Reliability Management

Transkript

1 Reliability Management NEW IN-SPE WORK GIVES FAST AND EFFICIENT PREDICTION OF HUMIDITY INGRESS side 4-5 MARTS 2018

2 Nyt fra sekretariatet Kære medlemmer Velkommen til 2018 og til årets første udgave af SPM Magasinet. Det forgangne år 2017 blev et spændende år for SPM, der bl.a. kunne fejre sit 50-års jubilæum. Senest med et succesfuldt jubilæumsevent på Lindø. Vi fik også gennemført Master Class III i Pålidelighed med deltagelse af 22 ingeniører fra 8 medlemsvirksomheder. ERFA-GRUPPER OG -MØDER Igennem jubilæumsåret har vi oplevet flere erfa-møder og dermed også flere personer, som har deltaget i disse. Der er fortsat stor forskel på de enkelte grupper både i størrelse og mødeomfang. Dette er kun naturligt, da emner og grupper varierer. EVALUERING AF ERFA-GRUPPEMØDERNE Vi måler løbende tilfredshed med møderne. Dermed kan vi hele tiden spore forbedringspotentialer og måle effekten af nye tiltag. I 2017 var den samlede tilfredshed på 9,1 på 10-punktsskala modsat 8,6 i Der er ingen grupper med utilfredse mødedeltagere i 2017, hvilket er en stor ros til værter, tovholder og deltagere. Vi fortsætter i 2018 med at måle tilfredsheden. GENERALFORSAMLING OG BESTYRELSEN På SPM s generalforsamling 14. november i Odense valgte Ole Rindom fra Medicom Innovation Partner a/s at træde ud af bestyrelsen, og i stedet blev Lisbeth Reindel fra FOSS A/S valgt ind. Tak til Ole for hans indsats i bestyrelsen og velkommen til Lisbeth FULD AF AKTIVITETER Vi håber, at I alle i 2018 vil deltage i mange af de tilbud, som SPM udbyder. Udover netværksmøderne er der i år endnu en runde Master Class, Physics of Failure konference til efteråret og ikke mindst ARDC konferencen i København april, hvor SPM har sin egen stand. Vi håber at se jer der og til møderne. Susanne Otto og Thomas Bech Hansen ÆNDRING AF MEDLEMSKREDSEN 56 fuldt betalende medlemmer og 6 associerede UDMELDELSE Philips Lighting 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 Der har været stor efterspørgsel efter ældre rapporter, særligt ECR-205. Derfor er sekretariatet i proces med at få både digitaliseret og genoptrykt denne og andre udvalgte rapporter, der gøres tilgængelige for SPM s medlemmer. 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 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 Portræt af SPM ERFA- GRUPPE 8 SPM ERFA 8: Produktionsteknik Af Steen Jepsen, TERMA Erfa-gruppen udveksler viden og erfaring om produktionsmetoder indenfor elektronikproduktion. Dette omfatter indførelse af nye produktionsteknikker, produktionsmodning, procesoptimering, test og kvalitetsregistrering. ALLE ASPEKTER INDENFOR PRODUKTIONS- OG PROCESTEKNOLOGI Gruppen beskæftiger sig både med halv- og helautomatiske montagemetoder til eksempelvis SMT og THT og også med de mere manuelle processer til samling af enheder box-build m.m. De tekniske processer kan omfatte alle aspekter indenfor montage, lodning, afrensning, lakering, samling og test. Desuden behandler gruppen andre naturlige produktionstekniske discipliner som proces flow analyse/routing, produktionsmodning, procesoptimeringer, vedligehold, dokumentation af proces- og arbejdsinstruktioner samt nødvendige links til IT og kvalitetsstyring. er et andet eksempel, som diskuteres i gruppen, da det hænger sammen med muligheden for total optimering og cost reduction. Diskussion af mindre miljøbelastende produktionsprocesser i forbindelse med kommende lovkrav med RoHS og REACH er et nyt vigtigt emne for gruppen. MØDERNE Møderne holdes typisk to gange om året på skift hos virksomhederne, så deltagerne kan se og opleve de andre medlemmers arbejdsplads og produktion. Rundvisningen med beskrivelse af produktionsudstyr er et vigtigt punkt på dagsordenen. Møderne har ofte et tema som hovedpunkt for dagen, og det bliver typisk fremlagt af eksperter fra den lokale virksomhed eller af gæster fra fx leverandører. Bordet rundt