电子产品可靠性案例

1电子组件组装互连可靠性电子组件组装互连可靠性设计与评价设计与评价主讲：何小琦020-87237897，[e-mail]为什么要可靠性设计为什么要可靠性设计性能、功能合格！可靠吗？混合微电路板级组件如何设计、评价如何设计、评价有哪些失效，标准要求？焊点疲劳课程内容课程内容一、可靠性设计与评价的概念概念二、电子组装互连结构与失效失效特点三、产品可靠性要求及相关标准标准四、组装可靠性设计的基本程序程序五、可靠性设计指标指标六、组装互连可靠性设计设计方法七、电子组装件可靠性设评估评估方法培训达到的目的培训达到的目的ƒ了解可靠性设计的概念和标准要求ƒ掌握组装失效模式和可靠性设计方法ƒ掌握开展可靠性设计的工作程序1.1可靠性设计的定义1.2质量与可靠性的区别1.3可靠性设计与浴盆曲线的关系1.4可靠性设计与质量保证体系的关系1.5可靠性设计的目标一、可靠性设计与评价一、可靠性设计与评价基本概念基本概念2ƒƒSJ/T10388SJ/T10388－－9898电子工业专用设备可靠性术语可靠性设计reliabilitydesign——为满足设备可靠性要求而进行的设计。ƒƒ电子组件、元器件电子组件、元器件而言为满足产品质量与可靠性要求而进行的设计。包括：结构设计、材料选用、工艺适应性设计、热设计、元器件选用，等。1.11.1可靠性设计的定义可靠性设计的定义质量、可靠性的定义质量、可靠性的定义ƒƒ质量质量——产品的性能的技术指标、安全性、环境适应性，表征交货时产品性能、工艺质量与规范要求的符合程度。产品在出厂前的工艺检验、鉴定试验、筛选、成品率，这些结果表示产品的质量情况。ƒƒ可靠性可靠性——产品在规定条件和规定时间内使用，仍能保证性能、功能稳定的能力。产品交货使用后的失效率数据、寿命数据，这些结果表示产品的可靠性情况。表征质量的参量表征质量的参量ƒƒ性能性能——参数ƒƒCpkCpk——工艺能力指数ƒƒSPCSPC过程控制参数ƒƒ筛选筛选PDAPDA——合格率ƒƒ鉴定鉴定——环境适应性等ƒƒQCIQCI——质量一致性检ƒƒQMLQML——工艺、材料检验描述交货交货产品的质量状况，表征产品与设计要求的符合程度。表征可靠性的参量表征可靠性的参量ƒƒ可靠度可靠度R(t)R(t)——在规定条件和时间t内完成规定功能概率,“三个规定”下的概率。ƒƒ失效概率失效概率F(t)F(t)——在规定条件和时间t内失效的概率。累计失效概率。ƒƒ失效概率密度失效概率密度ff(t)(t)——单位时间内发生失效的概率，产品失效数随时间t的变化（产品总数）。ƒƒ失效率失效率λλ(t)(t)——单位时间内发生失效的概率，产品随时间t的变化（剩余好品）。ƒƒ平均寿命平均寿命MTBF/MTTFMTBF/MTTF——批产品寿命平均值。ƒƒ寿命方差寿命方差σσ22——批产品寿命值的分散性。()()NtNtR=()()NtntF=()()NttntfΔΔ=()()()tNttntΔΔ=λ∑==NiiMTTFNtt1()()∫∞−=022dttftμσ1.21.2质量可靠性的区别质量可靠性的区别ƒ以时间为坐标，鉴定交货鉴定交货为时间节点交货前生产过程的合格/不合格为质量数据，交货使用后的退化失效为可靠性数据。定指标设计设计定型、鉴定生产定型筛选、试验失效t试生产批生产使用可靠性设计质量控制筛选、鉴定、寿命评估使用可靠性控制质量实际可靠性固有可靠性分清区别的目的分清区别的目的ƒƒ质量问题，通过工艺控制解决质量问题，通过工艺控制解决如：焊接空洞。通过改善焊接工艺、改进焊接稳定性控制。ƒƒ可靠性问题，通过可靠性设计解决可靠性问题，通过可靠性设计解决如：参数退化、疲劳失效、热失效。通过改进设计结构、工艺技术、焊接材料、等。ƒƒ产品的故障时间点产品的故障时间点在鉴定未通过，则是设计问题；在鉴定通过批产检验未通过，则是工艺控制问题；在使用过程失效，则需要分析判断。3ƒƒ焊点接触不良焊点接触不良1）使用初期虚焊等焊接不良，质量缺陷问题。2）几年后出现疲劳环，属于可靠性问题。