電子設備板級可靠性工程

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 基於故障機理的可靠性方法 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 元器件供應商可靠性認證 13
2.3.4 元器件選用不當案例 15
2.3.5 集成電路基本認證項目 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 板級可靠性設計 27
3.1 電路板DFX設計概述 27
3.1.1 DFX設計的理念 27
3.1.2 DFX設計的流程與方法 27
3.1.3 業界領先企業開展DFX設計的經驗 28
3.1.4 DFX問題已經成為板級可靠性的短板 30
3.2 可製造性設計 31
3.2.1 開展可製造性設計的意義 31
3.2.2 可製造性設計的主要內容 32
3.2.3 電子產品DFM設計案例 33
3.3 可製造性設計的工藝路線設計 34
3.3.1 工藝路線設計的基本原則 34
3.3.2 常見單板工藝路線的優缺點 35
3.4 PCB佈局設計 36
3.4.1 應力敏感元器件的佈局設計 36
3.4.2 考慮ICT測試應力的設計 37
3.4.3 大功率、熱敏元器件的佈局設計 37
3.4.4 焊盤的散熱設計 38
3.5 小孔可靠性設計 38
3.5.1 印製電路板上孔的分類 38
3.5.2 影響通孔可靠性的關鍵設計參數 40
3.5.3 單板厚徑比的概念 41
3.6 PCB走線的可靠性設計 41
3.6.1 考慮電磁兼容的走線設計2W原則 42
3.6.2 保證可靠性的走線設計原則 42
3.6.3 考慮可製造性的焊盤引出線設計 42
3.6.4 走線禁忌規則 43
3.7 無鉛PCB錶面處理與可靠性 44
3.7.1 有機可焊性保護膜 44
3.7.2 化學鎳金 45
3.7.3 無鉛熱風整平 48
3.7.4 化學鍍錫 49
3.7.5 浸銀 49
3.7.6 無鉛錶面處理總結 50
第4章 焊點疲勞壽命預測與可靠性設計 52
4.1 焊點疲勞壽命預測模型 52
4.1.1 以塑性變形為基礎的壽命預測模型 53
4.1.2 以蠕變變形為基礎的壽命預測模型 54
4.1.3 以能量為基礎的壽命預測模型 54
4.1.4 以斷裂參量為基礎的壽命預測模型 55
4.2 典型焊點疲勞壽命預測舉例 55
4.2.1 模型建立和參數選擇 56
4.2.2 關鍵焊點及迴流焊曲線的影響 58
4.2.3 模擬分析結果 60
4.2.4 焊點壽命預測 61
4.2.5 模擬分析研究結論 63
4.3 焊點失效與壽命預測研究前沿方向 63
4.3.1 多場耦合作用下焊點的失效與壽命預測 63
4.3.2 極端溫度環境下焊點壽命預測 64
第5章 單板組裝過程的可靠性 66
5.1 軟釺焊原理 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理 76
5.4.4 保障工藝可靠性的靜電防護措施 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 焊點二次迴流造成的焊接失效 92
5.7.1 迴流焊工藝二次迴流造成的焊接失效 92
5.7.2 波峰焊工藝引起的焊點二次迴流失效 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理 98
6.1 焊點失效機理 98
6.1.1 熱致失效 98
6.1.2 機械失效 99
6.1.3 電化學失效 100
6.2 焊點常見失效模式 100
6.2.1 焊點機械應力損傷失效 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 柯肯達爾空洞 107
6.3 PCB常見失效模式 108
6.3.1 導電陽極絲 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封裝的類型與結構 114
7.2 BGA焊點空洞形成機理及其對焊點可靠性的影響 119
7.2.1 BGA焊點空洞形成機理 119
7.2.2 BGA焊點空洞接受標準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境試驗 135
8.3 單板可靠性試驗設計 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力施加方式和應力類型 138
8.3.3 單板可靠性試驗類型選擇 139
8.3.4 單板可靠性試驗模型 140
8.4 單板老化試驗 141
8.4.1 老化試驗的目的 142
8.4.2 老化試驗的設計原則 142
8.4.3 老化試驗數據分析 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的設計原則 144
8.5.3 HALT中應當註意的問題 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計原則 147
8.6.3 可靠性增長試驗中應註意的問題 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 金相切片的製作過程 157
9.3.2 金相切片在印製電路板生產檢驗中的應用 158
9.3.3 金相切片在印製電路板質量與可靠性分析中的應用 159
9.4 X射線分析技術 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 光學顯微鏡分析技術 162
9.5.1 明場與暗場觀察 163
9.5.2 偏振光乾涉法觀察 163
9.6 紅外顯微鏡分析技術 163
9.6.1 紅外顯微鏡的基本工作原理 163
9.6.2 紅外顯微分析技術在元器件失效分析中的應用 164
9.7 聲學顯微鏡分析技術 165
9.8 掃描電子顯微鏡技術 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用 166
9.9 電子束測試技術 168
9.9.1 電子束探測法 168
9.9.2 電子束探測技術在器件失效分析中的應用 169
9.9.3 電子束探測系統中的自動導航技術 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 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 染色與滲透試驗結果的分析與應用 173
9.11.4 染色與滲透試驗過程的質量控制 174
9.12 熱翹曲變形檢測技術 175
參考文獻 177