“电子封装的可靠性工程”课程介绍
课程简介：伴随着电子产品的多功能化和小型化的发展趋势，电子封装扮演着越来越重要的作用。但是由于电子封装是一个由多材料所够成的复杂系统，其在制造和使用过程中，经常会产生各种各样的质量和可靠性问题。本课程将从电子产品的特征分析开始，讲述为什么电子封装会有失效产生? 怎么用不同的方法和手段来分析、检测和发现封装的可靠性和失效问题。然后，课程会重点介绍在电子产品中从芯片封装到印刷线路版集成会出现的各种主要失效形式和相关机理，以及电子封装质量和可靠性检测的主要实验技术。最后，课程会介绍如何进行电子封装的失效防护? 并通过例证的方式来讲解如何通过可靠性设计的方法来保证电子产品的短期工艺可制造性和长期使用可靠性。
适合培训人员
本课程主要针对各类封装测试、表面安装、印刷线路版、代加工等公司和企业中的研发、质量管理、可靠性测试、工艺开发、和材料测试等人员。芯片设计、材料供应、设备制造、和高校的研发人员也将能从此课程中受益。
本课程将涵盖以下主题：
一、电子封装的可靠性性工程概述
1. 什么是电子封装？
2. 电子封装的作用和特点
3. 电子封装产品的质量和可靠性问题
4. 可靠性工程的基本概念
二、电子封装的可靠性测试手段及数据分析方法
1.为什么电子封装会出现失效？
·封装设计的问题
·加工制造的缺陷
·材料选择的问题
2.如何分析、检测和发现电子封装的失效？
·理论分析方法
·统计模拟方法
·实验测试方法
3.电子封装产品的可靠性测试手段和方法
·加速试验的相关理论
·加速试验方法选择的准则
·传统的可靠性测试手段和方法
4.可靠性实验数据的分析原理和方法
·电子封装的可靠性定义
·电子封装寿命的统计分析方法
·可靠性加速模型
三、电子封装产品的失效类型、特征和机理
1.电子封装的失效类型、特征和机理概述
2.电子元器件及其封装的主要失效类型、特征和机理
·表面安装电子元器件的失效类型、特征和机理
·脆性断裂特征和机理
·爆米花失效特征和机理
·引脚开裂失效特征和机理
·塑封层失效特征和机理
·非半导体器件的失效特征和机理
·静电失效特征和机理
３. 电子封装中内联接的主要失效类型、特征和机理·焊锡接点的缺陷
·焊锡接点的疲劳失效
·焊锡接点的蠕变失效
·焊锡接点的晶须生长失效和机理
·内联接的晶间化合物生长失效和机理
·内联接的腐蚀失效和机理
·内联接的电迁徙失效和机理
４.印刷线路版的主要失效类型、特征和机理
·材料相关的失效和机理
·界面开裂失效和机理
·信号/电源联接相关的缺陷、失效和机理
·印刷线路版中穿孔相关的失效和机理
四、关键的失效分析实验技术
1.失效分析实验技术概述
2.关键的缺陷检测技术
·光学检测技术
·X射线检测技术
·声检测技术
3.关键的微结构分析技术
·冶金显微镜
·电子扫描显微镜
·X射线衍射仪
4.关键的热性能分析技术
·微分扫描热量仪
·热机械分析仪
·热重力分析仪
5.关键的封装结构分析技术
·投影云纹仪
·云纹干涉仪
·数字相关分析仪
6.小结
五、电子封装产品的失效防护与可靠性设计
1.失效防护与可靠性设计的基本概念
2.什么是电子封装产品的可靠性设计？
3.热-机械失效问题的防护和可靠性设计方法
4.电失效问题的防护和可靠性设计方法
5.化学失效问题的防护和可靠性设计方法
6.计算机辅助的虚拟可靠性设计方法
7.有限元 (FEM) 分析方法概述
8.例子1 –焊锡接点的失效防护和可靠性设计
9.例子2 --双材料界面的失效防护和可靠性设计
可靠性试验项目 项目 参考标准 检测目的 预处理PRE JESD22-A113F 模拟贴装产品在运输、贮存直到回流焊上整机受 到温度、湿度等环境变化的影响。此试验应在可 靠性试验之前进行，仅代表产品的封装等级。 湿气敏感等级试验MSL IPC/JEDEC J-STD-020 确定那些由湿气所诱发应力敏感的非气密固态 表面贴装元器件的分类, 以便对其进行正确的封 装, 储存和处理, 以防回流焊和维修时损伤元器 件。 稳态湿热THT GB/T2423.3 JESD22-A101 评定产品经长时间施加湿度应力和温度应力作 用的能力。 温度循环TCT JESD22-A104 GB/T 2423.22 评定产品封装承受极端高温和极端低温的能力， 以及极端高温和极端低温交替变化的影响。 高温试验HTST GB/T 2423.2 JESD22-A103 评定产品承受长时间高温应力作用的能力。 低温试验LTST GB/T 2423.1 JESD22-A119 评定产品承受长时间低温应力作用的能力。 高压蒸煮PCT JESD22-A102 评定产品封装的抗潮湿能力。 高速老化寿命试验(u)HAST JESD22-A110 JESD22-A118 评定非气密性封装在(无)偏置条件下的抗潮湿能 力。
回流焊Reflow JESD22-A113 评定产品在回流焊接过程中所产生之热阻力及 效应。 电耐久BURN-IN GB/T 4587 评定器件经长时间施加电应力（电压、电流）和 温度应力（产品因负载造成的温升）作用的能力。 高温反偏HTRB GB/T 4587 JESD22-A108 评定器件承受长时间电应力（电压）和温度应力 作用的能力。 耐焊接热SHT GB/T 2423.28 JESD22-B106 评定产品在其焊接时的耐热能力。 可焊性Solderability GB/T 2423.28 EIA/IPC/JEDEC J-STD-002 评定产品的可焊性能力。 锡须生长 Tin Whisker Test JESD201 JESD22-A121 评定产品承受长时间施加温湿度应力作用下锡 须生长情况。 电性测试Electrical Test GB/T 4589.1 GB/T 4587 GB/T 4586 GB/T 4023 GB/T 6571 评定产品电性能力。主要针对分立器件产品测 试。
1-3-半导体封装件的可靠性评价方法