er et andet væsentligt punkt på dagsordenen, hvor man har mulighed for at diskutere aktuelle problemer eller erfaringer med de øvrige deltagere. Aktuelle problemer finder ofte en løsning gennem individuelle aftaler i netværket, eller ved at andre har løst problemet tidligere. INDFØRELSE AF NY TEKNOLOGI Den hastigt stigende udvikling indenfor produktionsteknologi medfører, at drøftelser om problemer med indførelse af ny teknologi udgør et vigtigt område i gruppens arbejde. Samtidig beskæftiger gruppen sig med en bred og dyb orientering om, hvad der skal overvejes, inden man træffer beslutning om indførelse af en ny teknologi, og hvilke parametre der kan være vigtige for den enkelte virksomheds valg af udstyr. ERFARINGSUDVEKSLINGER I GRUPPEN Derfor er emnet implementering af nye teknologier et vigtigt erfaringsudvekslingspunkt for gruppen. Test eller ikke-test af slutproduktet NØGLEORD Produktionsteknikker Produktionsmodning Procesoptimering Kvalitetsregistrering Miljøbelastning og lovgivning Reliability Stress Screening (Burn-in) ESD-sikring Stregkoder i produktion Rework Cost reduction Dataopsamling og analyse SPM s 12 erfa-grupper Oplysninger om hver enkelt erfa-gruppe findes på SPM s hjemmeside 5. Produktsikkerhed godkendelse 6. Pålidelighed 7. Mikroforbindelsesteknik 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 3

4 NEW IN-SPE WORK GIVES FAST AND EFFICIENT PREDICTION OF HUMIDITY INGRESS By Zygimantas Staliulionis, FORCE Technology Higher computational effort/time is one of the drawback of high fidelity CFD codes. Consequently, it is more efficient to use the well-known Resistor-Capacitor (RC) method for thermal and humidity management in electronics, since it requires much lower calculation time and is simple to implement. Electronics deployment in climatically harsh environment leads to an increased risk of a range of moisture related failure mechanisms: acceleration of corrosion, leakage currents, alternation of material properties, short or open circuits caused by electrochemical metal migration etc. To decrease these risks, a proper enclosure design should be considered. Presently, the design of an enclosure is traditionally based on years of experience, rather than scientific knowledge. Therefore, the development of more knowledge based modelling tools, which can further support the search for optimal designs and humidity control solutions, is highly needed. Today such modelling tools based on the proper governing differential equations in combination with semi-empirical data do not exist primarily due to the lack of basic understanding of the local climate conditions and water layer formation from which such semi-empirical models could be developed. Hence, this article is about development and application of RC simulations for predicting the climate inside closed electronic enclosures, which can also be a platform for further development of industrially applied innovative tools. This is an ongoing IN-SPE project used to build-up a semi-empirical modelling base for better design of electronics devices in respect of reliability and lifetime. To model temperature and humidity, a closed electronics enclosure is considered. Heat and mass transport is based on the heat conduction equation and Fick s second law and solved by using Control Volume Finite Difference Method (CV-FDM) or in other words RC approach. Thus, the moisture and temperature predictions in a closed enclosure can be performed by using two similar configuration of RC circuit, namely, RC thermal and moisture circuits (Fig. 1). The two RC circuits are coupled via the diffusivity and solubility equations and it uses one-way coupling, since the moisture transport is temperature dependent mechanism. (1) (2) where D 0 pre-exponential factor/coefficient, [m 2 /s], E D activation energy for diffusivity, [J/mol], T temperature, [K], S 0 pre-exponential factor/ coefficient, [kg/(m 3 Pa)], E S activation energy for solubility [J/mol], R universal gas constant [J/(mol K)]. In this study, a lumped component (0D description) representing the box interior (Fig. 1) was coupled with the wall of the enclosure discretized into three elements (1D description). The coupled thermo-hygro-circuit is solved implicitly (Backward Euler method) so as to use an unconditionally stable scheme allowing for higher time increments. Moreover, a voltage source in the thermo-hygro-circuit is used to represent the boundary conditions and such developed model is solved in Matlab software. Fig. 1 Coupled RC thermal and moisture circuits. Blue arrows show the coupling between nodal points of concentration and temperature 4

5 First, the experiment under isothermal conditions (T=const) was carried out by Helene Conseil at Technical University of Denmark, in order to study how the simulation results are comparable with the experimental findings. Hence, a Fibox EKJB 130 T IP66 rated enclosure made of polycarbonate (PC) material with the dimensions of 280 mm x 190 mm x 130 mm was used. Then, the thermal properties of PC material as conductivity k 0.2 W/ (m K), rho 1200 kg/m 3, cp 1200 J/(kg K) and moisture properties of D m 2 /s, S kg/(m 3 Pa), ED 36.5 kj/mol, ES 36.2 kj/ mol were used in the simulation. Fig. 3 Left: Temperature response inside an electronics enclosure Fig. 4 Right: Relative humidity response inside an electronics enclosure The interior temperature inside the box (Fig. 3) follows almost identically the ambient temperature which is opposite to the moisture response (Fig. 4). This is explained by much larger time constant for the mass transport. As expected, the moisture response is increasing exponentially until it reaches steady state conditions. Moreover, the amplitude of RH is increasing due to the increase of moisture content inside the box. Fig. 2 Comparison of experimental and modelling results Fig. 2 shows that such developed RC model represents very well the moisture transport mechanism occurring through the wall into enclosure under isothermal conditions. After a good agreement between the experiment and modelling results, the second simulation was performed to study the response of temperature and moisture inside the same enclosure, however exposed to the B2 STANAG climatic oscillating conditions. These boundary conditions are used to simulate real environmental conditions which corresponds to wet and hot climate. The initial conditions for the interior air and walls, temperature and relative humidity are 25 C and 40%, respectively. The developed model with the flexibility of coupling different circuits for different physics under non-isothermal conditions is very fast, less spatial resolution and less time-consuming compared to commercial CFD codes. Furthermore, this kind of simple and fast RC models enable engineers to calculate humidity ingress rates under any climatic conditions and thus evaluate the risk of corrosion as a function of time in operation. ACKNOWLEDGEMENT The author would like to acknowledge the financial support from the Research Council for Technology and Production Sciences, Denmark ( A) for the ICCI project and The Innovation Fund Denmark for the IN-SPE project. The author would also like to thank Kim Albert Schmidt for his inputs. 5

