電子組件可靠性概述

電子組件可靠性的三個構(gòu)成部分出發(fā)，首先分析電子組件在整個生命周期的常見應(yīng)力及失效表現(xiàn)，并針對電子組件可靠性的三個組成部分的可靠性問題進行詳細分析，分別介紹了電子組件工藝質(zhì)量評估，焊點熱疲勞失效機理及評價方法；焊點過應(yīng)力失效機理及評價方法；PCB常見失效問題及控制方法，電子組件電化學失效機理及評價方法；電子元器件主要失效機理及控制方法等。 課程重點為：
 Ø電子組件可靠性的影響要素；
 Ø影響電子組件可靠性的主要問題； 高低溫交變濕熱試驗箱
 Ø電子組件常用的失效分析方法；
 Ø電子組件常見可靠性問題的試驗評價方法； 課程目標 了解可靠性基礎(chǔ) 掌握電子組件主要失效模式、失效機理和分析方法 掌握電子組件可靠性評價方法

課程目的及目標

課程內(nèi)容
 Ø電子組件可靠性概述
 Ø電子組件失效分析方法
 Ø焊接原理及焊接工藝評價方法
 Ø焊點熱疲勞、機械過應(yīng)力等可靠性評價方法
 ØPCB來料質(zhì)量綜合保證技術(shù)
 Ø電子組件絕緣可靠性試驗及失效案例研究
 Ø電子元器件可靠性要求及失效案例研究

*章 電子組件可靠性概述

Ø可靠性的定義
 Ø電子組件可靠性特點及工作方法

 可靠性是什么？高低溫交變濕熱試驗箱
 可靠性：“可靠性”描述的是產(chǎn)品在規(guī)定時間（t>0）內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。 三個重要方面： （1）規(guī)定的時間（泛指壽命單位） （2）規(guī)定的條件（熱、機械、化學、電磁、電化學等） （3）規(guī)定的功能（技術(shù)、性能指標） 常見的可靠性舉例： 1）某手機在正常使用的條件下三年內(nèi)不出故障的概率為99.5%。 2）手機主板在1米高度，10次跌落后，不出故障的概率大于99% 3）……
 1.1 可靠性定義
 那可靠性是什么？
 可靠性是質(zhì)量的時間指標

•失效三階段：早期失效、隨機失效、耗損老化
 •早期失效——工藝、材料缺陷和設(shè)計裕度不足是主要因素，通過 工藝質(zhì)量控制解決、過應(yīng)力裕度設(shè)計解決。 隨機失效——誤操作、使用不當、外界環(huán)境突變等，人為、環(huán)境 因素是主要影響因素，通過規(guī)范操作、降額使用解決。 耗損失效— 結(jié)構(gòu)磨損、材料老化是主要因素，通過固有壽命、工 藝技術(shù)設(shè)計解決。

隨時間變化的失效三階段分析
 常用可靠性特征量
 •可靠度R(t)——產(chǎn)品在規(guī)定的條件、規(guī)定的時間t內(nèi)完成規(guī)定功能的概率,“三個規(guī)定”。高低溫交變濕熱試驗箱
 •累積失效概率F(t)——產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定的時間t以前的累積失效概率。

•失效率λ(t)——在規(guī)定的條件、規(guī)定的t時刻，尚未失效產(chǎn)品在單位時間內(nèi)失效的概率，描述仍能工作器件失效的可能性。
 •平均壽命MTTF——批產(chǎn)品的壽命平均值 。
 •中位壽命(t0.5)——可靠度R=0.5時，對應(yīng)的工作時間，產(chǎn)品一半已經(jīng)失效。
 •可靠壽命(tr) ——可靠度為任一值R時，對應(yīng)的工作時間。
 常用可靠性特征量
 電子組件可靠性試驗數(shù)據(jù)表（總數(shù)量140）
 可靠性計算示例
 可靠度變化示意圖
 中位 壽命高低溫交變濕熱試驗箱
 平均 壽命
 失效率隨時間變化圖

