오늘날의 디지털 의존 세계에서 시스템 실패 비용 감소

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전자 시스템이 점점 작아지고 복잡해지고 일상 생활에 더욱 깊숙이 파 묻히게됨에 따라 실패의 결과는 기하 급수적으로 심각해졌습니다. 비용이 많이 드는 가동 중지 시간, 제품 리콜 및 명예 훼손을 야기하기 전에 이러한 실패를 찾아 수정하면 특수한 도구와 전문 지식이 포함 된 전자 시스템 오류 분석에 대한 포괄적 인 다 분야 접근이 필요합니다.

점점 더 어려워지는 과제

증가하는 어려움에 기여하는 여러 가지 요소가 있습니다. 전자 시스템 고장 분석. 여기에는 전자 시스템의 복잡성 증가, 소형화의 빠른 속도, 첨단 기술 프로세스의 특수한 특성, 시스템 오작동의 간헐적 인 특성 및 오늘날의 구성 요소를 설계하고 제조하는 데 사용되는 외래 물질과 관련된 문제가 포함됩니다.

시스템 복잡성은 보드, IC, 패키지 및 다이 수평. 프로세스 기술은 초기 10에서 1970-micron 프로세스부터 오늘날의 28-nano 노드까지 확장되어 프로세서 및 시스템 온칩 (SoC) 디바이스가 1980 및 1990의 수백만 개 트랜지스터로 성장할 수있게 해줍니다. 동시에 이전의 개별 부품과 독립 서브 시스템이 통합되고 있으며 FinFET, 메탈 게이트, 저 유전체 및 기타 고급 공정 노드를 사용하여 전자 부품의 신속한 소형화를 계속 지켜봐 왔습니다. 패키지는 SIP, MCM, SiSub, 적층 다이, TSV 및 Cu 와이어를 포함하여 더욱 복잡합니다. 우리는 패키지 및 보드뿐만 아니라 코팅 및 몰딩 컴파운드를위한보다 복잡한 소재를 보게됩니다. 마지막으로, 근본 원인에 관계없이 간헐적 인 특성으로 인해 진단하기가 극도로 어려워지는 장애의 발생 빈도가 증가하는 것을 목격하고 있습니다.

네트워킹 환경에서 오늘날의 일반적인 시스템을 고려하십시오. 네트워킹 시스템에는 여러 복잡한 IC 및 SoC를 비롯하여 여러 보드 각각에 다양한 복잡성을 지닌 수천 가지 구성 요소가 포함될 수 있으며 RF, 전원 공급 장치, 고속 디지털 및 저장 매체가 모두 혼합되어 단일 시스템에 각각 구성되어있을 수 있습니다 특별한 도메인 지식이 필요합니다.

자동차 시스템은 유사하게 복잡하며 도어 잠금 및 잠금 해제를위한 거의 30 개의 전자 제어 장치를 포함하여 80 ~ 20 대의 컴퓨터를 포함하는 경우가 많습니다. Frost & Sullivan에 따르면 특정 차량에는 100 개 이상의 ECU가 포함되어 있습니다. 자동차의 각 전자 시스템 또는 장치는 50 ~ 100 개의 마이크로 프로세서와 100 개 이상의 센서로 구성 될 수 있습니다. 백업 카메라와 차선 변경 경고 시스템은 이미 널리 사용되고 있으며, 자동차 제조업체는 범퍼에서 범퍼로 이동하거나 유료 도로를 통과하는 것과 같은 작업을 수행하는 전자 보조 운전 및 센서 유도 자동 조종 시스템을 찾고 있습니다. 속도 제한과 도로 표지판을 인식하고, 붐비는 차고에서 공간을 찾거나, 좁은 주차 공간을 꽉 조입니다. 이러한 시스템에는 XNUMX 개의 초음파 감지기, 여러 대의 카메라 및 레이더 센서가 포함될 수 있습니다.

복잡성으로 인해 실패의 위험이 커지며 점점 더 비싼 결과가 발생합니다. 다음은 점점 더 전자 시스템에 의존하는 세계에서 잠재적 실패 비용을 보여주는 예입니다.

