電子設(shè)備板級(jí)可靠性工程

第1章 概述 1
第2章 電子元器件的可靠性保障 3
2.1 元器件可靠性的新特點(diǎn) 3
2.2 基于故障機(jī)理的可靠性方法 4
2.3 選用可靠的元器件 6
2.3.1 元器件可靠性的度量 6
2.3.2 元器件可靠性保障體系 7
2.3.3 元器件供應(yīng)商可靠性認(rèn)證 13
2.3.4 元器件選用不當(dāng)案例 15
2.3.5 集成電路基本認(rèn)證項(xiàng)目 18
2.4 可靠地使用元器件 20
2.4.1 單板與元器件的環(huán)境差異 20
2.4.2 元器件可靠性需求分析 21
2.4.3 板級(jí)元器件可靠性保障 23
2.4.4 常用元器件可靠性應(yīng)用分析 24
2.4.5 可靠使用元器件的案例 25
第3章 板級(jí)可靠性設(shè)計(jì) 27
3.1 電路板DFX設(shè)計(jì)概述 27
3.1.1 DFX設(shè)計(jì)的理念 27
3.1.2 DFX設(shè)計(jì)的流程與方法 27
3.1.3 業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)開展DFX設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn) 28
3.1.4 DFX問題已經(jīng)成為板級(jí)可靠性的短板 30
3.2 可制造性設(shè)計(jì) 31
3.2.1 開展可制造性設(shè)計(jì)的意義 31
3.2.2 可制造性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 32
3.2.3 電子產(chǎn)品DFM設(shè)計(jì)案例 33
3.3 可制造性設(shè)計(jì)的工藝路線設(shè)計(jì) 34
3.3.1 工藝路線設(shè)計(jì)的基本原則 34
3.3.2 常見單板工藝路線的優(yōu)缺點(diǎn) 35
3.4 PCB布局設(shè)計(jì) 36
3.4.1 應(yīng)力敏感元器件的布局設(shè)計(jì) 36
3.4.2 考慮ICT測(cè)試應(yīng)力的設(shè)計(jì) 37
3.4.3 大功率、熱敏元器件的布局設(shè)計(jì) 37
3.4.4 焊盤的散熱設(shè)計(jì) 38
3.5 小孔可靠性設(shè)計(jì) 38
3.5.1 印制電路板上孔的分類 38
3.5.2 影響通孔可靠性的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù) 40
3.5.3 單板厚徑比的概念 41
3.6 PCB走線的可靠性設(shè)計(jì) 41
3.6.1 考慮電磁兼容的走線設(shè)計(jì)2W原則 42
3.6.2 保證可靠性的走線設(shè)計(jì)原則 42
3.6.3 考慮可制造性的焊盤引出線設(shè)計(jì) 42
3.6.4 走線禁忌規(guī)則 43
3.7 無鉛PCB表面處理與可靠性 44
3.7.1 有機(jī)可焊性保護(hù)膜 44
3.7.2 化學(xué)鎳金 45
3.7.3 無鉛熱風(fēng)整平 48
3.7.4 化學(xué)鍍錫 49
3.7.5 浸銀 49
3.7.6 無鉛表面處理總結(jié) 50
第4章 焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)與可靠性設(shè)計(jì) 52
4.1 焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型 52
4.1.1 以塑性變形為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測(cè)模型 53
4.1.2 以蠕變變形為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測(cè)模型 54
4.1.3 以能量為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測(cè)模型 54
4.1.4 以斷裂參量為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測(cè)模型 55
4.2 典型焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)舉例 55
4.2.1 模型建立和參數(shù)選擇 56
4.2.2 關(guān)鍵焊點(diǎn)及回流焊曲線的影響 58
4.2.3 仿真分析結(jié)果 60
4.2.4 焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè) 61
4.2.5 仿真分析研究結(jié)論 63
4.3 焊點(diǎn)失效與壽命預(yù)測(cè)研究前沿方向 63
4.3.1 多場(chǎng)耦合作用下焊點(diǎn)的失效與壽命預(yù)測(cè) 63
4.3.2 極端溫度環(huán)境下焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè) 64
第5章 單板組裝過程的可靠性 66
5.1 軟釬焊原理 66
5.2 可焊性測(cè)試 68
5.2.1 邊緣浸漬法 68
5.2.2 潤(rùn)濕平衡法 69
5.3 組裝過程的潮濕敏感問題 72
5.3.1 潮濕敏感元器件的可靠性問題 72
5.3.2 吸濕造成的PCB爆板問題 74
5.4 單板組裝過程的靜電損傷問題 74
5.4.1 電子元器件的靜電損傷 74
5.4.2 單板組裝過程中的靜電來源 75
5.4.3 靜電放電的失效模式及失效機(jī)理 76
5.4.4 保障工藝可靠性的靜電防護(hù)措施 76
5.5 焊接過程的可靠性問題 79
5.5.1 冷焊 79
5.5.2 空洞 80
5.5.3 片式元器件開裂 80
5.5.4 金屬滲析 82
5.5.5 焊點(diǎn)剝離 83
5.5.6 片式元器件立碑缺陷的機(jī)理分析與解決 84
5.6 無鉛焊接高溫的影響 88
5.6.1 無鉛焊接高溫對(duì)元器件可靠性的影響 88
5.6.2 無鉛焊接高溫對(duì)PCB可靠性的影響 91
5.7 焊點(diǎn)二次回流造成的焊接失效 92
