電子設(shè)備板級可靠性工程

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 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 板級可靠性設(shè)計 27
3.1 電路板DFX設(shè)計概述 27
3.1.1 DFX設(shè)計的理念 27
3.1.2 DFX設(shè)計的流程與方法 27
3.1.3 業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)開展DFX設(shè)計的經(jīng)驗 28
3.1.4 DFX問題已經(jīng)成為板級可靠性的短板 30
3.2 可制造性設(shè)計 31
3.2.1 開展可制造性設(shè)計的意義 31
3.2.2 可制造性設(shè)計的主要內(nèi)容 32
3.2.3 電子產(chǎn)品DFM設(shè)計案例 33
3.3 可制造性設(shè)計的工藝路線設(shè)計 34
3.3.1 工藝路線設(shè)計的基本原則 34
3.3.2 常見單板工藝路線的優(yōu)缺點 35
3.4 PCB布局設(shè)計 36
3.4.1 應(yīng)力敏感元器件的布局設(shè)計 36
3.4.2 考慮ICT測試應(yīng)力的設(shè)計 37
3.4.3 大功率、熱敏元器件的布局設(shè)計 37
3.4.4 焊盤的散熱設(shè)計 38
3.5 小孔可靠性設(shè)計 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 41
3.6.1 考慮電磁兼容的走線設(shè)計2W原則 42
3.6.2 保證可靠性的走線設(shè)計原則 42
3.6.3 考慮可制造性的焊盤引出線設(shè)計 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 焊點疲勞壽命預(yù)測與可靠性設(shè)計 52
4.1 焊點疲勞壽命預(yù)測模型 52
4.1.1 以塑性變形為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測模型 53
4.1.2 以蠕變變形為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測模型 54
4.1.3 以能量為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測模型 54
4.1.4 以斷裂參量為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測模型 55
4.2 典型焊點疲勞壽命預(yù)測舉例 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 焊點壽命預(yù)測 61
4.2.5 仿真分析研究結(jié)論 63
4.3 焊點失效與壽命預(yù)測研究前沿方向 63
4.3.1 多場耦合作用下焊點的失效與壽命預(yù)測 63
4.3.2 極端溫度環(huán)境下焊點壽命預(yù)測 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 可焊性測試 68
5.2.1 邊緣浸漬法 68
5.2.2 潤濕平衡法 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 無鉛焊接高溫對元器件可靠性的影響 88
5.6.2 無鉛焊接高溫對PCB可靠性的影響 91
5.7 焊點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二次回流失效 93
5.8 金屬間化合物對焊接可靠性的影響 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 焊點常見失效模式 100
6.2.1 焊點機(jī)械應(yīng)力損傷失效 100
6.2.2 焊點熱疲勞失效 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 面陣列封裝器件簡介 113
7.1.1 BGA封裝的特點 113
7.1.2 BGA封裝的類型與結(jié)構(gòu) 114
7.2 BGA焊點空洞形成機(jī)理及其對焊點可靠性的影響 119
7.2.1 BGA焊點空洞形成機(jī)理 119
7.2.2 BGA焊點空洞接受標(biāo)準(zhǔn)及其對焊點可靠性的影響 122
7.2.3 消除BGA空洞的措施 123
7.3 BGA不飽滿焊點的形成機(jī)理及解決措施 124
7.4 BGA焊接潤濕不良及改善措施 125
7.5 BGA焊接的自對中不良及解決措施 126
7.6 BGA焊點橋連及解決措施 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 板級可靠性試驗與測試 133
8.1 單板可靠性試驗與測試概述 133
8.2 單板可靠性試驗與環(huán)境試驗 135
8.3 單板可靠性試驗設(shè)計 136
8.3.1 單板可靠性試驗的類型 137
8.3.2 單板可靠性試驗的應(yīng)力施加方式和應(yīng)力類型 138
8.3.3 單板可靠性試驗類型選擇 139
8.3.4 單板可靠性試驗?zāi)Ｐ?140
8.4 單板老化試驗 141
8.4.1 老化試驗的目的 142
8.4.2 老化試驗的設(shè)計原則 142
8.4.3 老化試驗數(shù)據(jù)分析 143
8.5 單板高加速壽命試驗 143
8.5.1 單板高加速壽命試驗的目的 143
8.5.2 HALT的設(shè)計原則 144
8.5.3 HALT中應(yīng)當(dāng)注意的問題 146
8.6 單板可靠性增長試驗 146
8.6.1 可靠性增長的分類 147
8.6.2 可靠性增長試驗的設(shè)計原則 147
8.6.3 可靠性增長試驗中應(yīng)注意的問題 148
8.7 單板可靠性測試 149
8.7.1 單板可靠性測試概述 149
8.7.2 單板黑盒測試 150
8.7.3 單板白盒測試 151
第9章 板級失效分析 155
9.1 板級失效分析概述 155
9.1.1 板級失效分析的目的和作用 155
9.1.2 板級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 明場與暗場觀察 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 電子束測試技術(shù) 168
9.9.1 電子束探測法 168
9.9.2 電子束探測技術(shù)在器件失效分析中的應(yīng)用 169
9.9.3 電子束探測系統(tǒng)中的自動導(dǎo)航技術(shù) 170
9.9.4 電子束探針的探測原則 170
9.10 X射線顯微分析 171
9.11 染色與滲透試驗技術(shù) 171
9.11.1 染色與滲透試驗基本原理 172
9.11.2 染色與滲透試驗流程 172
9.11.3 染色與滲透試驗結(jié)果的分析與應(yīng)用 173
9.11.4 染色與滲透試驗過程的質(zhì)量控制 174
9.12 熱翹曲變形檢測技術(shù) 175
參考文獻(xiàn) 177