASIC-pakke, som nu kunne holde til temperaturcyklingstesten. Efterfølgende fjernes underfill ved kemisk ætsning. Tilbage står bumps på ASIC. ASIC-overfladen kan nu inspiceres optisk og i SEM (Scanning Elektron Mikroskop). Metallet, der kortslutter bumps, kan analyseres ved hjælp af EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Her kan man finde ud af, hvilke bestanddele materialet består af, og i dette tilfælde derfor konkluderer, at det er bump-materiale. SEM billede af loddemateriale og EDS spektra samt optisk billede af revner i ASIC. Efterfølgende slib på tværs af lagene kan hjælpe med til at forstå fejlårsag. For at nå til disse erkendelser og løsninger kræves en struktureret fejlanalyse, som giver tydelige konklusioner, der kan anvendes til en konstruktiv diskussion med assembly-huset for at finde frem til de rigtige løsninger. FEJLANALYSE FLOW/METODIK AF DENNE TYPE ASIC-KOMPONENTER Kan fejlen ikke findes ved røntgenanalyse, kan ASIC en samt de interne forbindelser tilgås fra toppen eller bunden. Fra toppen kan man forsigtigt fjerne heat spreader og varmeledende materiale. Det er vigtigt, at dette gøres uden at indføre stress, så die n knækker. Med SAM (Scanning Akustisk Mikroskopering) kan man nu undersøge, om der er delamineringer imellem die og underfill-materialet, og om bumps har god forbindelse. SEM billede - tværsnit der viser peeling af PI lag og revne i UF. Det beskrevne analysearbejde er selvfølgelig lidt tidskrævende, men omkostningerne herved er minimale set i forhold til at minimere forsinkelser, inden et robust produkt kan sendes på markedet. 6

7 JORDSKÆLVSTEST Af Kim Albert Schmidt, FORCE Technology Når elektronisk udstyr skal anvendes i områder med en høj risiko for jordskælv, er det nødvendigt at forholde sig til udstyrets modstandsdygtighed overfor jordskælvene. I denne lille artikel opsummerer vi de vigtigste forhold i forbindelse med jordskælvstest. Et godt udgangspunkt er at se på hvilke internationale standarder, der findes indenfor området. Og et godt sted at starte er i IEC xx serien. Her handler guidance dokumentet IEC (1991) om Seismic test methods for equipments. Dette dokument giver en god introduktion til emnet, og ud over at beskrive 3 forskellige strenghedsklasser er der også nævnt følgende 4 testtyper: Sine sweep, Sine beat, Time history eller Continuous sine, som enten kan udføres som single-axis test eller multi-axis test. Accelerationsniveauerne er ofte i størrelsesordenen på 0,3 til 1,5 g peak, og da frekvensområdet ofte er i den lave ende typisk fra 35 Hz og ned til under 1 Hz er der tale om ret store bevægelsesamplituder på op til over 20 cm peak-to-peak! Time history er en testtype, som defineres ud fra et Shock Response Spectrum (SRS) og dermed udføres med en transientlignende tidshistorie for acceleration som funktion af tid. En berømt standard indenfor jordskælvstests er GR-63-CORE (2017), som nu leveres af Ericsson, men tidligere har været kendt under Bellcore, Telcordia og NEBS. I denne standard lægges der op til at bruge en bestemt tidshistorie med acceleration som funktion af tid også selvom testen egentlig er defineret ud fra SRS-metoden! Det er vigtigt at skelne mellem ground acceleration og floor acceleration. For udstyr, som placeres direkte på jorden, skal man bruge værdier for ground acceleration, og for udstyr placeret i bygninger skal man bruge floor acceleration, men det kan være lidt af et gedemarked at få fat på de rigtige værdier for ens produkt og den eller de givne applikationer. I og med seismisk tests er ret lavfrekvente, giver de mest relevans for større testemner med dimensioner i meterstørrelse og vægte over 100 kg. For mindre emner er det ofte nok at vise, at emnet ikke har nogle egenfrekvenser (resonanser) under fx 35 Hz. Som ved alle andre tests er det vigtigt at fastlægge de givne acceptkriterier inden teststart. Og ved seismiske tests er der ofte tale om et af følgende kriterier: Udstyret skal fungere OK under og efter testen. Udstyret skal fungere OK efter testen, men må gerne være ude af normal drift under selve testen. Udstyret må ikke gå fysisk i stykker under testen, og det er OK, at det kræver manuel indgriben for at få det i gang efter testen. Udstyret må gerne gå fysisk i stykker under testen, men der må ikke være risiko for, at det skader personer i nærheden. Resume: Ligesom ved mange andre testaktiviteter er jordskælvstests ikke bare ligetil at specificere og udføre. Der skal ses på alternative metoder, evalueres og træffes nogle valg, inden man er klar til test. 7