6 DANMARK PÅ PÅLIDELIGHEDS- LANDKORTET I 2018 Af Susanne Otto, FORCE Technology Danmark fyldte meget på pålidelighedslandkortet i 1980 erne med Jørgen Møltoft s forskning i pålidelighed. Nu er vi tilbage igen. AAU har de sidste 5 år forsket i pålidelighed af effektelektronik og FORCE Technology har siden 2016 haft et stort projekt om pålidelig produktudvikling baseret på Physics of Failure for slet ikke at tale om den store aktivitet i virksomhederne, som vi hører om i erfa-grupperne. Alt dette ved man jo godt som SPM-medlem, men i 2018 kommer Danmark i den grad på det internationale pålidelighedslandkort. Tre store konferencer afholdes på dansk jord, så det bliver nemmere og billigere for danske virksomheder at holde sig opdateret med de nyeste tendenser og udveksle erfaringer med internationale fagfæller. ARDC EUROPE ARDC Europe (Applied Reliability and Durability Conference), som afholdes hvert år i april, kommer i år til Danmark takket været en målrettet indsats fra SPM s bestyrelse. Konferencen arrangeres af HBM Prenscia (tidligere Reliasoft) og afholdes i København april. Der er op til 3 spor med spændende indlæg fra europæiske virksomheder og universiteter. Indlæggene har fokus på det anvendelsesorienterede, og der er masser af praktiske cases inden for pålidelighed, durability, kvalitet, life cycle vedligeholdelse af aktiver og lignende emner. ESREF oktober i år er ESREF (European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis) tilbage i Danmark efter 20 år. Hovedformålet for ESREF er at samle og opdatere de europæiske pålidelighedseksperter på det højeste verdensniveau. Aalborg Universitets pålidelighedsgruppe ledet af professorerne Frede Blåbjerg og Francesco Iannuzzo arrangerer ESREF i AKKC Aalborg Kongres & Kultur Center. Vi er stolte af at kunne tiltrække eksperter fra hele verdenen til Danmark, siger ESREF 2018 formand Francesco Iannuzzo. Det viser, at dansk forskning er konkurrencedygtig på højeste niveau på pålidelighedsområdet. Vi arbejder lige nu på programmet, og der vil blive en masse spændende initiativer. Vi forventer mere end 400 deltagere, og lige nu er vi ved at arrangere 3-4 workshops omkring de hotteste emner i dagens virksomheder, herunder bilindustri, rumindustri og selvfølgelig også vedvarende energi, siger Francesco Iannuzzo. Deadline for indsendelse af artikler er 12. marts. Se mere på: PÅLIDELIG PRODUKTUDVIKLING BASERET PÅ PHYSICS OF FAILURE Finalen på dette store pålidelighedsår bliver FORCE Technology's konference Pålidelig produktudvikling baseret på Physics of Failure den 31. oktober. Temaet for konferencen bliver, hvordan man kan udnytte viden om Physics of Failure i forbindelse med udvikling af pålidelige produkter. Michael Pecht fra CALCE på University of Mayland er hovedtaler, og der er indlæg fra virksomheder såvel som projektets deltagere. SPM s medlemmer inviteres som tidligere til at deltage gratis. CLIMATIC RELIABILITY OF ELECTRONICS Udover disse 3 kommende arrangementer, har IN SPE projektet med DTU som arrangør allerede i januar 2018 afholdt en konference omkring Climatic reliability of electronics. 6

7 ERFA 16 UDVIDER SIN HORISONT OG SKIFTER NAVN Af Jozsef Harsanyi, Oticon A/S ERFA 16 ændrer navn fra Fejlanalyse af elektronikkomponenter til Fejlmekanismer i elektronik. Navneskiftet afspejler erfa-gruppens udvidede synsfelt med øget fokus på fejlmekanismer. I ERFA 16 udvider vi vores synsfelt med aspekter, der forbereder os til at møde hidtil ukendte fejlmekanismer og hjælper med at genkende dem uden langvarige og ressourcekrævende fejlanalyser og identifikationsprocesser. NYE MÅLSÆTNINGER Erfa-gruppens mål er at dække fejlmekanismer på komponent-, moduleller apparatniveau samt at kunne identificere fejlmekanismer, som har oprindelse i svage komponenter, overbelastning (fx pga. designfejl), fejl forårsaget af procesvariationer i produktionen, miljømæssige påvirkninger eller fejl der er opstået under den sædvanlige kvalifikationstestsproces. Identifikation af hovedårsagen - og dermed mekanismen eller mekanismerne af fejlen - giver værdifuldt input til et robust design samt mulighed for en mere nuanceret og fokuseret testudvikling. Hensigten er at samle og dele viden om en bred skala af forskellige fejlanalysemetoder og deres praktiske anvendelse samt de fysiske og kemiske processer, som ligger bag fejlene. Gruppen gennemgår også typiske fejlmekanismer af komponenter, materialer eller fremstillingsprocesser, der er anvendt i elektronikken. På