Damit elektronische Bauteile auch in harschen Umgebungen funktionieren, hat der ZVEI ein Robustheitsvalidierungshandbuch für Halbleiter und Mems veröffentlicht. (Bild: decorator @ AdobeStock)
Ein elektronisches Gerät oder Bauteil gilt als robust, wenn es unter verschiedenen Anwendungs- und Produktionsbedingungen korrekt funktioniert oder nicht ausfällt. Hierzu erschien erst-mals im Jahr 2007 das ZVEI-Handbuch zur Robustheitsvalidierung von Halbleiterbauelementen in automobilen Anwendungen, an das ein Jahr später das ZVEI-Handbuch für MEMS-Bauelemente (Mikro-Elektro-Mechanische Systeme) anknüpfte.
Eine hohe Robustheit, so das allgemeine Verständnis, ist Voraussetzung für Qualität und Zuverlässigkeit von Bauteilen im End-produkt bzw. der Anwendung. Heute, 16 Jahre später, ist es dennoch an der Zeit für ein Update des Robustheitsvalidierungs-handbuchs für MEMS.
ZVEI-Gastkommentar: Was der ZVEI dazu sagt
Der ZVEI vertritt als einer der größten deutschen Industrieverbände die wirtschafts-, technologie- und umweltpolitischen Interessen der deutschen Elektroindustrie und Digitalindustrie. Rund 870.000 Beschäftigte arbeiten in der Elektronikindustrie und erwirtschaften so einem Gesamtumsatz von etwa 181 Milliarden Euro, was sie zum zweitgrößten Industriezweig Deutschlands macht. Verschiedene Arbeitsgruppen arbeiten im ZVEI an der Umsetzung verschiedener Anliegen. Was das für Anliegen sind:
- Gastkommentar: Software und globale Herausforderungen
- Gastkommentar: Bidirektionales Laden – AC oder DC?
- Gastkommentar: Hindernisse bei mess- und eichrechtlichen Vorgaben
- Gastkommentar: EU-Batterieverordnung ist in Kraft
- Gastkommentar: CBAM – Wir müssen uns die Zeit nehmen!
- Gastkommentar: Qualifikation von Zwischenkreiskondensatoren
- Kommentar: Automotive-Halbleiter – Neues ZVEI Fact Sheet
Der Hintergrund der Robustheitsvalidierung
Die Idee hinter der Robustheitsvalidierung ist wissensbasiert und stützt sich auf drei Schlüsselkomponenten:
- Wissen über die Einsatzbedingungen (Missionsprofil).
- Kenntnis der Fehlermechanismen und Fehlermodi sowie der möglichen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Fehlermechanismen (Wissensmatrix).
- Kenntnis der Beschleunigungsmodelle für die Versagensmechanismen, die für die Definition und Bewertung beschleunigter Tests erforderlich sind.
In der Entwicklung eines elektronischen Geräts stellt die Umsetzung des Robustheitsvalidierungsansatzes nach wie vor eine große Hürde dar. Insbesondere kleine und mittlere MEMS-Unternehmen haben oft nicht die nötigen Ressourcen, sich ausreichend mit diesem Thema zu beschäftigen. Darüber hinaus beschränkt sich die Robustheit eines MEMS-Bauteils nicht nur auf das richtige Design des Bauteils, auch Aspekte der richtigen Herstellung spielen eine oft unterschätzte Rolle. Zudem entwickeln sich Null-Fehler-Best-Practice-Strategien mehr und mehr zum wesentlichen Bestandteil einer ganzheitlichen Qualitätsstrategie in der Automobilindustrie.
Der ZVEI hat sein bestehendes Handbuch daher mit folgenden Zielen überarbeitet:
- Vereinfachung der Implementierung des Robustheitsvalidierungsansatzes für MEMS-Bauteile.
- Stärkere Fokussierung auf MEMS-spezifische Themen.
- Erweiterung des Anwendungsbereichs der Robustheitsvalidierung um allge-meine Zuverlässigkeitsaspekte und Best-Practice-Methoden für Null-Fehler.
- Standardisierte Berichterstattung über die Ergebnisse und Angleichung an die AEC (Automotive Electronic Council) Q103.
- Präzise Definition des Begriffs Robustheit für MEMS-Bauteile und Definition von Metriken als Robustheitsindikatoren.
Diese Ziele im Blick, hat der ZVEI beschlossen, die Idee der Robustheitsvalidierung für MEMS zu erweitern und um einige neue Aspekte einer umfassenden Null-Fehler-Strategie zu ergänzen. Dieser neue Ansatz nennt sich Advanced Robustness Validation and Reliability Assessment (ARRA).
ARRA in drei Varianten
Die Implementierung eines angemessenen Robustheitsvalidierungsansatzes bei der Entwicklung einer Komponente ist mit großem Aufwand verbunden. Um diesem Problem zu begegnen, haben wir drei Varianten von ARRA geschaffen. Dies soll eine adäquate Anpassung des vollwertigen ARRA-Ansatzes ermöglichen. Der Ansatz bezieht sich auf die AEC-Q103-Richtlinie für die Automobilqualifizierung von MEMS-Geräten, insbesondere von Drucksensoren, Mikrofonen und Beschleunigungsmessern.
Dabei lässt sich der ARRA-Ansatz als Methode auch auf nicht-automobile Anwendungen anwenden, etwa MEMS-Beschleunigungssensoren für Mobiltelefone oder MEMS-Drucksensoren für hydraulische Messanwendungen. Das Handbuch basiert jedoch auf AEC Q103 bzw. AEC Q100 (wo AEC Q103 nicht anwendbar ist), nicht auf der häufig referenzierten JEDEC JESD47 (Joint Electron Device Engineering Council) Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits für industrielle Anwendungen. Der neue ARRA-Ansatz unterstützt somit dabei, die wachsenden Herausforderungen automobiler und industrieller Qualitätsan-forderungen zu bewältigen. Die Ideen der Robustheitsvalidierung lassen sich mithilfe unserer Publikation einfacher umsetzen.
Mit dem aktualisierten Handbuch wünschen wir Ihnen viel Nutzen bei der Anwendung und freuen uns auf Ihr Feedback zu unserer neuen Methode der Robustheitsvalidierung.
Mikroelektronik-Experte im ZVEI-Fachverband Electronic Components and Systems