8 Vækst i rumindustrien Med den nationale rumstrategi fra 2016 er der kommet fokus på new space og nanosatellitter, som er karakteriseret ved høj volumen satellitter til kredsløb i lav bane om jorden. De sidste to år har FORCE Technology i samarbejde med Alexandra Instituttet arbejdet på at udvikle services målrettet den danske rumfartsindustri inden for både upstream og downstream aktiviteter i forlængelse af rumstrategien. EXTREME TEST AF NEW SPACE PRODUKTER Udfordringen for udviklere af nanosatellitter er at sikre og dokumentere tilstrækkelig operationel levetid samtidig med, at omkostningerne holdes nede. Klassisk eller deep space udstyr møder krav om 20 års levetid eller længere i det allerhårdeste miljø, mens kravene for new space typisk ligger på 3 5 år under forhold, der nok er gunstigere, men stadig krævende. Desuden benytter new space COTS (Commercial Of The Shelf) komponenter inkl. batterier, som ikke er certificeret til spacebrug. Design- og testmetoder fra klassisk space kan altså ikke bare overføres til new space. Derfor må der udvikles ekstreme tests målrettet new space for effektivt at verificere produkternes evne til at overleve opsendelse og fungere i rummet. Dette er et af målene i resultatkontrakten Udnyttelse af rumsystemer til øget vækst. ADDITIV FREMSTILLING AF OPTIMEREDE KOMPONENTER Et andet indsatsområde har været at afsøge stateof-the-art for additiv fremstilling af optimerede komponenter i metal til spacerelaterede anvendelser primært med fokus på nanosatellitter, hvor Danmark har skabt et stærkt internationalt fodfæste. Der er på forsøgsbasis opbygget et antal prototyper i henholdsvis aluminium og titan ved hjælp af tilgængelig front-end AM-teknologi. Prototyperne er underkastet de nyeste, relevante karakteriseringsmetoder med henblik på ikkedestruktiv kvalitetssikring. AFSLUTNINGSKONFERENCE Den 13. december 2018 afholdes afslutningskonferencen for projektet i Planetariet i København. Oplægsholdere fra bl.a. FORCE Technology, Alexandra Instituttet, Aarhus Universitet, DTU, Styrelsen for Forskning og Uddannelse, Aalborg Universitet og flere virksomheder vil fortælle om, hvilke tiltag der er sket inden for rumfartsmiljøet i Danmark, og hvor vi bevæger os hen i fremtiden. SPM s bestyrelse Jørn Landkildehus Formand Danfoss Drives A/S Søren Valentin Stentoft Næstformand Oticon A/S Lars Bo Hammer Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Lars Rimestad Grundfos A/S Lisbeth Reindel Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Tommy Vestermark Terma A/S Frede Blaabjerg Aalborg Universitet Hvem er SPM SPM er en forening for elektronikvirksomheder, komponentleverandører og for de mange virksomheder, der benytter elektronik i deres produkter. Medlemmerne udgør et nordisk netværk, der udveksler erfaringer og igangsætter fælles undersøgelser. Deltagelse i SPM skaber et stærkt og vigtigt fundament for virksomhedernes bestræbelser på at være konkurrencedygtige, at sikre markedsadgang og at sikre produktsikkerheden. FORENINGENS HOVEDAKTIVITETER Erfaringsudveksling i erfa-grupper, hvor de enkelte virksomheders specialister indenfor gruppens tema mødes tre-fire gange årligt og holder hinanden ajour med den nyeste udvikling indenfor deres specialområde. Gennemførelse af SPM-projekter, hvor projekterne finansieres via kontingentet, evt. suppleret med midler fra fonde o.a. SPM-projekter gennemføres prioriteret efter medlemmernes ønsker. Forslagene formuleres i reglen direkte i erfa-grupperne, og bestyrelsen igangsætter de projekter, der skal gennemføres. Kontingentet udgør årligt DKK 8.000,- samt DKK 1.000,- pr. erfa-gruppeplads. En kontingentstruktur der sikrer, at de der har størst gavn af foreningen betaler mest. Yderligere oplysninger om foreningen findes på SPM s hjemmeside Her er desuden en oversigt over eksisterende erfa-grupper og en fortegnelse over SPM s medlemsvirksomheder samt rapporter, der er udgivet. Rapporterne sendes automatisk til kontaktpersonen hos medlemsvirksomhederne. Kontakt vores sekretariat, hvis du ønsker at vide, hvem der er kontaktperson i din virksomhed. Ekstra rapporter kan købes hos SPM s sekretariat. Reliability Management SPM Magasinet Udgives af: SPM, Reliability Management SPM s Sekretariat FORCE Technology Venlighedsvej Hørsholm Tlf.: spm@force.dk Hjemmeside: Redaktør: Nanna Bastved Layout: Henriette Høyrup Tryk: FORCE Technology Oplag: 500 stk. 8