疲劳环焊接不良质量问题、可靠性问题质量问题、可靠性问题可靠性设计涵盖的内容可靠性设计涵盖的内容ƒƒ开展可靠性工作开展可靠性工作一切围绕着如何控制失效，开展的一切设计工作。ƒƒ可靠性设计涵盖可靠性设计涵盖针对固有可靠性：结构设计、材料设计、工艺设计等；针对质量稳定性：Cpk、SPC控制设计；针对质量检验的：可靠性试验方法设计等。ƒƒ可靠性设计不包括可靠性设计不包括性能设计、功能设计。1.31.3可靠性设计与浴盆曲线的关系可靠性设计与浴盆曲线的关系ƒƒ失效分布三个阶段失效分布三个阶段：早期失效、随机失效、耗损老化ƒƒ影响因素影响因素：早期失效——工艺、材料缺陷是主要原因，通过提高工艺水平、稳定工艺解决，温度/机械等裕度设计解决。随机失效——使用不当、外界环境突变、潜在缺陷等，通过规范操作、生产稳定性控制（Cpk/SPC）、降额使用解决。tλ耗损失效——结构磨损、材料老化是主要因素，通过固有寿命设计解决。可靠性设计的目的可靠性设计的目的ƒ可靠性设计解决不同阶段的问题可靠性设计解决不同阶段的问题1）筛选控制：降低早期失效率。2）Cpk、SPC控制：降低失效率λ，不能提高固有（耗损）寿命。3）固有寿命设计：提高耗损寿命t。4）环境适应性设计（温度/机械裕度等）：降低λ、提高t。tλ22））33））44））44））11））1.51.5可靠性设计的目标可靠性设计的目标ƒƒ对设计出来的产品：对设计出来的产品：实现固有可靠性，满足可靠性指标要求。ƒƒ对生产出来的产品：对生产出来的产品：实现产品可靠性，尽可能接近可靠性设计指标。要点回顾要点回顾：可靠性设计概念：可靠性设计概念ƒƒ质量、可靠性的区别质量、可靠性的区别：鉴定验收，质量与可靠性时间性区别节点。节点前质量问题，采用工艺控制解决；节点后可靠性问题，采用可靠性设计解决。ƒƒ可靠性设计的作用可靠性设计的作用：赋予产品固有可靠性：可靠寿命、环境应力裕度。可涵盖：结构设计、工艺设计、材料设计、试验设计、质量控制设计。但不包含功能、性能设计。ƒƒ质量控制的作用质量控制的作用：工艺过程控制是为了缩小产品实际可靠性与固有可靠性的差别。通过控制可提高质量水平，但不可能超越固有可靠性。4二、电子组装结构与失效特点二、电子组装结构与失效特点2.1HIC/板极组件结构2.2一级、二级封装分类2.3主要失效模式和特点2.1HIC/MCM/2.1HIC/MCM/板级组件结构板级组件结构板级组件板级组件互连封装结构互连封装结构IC芯片焊料焊盘层基板基板外壳端电极焊接材料基板电容瓷体芯片芯片片式片式CSP/BGACSP/BGA2.22.2一级、二级封装分类一级、二级封装分类ƒƒ一级封装：一级封装：与芯片相关的互连，引线键合、芯片粘接、芯片倒装焊，等。HIC、MCM。ƒƒ二极封装：二极封装：元器件与PCB的互连组装，引脚焊接，等。板极组件。一级二级2.32.3主要失效模式和特点主要失效模式和特点ƒƒ一级封装：一级封装：内引线和键合点断裂、芯片粘接脱开、基片粘接脱开，等。ƒƒ二级封装：二级封装：元器件外引脚断裂、焊点疲劳开裂，等。板极组件的失效特点，短期以元器件失效为主，长期以焊点失效为主IPC785IPC785要点回顾要点回顾：互连结构和失效特点：互连结构和失效特点ƒƒ一级封装一级封装：与芯片直接相关的互连组装。ƒƒ二级封装二级封装：元器件与PCB的互连。ƒƒ缺陷失效缺陷失效：由于工艺控制不当，形成的质量缺陷，表现在早期失效、随机失效阶段，缺陷失效通过工艺控制改进。ƒƒ寿命失效寿命失效：组件，短期以元器件失效为主，长期以互连焊点失效为主。表现在耗损失效阶段，寿命失效通过可靠性设计改进。5三、可靠性要求及标准三、可靠性要求及标准3.1可靠性基本要求3.2GB/GJB/SJ/MIL/IPC/IEEE标准要求3.3使用方对元器件的可靠性要求3.13.1可靠性基本要求可靠性基本要求ƒƒ整机要求整机要求——满足环境应力下的适应性和使用寿命要求。ƒƒ产品规范产品规范——满足产品规范的环境试验和实验室寿命。