可靠性的應(yīng)用-一個電表的故事
 v 十年包換？
 v 能否達到？
 v 如何達到？
 v 如何更好？

1.2 SMT電子組件可靠性特點

電子組件是電子產(chǎn)品的心臟
 核心：電子元器件 PCB 焊點

8 焊料連接可靠性器件可靠性PCB可靠性焊點可靠性 環(huán)境條件工藝條件材料 熱機械加載動態(tài)機械加載電化學電學 焊點特征 焊料合金/微結(jié)構(gòu) 焊料/焊盤 焊料 空洞錫膏的放置器件放置助焊劑焊接曲線電路板結(jié)構(gòu)器件位置焊盤/過孔支撐/機構(gòu)結(jié)構(gòu)焊料合金/錫膏器件結(jié)構(gòu)/尺寸器件端口結(jié)構(gòu)/金屬化層電路板材料/尺寸/鍍層材料設(shè)計制造使用
 電子組件的可靠性取決于器件/PCB/焊點的可靠性
 1.2.1 電子組件可靠性概要
 1.2.2 電子組件生命周期分析
 電子組件生命周期分析 1 組裝焊接--熱應(yīng)力、機械應(yīng)力 2 測試及老化--機械、電應(yīng)力 3 儲存--溫度、濕度、機械 4 運輸--機械應(yīng)力（振動、沖擊）、溫度、濕度等 5 使用--溫度、濕度、化學、電、機械、輻射等等 不同的應(yīng)力環(huán)境可能導(dǎo)致不同的失效形式，并zui終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。 其中，焊接過程對器件、焊點和PCB的可靠性都有相當大的影響。

 電子組件焊接
 --－形成良好焊點的前提、并影響器件和PCB等的可靠性
 形成良好焊點的關(guān)鍵是:在焊接界面良好潤濕,并形成合適的金屬間化合物.
 1）組裝焊接高低溫交變濕熱試驗箱
 測試老化及篩選的目的：排除早期缺陷。 測試老化可能帶來的問題： 由于應(yīng)力選擇的問題，可能對正常的樣品造成損傷，特別是對于焊點。 可能的應(yīng)力： 熱沖擊--－焊點開裂 機械振動--－焊點脫離 溫度/濕度--－腐蝕 溫度----合金層變厚
 2）測試及篩選測試：彎折試驗 失效形式：器件脫落 原因：過應(yīng)力 設(shè)計不良 測試條件不科學！
 測試及篩選的影響案例
 存儲和運輸中，由于產(chǎn)品的運輸條件不同，存儲環(huán)境不同，對電子組件可能產(chǎn)生相當大的應(yīng)力影響，足以導(dǎo)致失效。 可能的應(yīng)力 機械振動--－焊點脫離 溫度/濕度--－腐蝕
 3）存儲運輸

 馬里蘭大學對計算機顯示器的運輸應(yīng)力研究
 某計算機存儲運輸應(yīng)力分析
 機械振動和沖擊
 某計算機存儲運輸應(yīng)力分析

影響電子組件可靠性zui大的環(huán)境條件，主要載荷包括： 溫度/濕度----腐蝕、遷移 溫度循環(huán)/溫度沖擊--－焊點疲勞 機械振動--焊點過應(yīng)力失效－疲勞失效 機械跌落--焊點過應(yīng)力 電應(yīng)力--電遷移 輻射等--器件損傷 器件－錫須失效
 4）產(chǎn)品使用
 電子組件常見可靠性問題舉例
 Crack
 Crack
 Void
 1）焊點疲勞失效
 2）電化學遷移
 3）陽極導(dǎo)電絲失效
 4）腐蝕失效
 5）錫須失效
 電子組件可靠性問題匯總
 器件 1 錫須生長和錫疫 2 器件熱穩(wěn)定性（潮濕敏感損傷） 3 前向/后向兼容性（混裝） 4 可焊性，耐腐蝕性 PCB 1 可焊性 2 熱穩(wěn)定性（變色，翹曲，孔斷） 焊點：（疲勞，過應(yīng)力） 電化學：遷移，CAF
 元器件
 焊點
 電子元件與SMT焊點的“浴盆”曲線對比
 1.2.3 電子組件失效率曲線分析

分析和選擇 元器件 焊料類型 材料 PCB設(shè)計 組裝過程熱設(shè)計考慮 測試 機械設(shè)計考慮。。。。。。
 如何確定合適的參數(shù)指標要求？ （可靠性統(tǒng)計學和失效物理相結(jié)合）
 PCBA的主要失效機理和失效模式高低溫交變濕熱試驗箱
 從設(shè)計角度考慮
 電子組件失效率曲線分析
 1.2.4 電子組件可靠性工作程序

電子組件可靠性工作方法
 DESIGN FORRELIABILITYRELIABILITYTEST & DATAANALYSISFAILURE ANALYSIS可靠性工程可靠性設(shè)計可靠性試驗失效分析
 可靠性工作的根本 能夠大大降低成本 ………
 v失效位置、模式、機理
   可靠性試驗數(shù)據(jù)驗證
   可靠性設(shè)計驗證
 v理解失效的原因及如何提高
 v 樣品數(shù)量
 v 測試條件
 v 測試周期
 v 失效獲取
 v 壽命分布
 v 可靠性函數(shù)
 v 失效率
 v 平均壽命高低溫交變濕熱試驗箱