电子组件可靠性概述
??? 电子组件可靠性的三个构成部分出发,首先分析电子组件在整个生命周期的常见应力及失效表现,并针对电子组件可靠性的三个组成部分的可靠性问题进行详细分析,分别先容了电子组件工艺质量评估,焊点热疲劳失效机理及评价方法;焊点过应力失效机理及评价方法;PCB常见失效问题及控制方法,电子组件电化学失效机理及评价方法;电子元器件主要失效机理及控制方法等。 课程重点为:
?电子组件可靠性的影响要素;
?影响电子组件可靠性的主要问题;?高低温交变湿热试验箱
?电子组件常用的失效分析方法;
?电子组件常见可靠性问题的试验评价方法; 课程目标 了解可靠性基础 掌握电子组件主要失效模式、失效机理和分析方法 掌握电子组件可靠性评价方法
课程目的及目标
课程内容
?电子组件可靠性概述
?电子组件失效分析方法
?焊接原理及焊接工艺评价方法
?焊点热疲劳、机械过应力等可靠性评价方法
?PCB来料质量综合保证技术
?电子组件绝缘可靠性试验及失效案例研究
?电子元器件可靠性要求及失效案例研究
**章 电子组件可靠性概述
?可靠性的定义
?电子组件可靠性特点及工作方法
可靠性是什么?高低温交变湿热试验箱
可靠性:“可靠性”描述的是产品在规定时间(t>0)内,在规定的条件下完成规定功能的能力。 三个重要方面: (1)规定的时间(泛指寿命单位) (2)规定的条件(热、机械、化学、电磁、电化学等) (3)规定的功能(技术、性能指标) 常见的可靠性举例: 1)某手机在正常使用的条件下三年内不出故障的概率为99.5%。 2)手机主板在1米高度,10次跌落后,不出故障的概率大于99% 3)……
1.1 可靠性定义
那可靠性是什么?
靠性是质量的时间指标
失效三阶段:早期失效、随机失效、耗损老化
早期失效——工艺、材料缺陷和设计裕度不足是主要因素,通过 工艺质量控制解决、过应力裕度设计解决。 随机失效——误操作、使用不当、外界环境突变等,人为、环境 因素是主要影响因素,通过规范操作、降额使用解决。 耗损失效— 结构磨损、材料老化是主要因素,通过固有寿命、工 艺技术设计解决。
随时间变化的失效三阶段分析
常用可靠性特征量
可靠度R(t)——产品在规定的条件、规定的时间t内完成规定功能的概率,“三个规定”。高低温交变湿热试验箱
累积失效概率F(t)——产品在规定条件、规定的时间t以前的累积失效概率。
失效率λ(t)——在规定的条件、规定的t时刻,尚未失效产品在单位时间内失效的概率,描述仍能工作器件失效的可能性。
平均寿命MTTF——批产品的寿命平均值 。
中位寿命(t0.5)——可靠度R=0.5时,对应的工作时间,产品一半已经失效。
可靠寿命(tr) ——可靠度为任一值R时,对应的工作时间。
常用可靠性特征量
电子组件可靠性试验数据表(总数量140)
可靠性计算示例
可靠度变化示意图
中位 寿命高低温交变湿热试验箱
平均 寿命
失效率随时间变化图
可靠性的应用-一个电表的故事
v 十年包换??v 能否达到?
v 如何达到??v 如何更好?
1.2 SMT电子组件可靠性特点
电子组件是电子产品的心脏
核心:电子元器件 PCB 焊点
8 焊料连接可靠性器件可靠性PCB可靠性焊点可靠性 环境条件工艺条件材料 热机械加载动态机械加载电化学电学 焊点特征 焊料合金/微结构 焊料/焊盘 焊料 空洞锡膏的放置器件放置助焊剂焊接曲线电路板结构器件位置焊盘/过孔支撑/机构结构焊料合金/锡膏器件结构/尺寸器件端口结构/金属化层电路板材料/尺寸/镀层材料设计制造使用
电子组件的可靠性取决于器件/PCB/焊点的可靠性
1.2.1 电子组件可靠性概要
1.2.2 电子组件生命周期分析
电子组件生命周期分析 1 组装焊接--热应力、机械应力 2 测试及老化--机械、电应力 3 储存--温度、湿度、机械 4 运输--机械应力(振动、冲击)、温度、湿度等 5 使用--温度、湿度、化学、电、机械、辐射等等 不同的应力环境可能导致不同的失效形式,并*终导致产品失效。 其中,焊接过程对器件、焊点和PCB的可靠性都有相当大的影响。
电子组件焊接
-形成良好焊点的前提、并影响器件和PCB等的可靠性
形成良好焊点的关键是:在焊接界面良好润湿,并形成合适的金属间化合物.
1)组装焊接高低温交变湿热试验箱
测试老化及筛选的目的:排除早期缺陷。 测试老化可能带来的问题: 由于应力选择的问题,可能对正常的样品造成损伤,特别是对于焊点。 可能的应力: 热冲击---焊点开裂 机械振动---焊点脱离 温度/湿度---腐蚀 温度----合金层变厚
2)测试及筛选测试:弯折试验 失效形式:器件脱落 原因:过应力 设计** 测试条件不科学!
测试及筛选的影响案例
存储和运输中,由于产品的运输条件不同,存储环境不同,对电子组件可能产生相当大的应力影响,足以导致失效。 可能的应力 机械振动---焊点脱离 温度/湿度---腐蚀
3)存储运输
马里兰大学对计算机显示器的运输应力研究
某计算机存储运输应力分析
机械振动和冲击
某计算机存储运输应力分析
影响电子组件可靠性*大的环境条件,主要载荷包括: 温度/湿度----腐蚀、迁移 温度循环/温度冲击---焊点疲劳 机械振动--焊点过应力失效-疲劳失效 机械跌落--焊点过应力 电应力--电迁移 辐射等--器件损伤 器件-锡须失效
4)产品使用
电子组件常见可靠性问题举例
Crack
Crack
Void
1)焊点疲劳失效?2)电化学迁移
3)阳极导电丝失效?4)腐蚀失效
5)锡须失效
电子组件可靠性问题汇总
器件 1 锡须生长和锡疫 2 器件热稳定性(潮湿敏感损伤) 3 前向/后向兼容性(混装) 4 可焊性,耐腐蚀性 PCB 1 可焊性 2 热稳定性(变色,翘曲,孔断) 焊点:(疲劳,过应力) 电化学:迁移,CAF
元器件
焊点
电子元件与SMT焊点的“浴盆”曲线对比
1.2.3 电子组件失效率曲线分析
分析和选择 元器件 焊料类型 材料 PCB设计 组装过程热设计考虑 测试 机械设计考虑。。。。。。
如何确定合适的参数指标要求? (可靠性统计学和失效物理相结合)
PCBA的主要失效机理和失效模式高低温交变湿热试验箱
从设计角度考虑
电子组件失效率曲线分析
1.2.4 电子组件可靠性工作程序
电子组件可靠性工作方法
DESIGN FORRELIABILITYRELIABILITYTEST & DATAANALYSISFAILURE ANALYSIS可靠性工程可靠性设计可靠性试验失效分析
可靠性工作的根本 能够大大降低成本 ………
v失效位置、模式、机理
可靠性试验数据验证
可靠性设计验证
v理解失效的原因及如何提高 ?v 样品数量
v 测试条件?? v 测试周期
v 失效获取?? v 寿命分布
v 可靠性函数?v 失效率
v 平均寿命高低温交变湿热试验箱