（模块1000hr稳态寿命）3.23.2GB/GJB/SJ/MIL/IPC/IEEEGB/GJB/SJ/MIL/IPC/IEEE标准要求标准要求ƒSJ/T10670-1995表面工艺通用技术要求ƒGB/T19247.1-2003印制板组装第1部分：通用规范ƒGB/T19247.2-2003印制板组装第2部分：表面安装焊接组装的要求ƒGJB3835-1999表面安装印制板组件装通用要求ƒSJ/T10666-1995表面组装组件的焊点质量评定ƒIPC/EIAJ-STD-001C电气与电子组装件锡焊要求ƒƒIPCIPC--AA--610D610D印制板组装件验收条件印制板组装件验收条件ƒ……（（11）工艺质量要求）工艺质量要求SJ/T10670SJ/T10670--19951995表面工表面工艺通用技术要求艺通用技术要求ƒ元器件ƒ基板ƒ工艺材料ƒ焊膏印刷ƒ贴装ƒ固化ƒ焊接IPCIPC--AA--610D610D印制板组装印制板组装件验收条件件验收条件ƒ焊接的可接受和异常ƒ通孔工艺ƒSMT焊点的高度、宽度等。ƒ……IPCIPC--AA--610D610D焊缝起翘、损坏焊盘连接焊点上形成缩孔或热裂纹ƒƒ焊接质量缺陷焊接质量缺陷（（22））SMC/SMDSMC/SMD的质量要求的质量要求ƒSJ/T10669-1995表面组装元器件可焊性试验ƒSJ/T10630-1995电子元器件制造防静电技术要求ƒIPC/JEDECJ-STD-020塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类ƒIPC/JEDECJ-STD-033A潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准ƒIPC-9503非IC元件的潮湿敏感性分类ƒ……6（（33））工艺材料要求工艺材料要求ƒGB/T3131－2001铅锡焊料ƒGB/T2424.17-1995电工电子产品环境试验焊锡试验导则ƒSJ/TT11186-1998锡铅膏状焊料通用规范ƒSJ20511-1995混合微电路用胶粘剂规范ƒMIL-F-14256液体焊剂的技术要求ƒMIL-F-14256印制电路板技术要求ƒIPC-WP-006RoundRobinTesting&Analysis:Lead-FreeAlloys-Tin,Silver,&CopperƒIPC－9261In-ProcessDPMOANDestimatedYieldforPWAs.ƒJEP142－02ObtainingandAcceptingMaterialforUseinHybrid/MCMProductsƒ……（（44））耐环境适应性要求耐环境适应性要求ƒGB/T15279－94微电路模块机械和气候试验方法ƒGB2423电工电子产品环境试验ƒSJ20137-92印制板组装件抗振动冲击技术要求和测试方法ƒMIL-STD-220电子元件及器件的测试方法ƒMIL-STD-883微电子器件的试验方法和程序ƒIPC－TR-462SolderabilityEvaluationofPrintedBoardswithProtectiveCoatingsOverLong-termStorageƒ……（（55））混合电路混合电路//组件组件//模块要求模块要求ƒƒGB/T15431GB/T15431－－19951995微电路模块总规范微电路模块总规范ƒGB/T16465－1996膜集成电路和混合膜集成电路分规范ƒGB/T18910.2-1998液晶和故态显示器第2部分：液晶显示模块分规范ƒGB/T19247.1-2003印制板组装第1部分：通用规范ƒGB/T19247.1-2003印制板组装第2部分：分规范表贴ƒGB/T19247.1-2003印制板组装第2部分：分规范通孔ƒGB/T19247.1-2003印制板组装第2部分：分规范引出端ƒƒSJ20137SJ20137--9292印制板组装件抗振动冲击技术要求印制板组装件抗振动