  • 하드웨어 고장은 네트워크 중단 시간의 72 %를 담당합니다 (출처 : "데이터 센터의 네트워크 오류 이해 : 측정, 분석 및 함축", Microsoft 및 토론토 대학교, 2011).
  • 계획되지 않은 데이터 센터 중단 비용은 통신 제공 업체 및 전자 상거래 회사를 포함하여 서비스 제공에 의존하는 조직의 경우 분당 $ 11,000에 도달 할 수 있습니다 (출처 : "데이터 센터 중단 비용 이해 : 인프라 스트럭처의 재정적 영향 분석 취약성 ", Ponemon Institute 및 Emerson Network Power, 2011).
  • 버진 블루 홀딩스 (Virgin Blue Holdings)는 2010에서 예약 및 탑승 수속 시스템의 완전한 가동 중단으로 최대 $ 20 백만의 이익을 얻었음을 발표했습니다.
  • 소비자 보고서는 독자들에게 2010의 제품 신뢰성에 대해 조사한 결과, 랩톱 컴퓨터의 36 %, 데스크톱 컴퓨터의 32 %, LCD TV의 15 % 및 플라즈마 TV의 10 % 4 년차에 실패합니다 (출처 : "What Breaks, What does Not?", Consumer Reports, 2011).
  • 소비자 제품 안전위원회 (CPSC)는 59 기간 동안 2012 백만 가지 제품을 상기했습니다.
  • Microsoft는 2007에서 Xbox 1.05 및 이전에 판매 된 콘솔 및 향후 판매 될 새로운 시스템의 오류에 대한 추가 보증을 구현하기 위해 1.15에서 360 억 달러를 지불 할 것이라고 발표했습니다.
  • 전자는 비용의 40 % 이상을 차지할 것으로 예상됩니다
    현재 25 % 이상에서 증가했습니다 (출처 :“Frost & Sullivan Analysis of the Automotive Test Industry,”7 년 2013 월 XNUMX 일).

문제 해결

시스템 수준의 장애 분석 및 디버그를 처리하기위한 정의 된 방법론없이 포괄적 인 근본 원인 분석 및 해결 방법 - 주로 사내 테스트 또는 문제의 일부에만 초점을 맞추는 타사 서비스 -에 대한 옵션은 거의 없습니다. 사내 팀에는 오늘날의 첨단 전자 제품에 대한 완전한 인과 관계 분석을 수행하는 데 필요한 전문 지식과 툴 세트가 부족합니다. 제 3 자 제공 업체로 전환하는 것이 더 나은 선택이지만, 역사적으로 거의 조사를 수행 할 수 없었던 사람은 거의 없었으며, 시작하는 곳을 알기위한 광범위한 실패 범위에 노출 된 사람이 적었습니다. . 광학 검사 및 작업 기반 횡단면 분석은 훨씬 쉽게 수행 할 수 있지만 많은 경우 근본 원인을 식별하지는 못하며 오늘날 제품에 사용되는 고급 기술에는 적합하지 않습니다.

이 문제를 해결할 수있는 유일한 방법은 근본 원인 식별, 관련 장애 메커니즘 및 향후 장애 예방 방법을 향상시키기위한 전기적 및 물리적 분석을 모두 포함하는 포괄적 인 다 분야 접근 방식을 사용하는 공급 업체와 협력하는 것입니다. 초점은 전자 시스템에서부터 물질에 이르기까지 전체 시스템에서 IC 트랜지스터 레벨에서 발생하는 고장 메커니즘에 이르기까지입니다. 그림 1은 전자 시스템 고장 메커니즘과 그 근본 원인을 찾고, 분석하고 해결하기 위해 필요한 다양한 수준의 분석을 보여줍니다.

그림 1 효과적인 고장 분석 접근법은 잠재적 인 근본 원인과 고장 메커니즘의 각 카테고리에주의를 기울여야합니다.

그림 1 효과적인 고장 분석 접근법은 잠재적 인 근본 원인과 고장 메커니즘의 각 카테고리에주의를 기울여야합니다.

또한 전문화 된 전문 지식과 장비가 필요합니다. 설계부터 생산 및 현장 반환 (그림 2 참조)에 이르기까지 모든 결함 분석 조사를 수행하는 입증 된 실적을 보유한 고도로 훈련 된 직원이 구성 요소에서 시스템 수준으로 전문 지식을 확장해야합니다.

