Was ist DPA-Testing?

Auf diesen Seiten gehen wir häufig detailliert auf einzelne Klimatests , die darauf abzielen, die Konformität von Materialien und Produkten zu überprüfen.

Häufig werden Tests an Produkten und Materialien jedoch nicht einzeln durchgeführt, sondern in Protokollen organisiert , die darauf abzielen, jede mögliche Schwäche einer gegebenen Probe zu untersuchen. 

Dies ist der Fall bei DPA-Tests.

Wozu dient die DPA-Prüfung?

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der DPA-Testung eher um ein Protokoll als um einen einzelnen Test, d. h. um eine Reihe verschiedener Arten von Tests, die nacheinander an einer Probe durchgeführt werden, um deren Resistenz gegenüber allen Faktoren zu überprüfen, die ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigen könnten.

DPA steht für Destruktive Physikalische Analyseund gibt die Intensität der Belastungen an, denen die Probe ausgesetzt wird.

DPA Testing beschäftigt sich in erster Linie mit dem Militär- und Luftfahrtsektor und insbesondere mit den in diesem Bereich eingesetzten hochentwickelten elektronischen Bauteilen

Die strengen Tests, aus denen das DPA-Testprotokoll besteht, dienen dazu, die sogenannte „Kindersterblichkeit“ elektronischer Bauteile , die eines der Hauptprobleme bei der Herstellung solch empfindlicher Geräte darstellt.

Durch die Durchführung von DPA-Tests verhindern wir, dass fehlerhafte Bauteile in die Montagephase gelangen , und identifizieren gleichzeitig wiederkehrende Fehlfunktionen , die dann bereits in der Konstruktionsphase behoben werden müssen.

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Wie DPA-Tests funktionieren

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei DPA Testing um ein Protokoll, das aus einer Vielzahl von Tests , die jegliche Fehlfunktionen elektronischer Bauteile verhindern sollen.

Die Anzahl und Art der Prüfungen werden im Allgemeinen in den von MIL-STD , dem US-Militärstandard, erstellten Normen angegeben  

Die für DPA-Tests relevanten Normen sind: MIL-STD-883 , MIL-STD-1580B , MIL-STD-750E , MIL-STD-202G .

Wie in MIL-STD-883, können die Tests, aus denen sich die DPA-Prüfung zusammensetzt, in vier Kategorien unterteilt werden: Umweltprüfung, mechanische Prüfung, digitale elektrische Prüfung und lineare elektrische Prüfung. 

Unter den Tests, die in die Kategorie Umweltprüfung fallen, finden sich mehrere Verfahren, die wir bereits auf diesen Seiten besprochen haben, wie zum Beispiel der Burn-In-Test an elektronischen Platinen.

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Die FDM-Umweltkammer für DPA-Tests

Für die Durchführung des gesamten ersten Teils der DPA-Protokolltests, also der Umwelttests, gibt es kein besseres Werkzeug als eine Klimakammer.

Unter den Klimakammernwerden Umweltkammern am häufigsten im Militär- und Luftfahrtsektor eingesetzt, da sie auf sogenannte Extremtests: Klimatests, bei denen sehr hohe Werte für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit.

Die Klimakammern von FDM verfügen über einen Temperaturbereich zwischen -70 und 180°und einen relativen Feuchtigkeitsregler, der 98° erreicht.

Unsere Klimakammern sind außerdem mit dem innovativen revoFACE, das sich ideal für dynamische Tests mit elektronischen Bauteilen eignet.

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Referenzstandards

• MIL-STD-1580 – Zerstörende physikalische Analyse von elektrischen, elektromechanischen und elektromechanischen Bauteilen. Primärer DPA-Standard für elektronische Komponenten für militärische und Raumfahrtanwendungen.
• MIL-STD-883 Methode 5009 — Zerstörende physikalische Analyse, Referenzmethode für Mikroschaltungen.
• MIL-STD-750 Methode 2101 — DPA für diskrete Halbleiterbauelemente.
• ECSS-Q-ST-60-05C — ESA Space Produktsicherung – Allgemeine Beschaffungsanforderungen für Hybride, einschließlich DPA-Anforderung an die Losmuster.
• AS9102 – Anforderungen an die Erstmusterprüfung in der Luft- und Raumfahrt, fordert die DPA für die Qualifizierungscharge auf.
• AEC-Q100 / Q101 — Qualifizierung von Stresstests auf Basis des Ausfallmechanismus für Automotive ICs und diskrete Bauelemente, wobei DPA als Konstruktionsvalidierungstest dient.
• JESD47 — Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits, eine JEDEC-Referenz, die DPA ergänzt.

Autoritative Quellen

• DLA – Defense Logistics Agency (Verteidigungslogistikbehörde). Herausgeber der Normen MIL-STD-1580, MIL-STD-883 und MIL-STD-750.
• ECSS – Europäische Kooperation für Weltraumstandardisierung. Pflegt die ECSS-Q-ST-Reihe, die für die Qualifizierung von Weltraumkomponenten gilt.
• Automotive Electronics Council (AEC). Veröffentlicht die Automobil-Spezifikationen AEC-Q100/Q101/Q104.
• JEDEC Solid State Technology Association. JESD47 und verwandte Standards für die Qualifizierung von integrierten Schaltungen.

