¿Qué son las pruebas DPA?

En estas páginas solemos analizar en detalle las pruebas climáticas individuales destinadas a verificar la conformidad de los materiales y productos.

Sin embargo, a menudo las pruebas de productos y materiales no se realizan de forma individual, sino que se organizan en protocolos cuyo objetivo es examinar todas las posibles debilidades de una muestra determinada. 

Este es el caso de DPA Testing.

¿Para qué sirve la prueba DPA?

Como ya hemos mencionado, las pruebas DPA son más un protocolo que una prueba en sí, es decir, un conjunto de diversos tipos de pruebas que se realizan sucesivamente en una muestra para verificar su resistencia a todos los factores que podrían menoscabar su funcionamiento.

DPA son las siglas de Análisis Físico Destructivo, que indican la intensidad de las tensiones a las que se someterá la muestra.

DPA Testing se centra principalmente en los sectores militar y aeroespacial y, más concretamente, en los sofisticados componentes electrónicos utilizados en este campo.

Las rigurosas pruebas que conforman el protocolo de pruebas DPA sirven para prevenir la denominada "mortalidad infantil" de los componentes electrónicos , que es uno de los principales problemas que se presentan en la producción de dispositivos tan delicados.

Al realizar pruebas DPA, evitamos que componentes defectuosos lleguen a la etapa de ensamblaje y, al mismo tiempo, identificamos fallas recurrentes que luego deberán abordarse en la etapa de diseño.

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Cómo funcionan las pruebas DPA

Como ya hemos mencionado, las pruebas DPA son un protocolo compuesto por una amplia variedad de ensayos que deben prevenir cualquier tipo de mal funcionamiento que puedan sufrir los componentes electrónicos.

El número y tipo de pruebas generalmente se mencionan en los estándares producidos por MIL-STD, el estándar militar de los Estados Unidos. 

Las normas que conciernen a las pruebas DPA son: MIL-STD-883, MIL-STD-1580B, MIL-STD-750E, MIL-STD-202G.

Tal como se describe en la norma MIL-STD-883, las pruebas que componen las pruebas DPA se pueden dividir en cuatro categorías: pruebas ambientales, pruebas mecánicas, pruebas eléctricas digitales y pruebas eléctricas lineales. 

Entre las pruebas que se engloban en la categoría de ensayos medioambientales, encontramos varios procedimientos que ya hemos comentado en estas páginas, como la prueba de envejecimiento acelerado (Burn-In Test) en placas electrónicas.

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La Cámara Ambiental FDM para Pruebas DPA

Para llevar a cabo la primera parte completa de las pruebas del protocolo DPA, es decir, las pruebas ambientales, no hay mejor herramienta que una cámara ambiental.

Entre las cámaras climáticas, las cámaras ambientales son las más utilizadas en los sectores militar y aeroespacial porque están especializadas en las llamadas pruebas extremas: pruebas climáticas que alcanzan valores muy altos de temperatura y humedad relativa.

Las cámaras ambientales FDM tienen un rango de temperatura entre -70 y 180 °C, y un regulador de humedad relativa que alcanza los 98 °C.

Nuestras cámaras ambientales también incorporan el innovador revoFACE, ideal para pruebas dinámicas que involucran componentes electrónicos.

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Normas de referencia

• MIL-STD-1580 — Análisis físico destructivo para componentes eléctricos, electromecánicos y electromecánicos. Norma principal de análisis físico destructivo para componentes electrónicos en aplicaciones militares y espaciales.
• MIL-STD-883 Método 5009 — Análisis físico destructivo, método de referencia para microcircuitos.
• Método 2101 de la norma MIL-STD-750 : Análisis de procesos discretos (DPA) para dispositivos semiconductores discretos.
• ECSS-Q-ST-60-05C — Garantía de productos espaciales de la ESA: Requisitos genéricos de adquisición para productos híbridos, incluido el requisito DPA sobre la muestra del lote.
• AS9102 — Requisito de inspección del primer artículo aeroespacial, exige DPA para el lote de calificación.
• AEC-Q100 / Q101 — Calificación de prueba de estrés basada en el mecanismo de falla para circuitos integrados y componentes discretos automotrices, con DPA como prueba de validación de construcción.
• JESD47 — Calificación de circuitos integrados basada en pruebas de estrés, una referencia de JEDEC complementaria a DPA.