그림 2 엔드 투 엔드 실패 분석 방법론

그림 2 종단 간 장애 분석 방법론

다음은 일반적인 조사 범위에서 요구되는 분석 전문 지식 목록입니다.

  • 솔더 조인트 무결성
  • PCB 및 보드 오류
  • 일렉트로 마이그레이션
  • 오염 및 부식
  • 전기적 오버 스트레스
  • 금형 화합물 박리
  • 제조 결함
  • 현장 / 고객 반품
  • ESD 장애
  • X 선 및 비파괴 검사
  • 광학 검사
  • 재료 특성화
  • 전기적 특성
  • 열 저항 측정
  • 온도 매핑
  • 저항성 비아
  • 리소그래피 패턴 결함
  • 다이 부착 필렛 높이
  • 플립 칩 언더 보이드 보이드
  • 게이트 산화물 파괴

장비는 퍼즐의 또 다른 핵심 요소입니다. 여기에는 자본 설비 투자에 최대 $ 150 백만을 요구할 수있는 고급 도구 세트가 포함됩니다. 크고 포괄적 인 장비 세트를 가진 공급자를 선택하는 것은 문제에 대한 올바른 솔루션을 보장하고 범위와 수요가 변동함에 따라 규모를 확장 할 수있는 대규모 프로젝트를 병렬 처리하는 데 중요합니다. 또한 시스템 이중화 및 고도의 전문화 된 장비 (예 : 고급 고해상도 현미경 이미징 시스템 (SEM, TEM이중 빔 FIB)로 구성 요소 수준까지 분석을 용이하게합니다. 또한 실시간, 무부하, 비접촉 신호 파형 수집을 지원하는 레이저 타이밍 프로빙을 통해 오류를 특성화 할 수 있어야합니다. 장애를 단일 장치로 현지화하는 기능을 사용하려면 28nm 이하의 고급 프로세스 노드에 대한 나노 프로빙 기능과 TEM 이미지에서 원하는 기능을 측정 할 수있는 특수 소프트웨어 도구가 필요합니다.

올바른 전문성과 도구가 갖추어지면 최적의 분석을 위해서는 전기 및 물리적 장애 분석을 포괄하는 포괄적 인 방법론 및 계획이 필요합니다. 무화과 3. 전기 장애 서명의 정의로 시작하여 장애 메커니즘 확인 및 문제 해결로 끝나는 일반적인 단계와 워크 플로를 보여줍니다.

그림 3 분석 계획은 IC 트랜지스터 수준에서 발생하는 고장 메커니즘에 이르기까지 전자에서부터 재료에 이르는 전체 시스템을 다루어야합니다.

그림 3 분석 계획은 IC 트랜지스터 수준에서 발생하는 오류 메커니즘에 이르기까지 전자에서부터 재료에 이르는 전체 시스템을 다루어야합니다.

사용자 정의 또한 중요합니다. 오늘날의 실패 이슈 중 90 %는 한 가지 문제에서 다른 문제로 유사 할 수 있지만 모든 차이를 만드는 것은 마지막 10 퍼센트입니다. 모든 상황, 고객, 제품 및 실패 메커니즘에는 고유 한 특성 및 문제점이 있습니다. "한 가지 크기가 모두 적합"한 접근법은 없습니다. 오류 식별, 분석 및 해결에는 적절한 질문을 한 다음 워크 플로를 사용자 지정 / 설계하는 방법부터 시작하는 체계적인 접근 방법이 필요합니다. 워크 플로가 식별되면 솔루션을 신속하게 실행할 수 있습니다.

전자 시스템 고장은 점점 더 비싸지고 있습니다. 동시에 이러한 결함을 찾아 내고 해결하는 과정은 이국적인 재료와 첨단 기술 프로세스를 사용하여 작고 복잡한 시스템으로 발전하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 또한 실패는 본질적으로 더 간헐적으로 발생하지만 비용이 많이 드는 가동 중지 시간, 리콜 및 명예 훼손을 야기하기 전에 신속하게 발견하고 수정하기 위해 더 높은 순위를 지키지 않았습니다. 이를 위해서는 광범위한 특수 전문 지식과 다양한 고급 장비 및 도구 세트를 활용하면서 구성 요소의 가능한 모든 근본 원인을 고려하여 포괄적 인 종합 전자 시스템 오류 분석 방법 및 워크 플로가 필요합니다.

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