5.7.1 回流焊工藝二次回流造成的焊接失效 92
5.7.2 波峰焊工藝引起的焊點(diǎn)二次回流失效 93
5.8 金屬間化合物對(duì)焊接可靠性的影響 96
第6章 單板常見失效模式及失效機(jī)理 98
6.1 焊點(diǎn)失效機(jī)理 98
6.1.1 熱致失效 98
6.1.2 機(jī)械失效 99
6.1.3 電化學(xué)失效 100
6.2 焊點(diǎn)常見失效模式 100
6.2.1 焊點(diǎn)機(jī)械應(yīng)力損傷失效 100
6.2.2 焊點(diǎn)熱疲勞失效 101
6.2.3 錫須 102
6.2.4 黑盤 104
6.2.5 金脆 106
6.2.6 柯肯達(dá)爾空洞 107
6.3 PCB常見失效模式 108
6.3.1 導(dǎo)電陽極絲 108
6.3.2 PCB電遷移 110
6.3.3 電路板腐蝕失效 112

第7章 面陣列封裝器件的可靠應(yīng)用 113
7.1 面陣列封裝器件簡(jiǎn)介 113
7.1.1 BGA封裝的特點(diǎn) 113
7.1.2 BGA封裝的類型與結(jié)構(gòu) 114
7.2 BGA焊點(diǎn)空洞形成機(jī)理及其對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響 119
7.2.1 BGA焊點(diǎn)空洞形成機(jī)理 119
7.2.2 BGA焊點(diǎn)空洞接受標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響 122
7.2.3 消除BGA空洞的措施 123
7.3 BGA不飽滿焊點(diǎn)的形成機(jī)理及解決措施 124
7.4 BGA焊接潤(rùn)濕不良及改善措施 125
7.5 BGA焊接的自對(duì)中不良及解決措施 126
7.6 BGA焊點(diǎn)橋連及解決措施 128
7.7 BGA焊接的開焊及解決措施 129
7.8 焊點(diǎn)高度不均勻及解決措施 131
7.9 “爆米花”和分層現(xiàn)象 132
第8章 板級(jí)可靠性試驗(yàn)與測(cè)試 133
8.1 單板可靠性試驗(yàn)與測(cè)試概述 133
8.2 單板可靠性試驗(yàn)與環(huán)境試驗(yàn) 135
8.3 單板可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì) 136
8.3.1 單板可靠性試驗(yàn)的類型 137
8.3.2 單板可靠性試驗(yàn)的應(yīng)力施加方式和應(yīng)力類型 138
8.3.3 單板可靠性試驗(yàn)類型選擇 139
8.3.4 單板可靠性試驗(yàn)?zāi)Ｐ?140
8.4 單板老化試驗(yàn) 141
8.4.1 老化試驗(yàn)的目的 142
8.4.2 老化試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則 142
8.4.3 老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 143
8.5 單板高加速壽命試驗(yàn) 143
8.5.1 單板高加速壽命試驗(yàn)的目的 143
8.5.2 HALT的設(shè)計(jì)原則 144
8.5.3 HALT中應(yīng)當(dāng)注意的問題 146
8.6 單板可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn) 146
8.6.1 可靠性增長(zhǎng)的分類 147
8.6.2 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則 147
8.6.3 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題 148
8.7 單板可靠性測(cè)試 149
8.7.1 單板可靠性測(cè)試概述 149
8.7.2 單板黑盒測(cè)試 150
8.7.3 單板白盒測(cè)試 151
第9章 板級(jí)失效分析 155
9.1 板級(jí)失效分析概述 155
9.1.1 板級(jí)失效分析的目的和作用 155
9.1.2 板級(jí)失效分析的原則和流程 156
9.2 外觀檢查 156
9.3 金相切片分析 157
9.3.1 金相切片的制作過程 157
9.3.2 金相切片在印制電路板生產(chǎn)檢驗(yàn)中的應(yīng)用 158
9.3.3 金相切片在印制電路板質(zhì)量與可靠性分析中的應(yīng)用 159
9.4 X射線分析技術(shù) 160
9.4.1 X射線的基本概念 160
9.4.2 X射線在板級(jí)失效分析中的用途 161
9.4.3 Ｘ射線分析案例 161
9.5 光學(xué)顯微鏡分析技術(shù) 162
9.5.1 明場(chǎng)與暗場(chǎng)觀察 163
9.5.2 偏振光干涉法觀察 163
9.6 紅外顯微鏡分析技術(shù) 163
9.6.1 紅外顯微鏡的基本工作原理 163
9.6.2 紅外顯微分析技術(shù)在元器件失效分析中的應(yīng)用 164
9.7 聲學(xué)顯微鏡分析技術(shù) 165
9.8 掃描電子顯微鏡技術(shù) 165
9.8.1 掃描電子顯微鏡的基本工作原理 166
9.8.2 掃描電子顯微鏡及其在元器件失效分析中的應(yīng)用 166
9.9 電子束測(cè)試技術(shù) 168
9.9.1 電子束探測(cè)法 168
9.9.2 電子束探測(cè)技術(shù)在器件失效分析中的應(yīng)用 169
9.9.3 電子束探測(cè)系統(tǒng)中的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù) 170
9.9.4 電子束探針的探測(cè)原則 170
9.10 X射線顯微分析 171
9.11 染色與滲透試驗(yàn)技術(shù) 171
9.11.1 染色與滲透試驗(yàn)基本原理 172
9.11.2 染色與滲透試驗(yàn)流程 172
9.11.3 染色與滲透試驗(yàn)結(jié)果的分析與應(yīng)用 173
9.11.4 染色與滲透試驗(yàn)過程的質(zhì)量控制 174
9.12 熱翹曲變形檢測(cè)技術(shù) 175
參考文獻(xiàn) 177