Fuentes autorizadas

• DLA – Agencia de Logística de Defensa. Organismo editor de las normas MIL-STD-1580, MIL-STD-883 y MIL-STD-750.
• ECSS – Cooperación Europea para la Estandarización Espacial. Mantiene la serie ECSS-Q-ST aplicable a la cualificación de componentes espaciales.
• Consejo de Electrónica Automotriz (AEC). Publica las especificaciones automotrices AEC-Q100/Q101/Q104.
• Asociación de Tecnología de Estado Sólido JEDEC. JESD47 y normas relacionadas para la calificación de circuitos integrados.

Preguntas frecuentes sobre las pruebas DPA

¿Qué incluye un análisis DPA y en qué orden se realiza?

El análisis físico destructivo según MIL-STD-1580 es una secuencia ordenada de pruebas no destructivas y destructivas para validar la construcción interna de un componente electrónico. El orden típico es: (1) inspección visual externa (estereoscópica 10x-40x); (2) rayos X 2D/3D (voltajes 60-160 kV, resolución 5-50 μm) para uniones de cables, huecos, contaminación; (3) PIND (detección de ruido por impacto de partículas) para partículas móviles; (4) prueba de fugas finas/gruesas (helio, fluorocarbono); (5) RGA si corresponde; (6) apertura del paquete (desencapsulado mecánico, HNO₃/H₂SO₄ químico, O₂/CF₄ de plasma); (7) inspección visual interna (SEM 50x-5000x); (8) tracción de unión y cizallamiento de matriz ; (9) sección transversal metalográfica para verificar espesores de metalización, uniones de cables, soldaduras.

¿Qué tamaño de muestra exige la norma MIL-STD-1580 para el análisis de probabilidad de detección (DPA)?

MIL-STD-1580 especifica la aceptación de lotes DPA con muestreo típico de 2 a 5 piezas por lote de producción, además de pruebas eléctricas del 100 %. Para el espacio Clase S (JESD47/MIL-PRF-38535), la frecuencia puede ser de 1 lote por difusión de oblea. El fabricante debe mantener registros durante un mínimo de 7 años y evidencia fotográfica/micrográfica de cada paso. La caída de DPA (defectos detectados) genera una acción de no conformidad con un examen del 100 % del lote o rechazo. Criterios de aceptación: altura de unión de alambre ≥ 2x diámetro del alambre, cobertura de metal > 50 % en los escalones, huecos de soldadura de unión de chip < 25 % del área total y < 10 % de hueco único. La incertidumbre de medición se documenta de acuerdo con ISO/IEC 17025.

¿Cómo se realizan las pruebas de tracción de unión y de cizallamiento de la matriz?

La prueba de tracción de unión de alambre (MIL-STD-883 Método 2011) aplica una fuerza de tracción creciente a las uniones de alambre con un gancho posicionado a la mitad del bucle hasta que se produce la falla. Los valores mínimos de fuerza dependen del diámetro: Au 25 μm ≥ 3 gramos, Au 33 μm ≥ 5 gramos, Al 25 μm ≥ 2,5 gramos, Cu 25 μm ≥ 3 gramos. El modo de falla debe ser en el medio del tramo, NO en el cuello (unión de bola) ni en el talón (unión de cuña). La prueba de cizallamiento del chip (Método 2019) aplica una fuerza lateral paralela al sustrato para evaluar la calidad de la soldadura de fijación del chip. Para chips de 4 mm², el mínimo es de 2,5 kg, aumentando con el área según la tabla MIL. Modo de falla preferido: almohadilla-soldadura interfacial ≥ 50%, falla frágil del chip que indica una soldadura excelente. Equipo típico: DAGE 4000, Nordson. Calibración anual con pesas certificadas de clase E2 según OIML R111.

¿En qué casos se aplica la autorización de procesamiento diferido obligatoria frente a la recomendada?

Se un análisis de seguridad de dispositivos (DPA) obligatorio para: componentes MIL-STD-883 de clase H/K, componentes espaciales de clase B/clase S (ECSS/ESA), piezas críticas de seguridad automotriz AEC-Q100 Grado 0 (≥ 150 °C), dispositivos médicos implantables de clase III (ISO 13485 + 21 CFR 820), aviónica DAL-A (FPGA/ASIC DO-254). Para productos industriales y de consumo, se recomienda, pero no es obligatorio, realizar un análisis de seguridad de dispositivos (DPA) durante la calificación inicial o durante un análisis de fallas. El análisis DPA revela problemas invisibles para las pruebas eléctricas: deslaminación de la unión del chip (propagación de 10 a 50 μm/ciclo térmico), huecos de Kirkendall en las uniones de alambre Au-Al (envejecimiento acelerado > 150 °C), bigotes de estaño en terminales RoHS (longitud > 50 μm debido a un cortocircuito), corrosión galvánica con humedad residual > 5000 ppm (frente al método 1018 de MIL-STD-883).