vores møder dækker vi bredt i industrien, dvs. problemstillinger fra både mikro- og power elektronik bliver diskuteret og forsøgt at finde en afklaring på. Hvert møde har et hovedemne - en bestemt komponent eller en fejlmekanisme, som vi når rundt om fra forskellige aspekter og synsvinkler i form af indlæg fra gruppemedlemmer eller eksterne eksperter. Møderne slutter med bordet rundt, hvor nye og aktuelle problemer fra vores medlemmer bliver til fælles eje. Meget tit giver ét af dem idé til næste mødes hovedemne. NYE MEDLEMMER ER VELKOMNE Med gruppens nye profil er ERFA 16 åben for tilmelding af nye medlemmer, som er interesseret i den udvidede tilgang og gerne vil hjælpe andre SPMmedlemmer med at løse specifikke problemer/opgaver eller bare hjælpe dem i gang med at udvikle en fejlidentifikation baseret på kvalitets- og pålidelighedshensyn. MØDER I marts 2018 afholdes møde hos B&K Sound and Vibration i Nærum. Emnet for mødet er PCB og substrater med følgende planlagte indlæg: 1. Specifikke fejlmekanismer og kvalifikation af flere lags flex-pcb for høreapparater, Oticon. 2. PCB i power elektronik, Danfoss Drives. 3. Keramiske substrater, B&K. Derefter afholdes møde den 12. september 2018 hos Oticon A/S, Kongebakken 9, 2765 Smørum. Emnet for dette møde er Elektromigration. 7

8 Glæder og udfordringer ved LED-belysning SPM starter ny erfa-gruppe med fokus på LED-belysning. LED-belysning vinder ind overalt i disse år. Lavt energiforbrug, lang levetid og bedre farvekvalitet er blandt de store fordele. Fx kan LED-lyselementer opnå levetider på op mod timer, hvilket er markant bedre end de typisk timer, som en gammeldags glødelampe kunne tilbyde. Men virkelighedens verden er alligevel ikke altid så god. LED-lys er elektronisk lys, og netop elektronikken kan i en række situationer være et kritisk element, som ændrer i det samlede produkts egenskaber over tid. Fx vil levetiden af den elektroniske driver ofte vise sig at være meget kortere end selve LED-elementets. I indkapslede systemer eller blot dårligt ventilerede lamper kan den nære omgivelsestemperatur for flere elektronikkomponenter komme op på temperaturer over 100 C. Det reducerer levetiden væsentlig. Levetiden for elektrolytkondensatorer falder typisk med en faktor 2 for hver 10 C stigning i omgivelsestemperaturen - altså flere hundrede gange kortere levetid ved så høje temperaturer end ved normal stuetemperatur. Store temperaturændringer i fx gadebelysning, der en kold vinterdag tændes og varmer op, slider i nogle tilfælde hårdt på komponenter ikke mindst, når de er indstøbt i pottingmateriale. I nogle tilfælde springer lodninger som følge af sådan mekanisk stress. Fugt er også blevet en større udfordring end ved traditionel belysning, fordi den lave effektafsætning i LED-lys - en af denne teknologis stærke egenskaber - har det resultat, at fugt ikke tørres ud i samme grad som tidligere ved mindre energieffektive belysningssystemer. Elektronikkens følsomhed overfor transienter på forsyningsnetværket kan være en anden faktor, som influerer på levetiden af elektronikken. Flikker er også blevet en parameter, som man ikke kan negligere. Flikker stammer fra den elektroniske styring. Farvekvaliteten, der som nævnt, kan være meget bedre ved LED-lys end ved fx lysstofrør og sparepærer, er dog ikke altid så god, som den kunne være. Årsagen kan bl.a. være, at producenter af LED-elementer går på kompromis - måske af pekuniære årsager eller for at opnå større energieffektivitet. Flere af ovenstående forhold er dokumenteret i rapporter fra DELTA/FORCE Technology eller er i øjeblikket ved at blive undersøgt. Den 17. maj 2018 afholder FORCE Technology et symposium, hvor mange af disse forhold belyses yderligere. Ved samme lejlighed planlægger SPM at starte en erfagruppe omkring LED-belysning. 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 FOSS 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