Häufig gestellte Fragen zum DPA-Testing

Was umfasst eine DPA-Analyse und in welcher Reihenfolge wird sie durchgeführt?

Die zerstörendephysikalische Analyse nach MIL-STD-1580 ist eine geordnete Abfolge zerstörungsfreier und zerstörender Prüfungen zur Validierung des internen Aufbaus eines elektronischen Bauteils. Die typische Reihenfolge ist: (1) Sichtprüfung von außen (10-40-fache Vergrößerung, Stereomikroskopie); (2) -Röntgenprüfung (Spannungen 60-160 kV, Auflösung 5-50 μm) auf Drahtbondverbindungen, Lufteinschlüsse und Verunreinigungen; (3) PIND (Partikelstoßgeräuschdetektion) auf bewegliche Partikel; (4) Dichtheitsprüfung (Fein-/Grobleckage (Helium, Fluorkohlenwasserstoff); (5) RGA (falls erforderlich); (6) Öffnen des Gehäuses (mechanisches Entdeckeln, chemisches Öffnen mit HNO₃/H₂SO₄, Plasma-Ökolyse mit O₂/CF₄); (7) Sichtprüfung von innen (REM, 50-5000-fache Vergrößerung); (8) Bond-Pull- und Chip-Scherprüfung; (9) metallografische Querschnittsuntersuchung zur Überprüfung der Metallisierungsdicken, Drahtbondverbindungen und Schweißnähte.

Welche Stichprobengröße ist gemäß MIL-STD-1580 für die DPA erforderlich?

MIL-STD-1580 spezifiziert die Losabnahme mittels DPA (Distributed Probability Assessment) mit Stichproben von typischerweise 2–5 Teilen pro Produktionslos, zusätzlich zu einer 100%igen elektrischen Prüfung. Für die Klasse S (JESD47/MIL-PRF-38535) kann die Prüffrequenz 1 Los pro Waferdiffusion. Der Hersteller muss Aufzeichnungen für mindestens 7 Jahre aufbewahren und jeden Schritt fotografisch/mikrographisch dokumentieren. DPA-Ausfälle (erkannte Defekte) führen zu einer Nichtkonformitätsmaßnahme mit 100%iger Prüfung des Loses oder zur Ablehnung. Akzeptanzkriterien: Drahtbondhöhe ≥ 2x Drahtdurchmesser, Metallisierung > 50 % der Leiterbahnen, Lötfehler beim Die-Attach < 25 % der Gesamtfläche und < 10 % einzelner Lötfehler. Die Messunsicherheit wird gemäß ISO/IEC 17025 dokumentiert.

Wie werden Zugfestigkeits- und Scherfestigkeitsprüfungen durchgeführt?

Der Drahtbond-Zugtest (MIL-STD-883 Methode 2011) wendet eine ansteigende Zugkraft auf die Drahtbonds an, wobei ein Haken mittig in der Schlaufe positioniert wird, bis es zum Bruch kommt. Die Mindestkraftwerte hängen vom Durchmesser ab: Au 25 μm ≥ 3 Gramm, Au 33 μm ≥ 5 Gramm, Al 25 μm ≥ 2,5 Gramm, Cu 25 μm ≥ 3 Gramm. Der Bruch muss in der Mitte der Drahtbrücke erfolgen, NICHT am Hals (Ball Bond) oder an der Ferse (Wedge Bond). Der Chipschertest (Methode 2019) wendet eine seitliche Kraft parallel zum Substrat an, um die Qualität der Chip-Anbindung zu bewerten. Für einen 4 mm² großen Chip beträgt die Mindestkraft 2,5 kg und steigt mit der Fläche gemäß der MIL-Tabelle. Bevorzugter Bruchmodus: Grenzflächen-Pad-Lötpunkt ≥ 50 %, spröder Chipbruch deutet auf eine ausgezeichnete Lötverbindung hin. Typische Geräte: DAGE 4000, Nordson. Jährliche Kalibrierung mit nach OIML R111 zertifizierten Gewichten der Klasse E2.

In welchen Fällen ist eine obligatorische bzw. eine empfohlene Datenschutzvereinbarung anwendbar?

Eine obligatorische DPA ist erforderlich für: Komponenten der Klasse H/K nach MIL-STD-883, Raumfahrtkomponenten der Klasse B/S (ECSS/ESA), sicherheitskritische Automobilbauteile der Klasse AEC-Q100 Grad 0 (≥ 150 °C), implantierbare Medizinprodukte der Klasse III (ISO 13485 + 21 CFR 820) und Avionik der Klasse DAL-A (DO-254 FPGA/ASIC). Für Industrie- und Konsumgüter wird eine DPA empfohlen, ist aber nicht obligatorisch . Die Durchführung erfolgt im Rahmen eines Chargenaudits während der Erstqualifizierung oder bei der Fehleranalyse. DPA deckt Probleme auf, die bei elektrischen Prüfungen nicht sichtbar sind: Delamination der Chipbefestigung (Ausbreitung 10-50 μm/Temperaturzyklus), Kirkendall-Lunker in Au-Al-Drahtverbindungen (beschleunigte Alterung > 150 °C), Zinnwhisker an RoHS-Anschlüssen (Länge > 50 μm aufgrund von Kurzschlüssen), galvanische Korrosion von Cu-Al bei Restfeuchte > 5000 ppm (im Vergleich zu MIL-STD-883 Methode 1018).