半导体封装件的可靠性评价方法 Lunasus 科技公司，佐土原宽 Lunasus 科技公司细川丰 本章将依据半导体封装件可靠性评价的基本考虑方法，以故障机理为基础的实验条件介绍，并根据韦布图来解说可靠性试验下的（产品）寿命推导方法。 封装件开发及材料变化过程中的可靠性评价方法 为实现半导体封装件功能和电气特性的提高，在推动多引脚化的同时，也要发展高密度封装化下的小型、薄型化。最近，搭载多个芯片的SiP（System in Package，系统级封装）和芯片尺寸（与封装尺寸）非常相近的CSP（Chip Size Package，芯片级封装）已开始量产，封装件的构造多种多样。另外，为达成封装件低成本化和环保的要求，采用规格更高的封装件材料的开发正在活跃起来。但封装件构造的复杂化和新型材料的使用不能对制造品质和可靠性造成影响。这里将对新型封装件的开发和材料改变下的可靠性评价方法进行解说。 最近的半导体封装件多数属于树脂灌封型，对半导体单体的可靠性评价包括，高温保存（或动作）实验，耐湿性实验以及温度循环实验。另外，对于有可能要进行表面装配的高密度封装器型，需考虑焊接装配过程中的热应力情况，因此焊锡耐热性实验也是不可缺少的。这些可靠性试验，是对半导体封装件在实际使用过程中所预想发生的各种故障进行短时间评价的加速性实验方法。接下来需要先确定半导
体所发生的各种故障的主要加速原因是什么后才能进行实验。例如，对于树脂封装件来讲，湿度（水分）是造成硅芯片上金属线路受到腐蚀（图1）的主要原因之一，而温度可以加快水分浸入封装件内的速度，所以高温、高湿下的实验才有效果。与此同时，在电压也是故障主因的场合，有必要进行高温、高湿下的通电实验。 如上所述，对于封装件相关的各种故障，通过对机理的解析，找出加速实验的主要因子，设定合适的可靠性实验条件，这些就是可靠性评价的基础。 针对封装件构造的可靠性试验 正如开头所述，为实现封装件的高功能、高密度化，封装件的外观形状的主流是QFP（Quad Flat Package，四面扁平封装）和BGA
无锡工艺职业技术学院电子信息工程系 毕业设计论文 半导体器件封装的可靠性研究 专业名称应用电子技术 学生姓名 学号 指导教师鲍小谷 毕业设计时间2010年2月20日~6月12日
半导体器件是经过衬底制备、外延、氧化、光刻、掺杂、封装等工序做出来的。但要保证做出的产品在正式生产后可以让顾客使用，且安全可靠、经久耐用，就必须在研究发展期间就将可靠度设计于产品质量中，因此试验的工作是不可少的。 试验是评估系统可靠度的一种方法，就是将成品或组件仿真实际使用环境或过应力的情况下予以试验，利用过程中失效之左证数据来评估可靠度。当然佐证资料越多，对所估计的可靠度信心也越大，可是人们又不希望采用大量样本来进行试验。若不做试验或做某种程度的试验，就根本不知道产品可靠的程度。 本文主要介绍了可靠性试验在半导体器件封装中是怎样使用的，从而来突出可靠性试验在封装中起着很重要的作用。 关键词：半导体器件；封装类型；可靠性；试验 Abstract Semiconductor substrate after the preparation, epitaxy, oxidation, lithography, doping, packaging and other processes done. However, to ensure that products made after the official production for customers to use, and safe, reliable, and durable, it is necessary to research and development in reliability during the design will be in product quality, and therefore the work of test is indispensable. Trial is to assess the system reliability of the method is that simulation will be finished products or components of the actual use of the environment or the circumstances have to be stress test, using the process of failure data to assess the reliability of proof. Of course, the more supporting information, the reliability of the estimate the greater the confidence, but people do not want to adopt a large number of samples tested. Do not test or do some degree of testing, simply do not know the extent of product reliability. This paper introduces the reliability test in semiconductor devices is how to use the package, and thus to highlight the reliability test in the package plays a very important role. Key words: Semiconductor devices; Package type; Reliability; Trial
电子产品可靠性试验 第一章 可靠性试验概述 1 电子产品可靠性试验的目的 可靠性试验是对产品进行可靠性调查、分析和评价的一种手段。试验结果为故障分析、研究采取的纠正措施、判断产品是否达到指标要求提供依据。具体目的有： (1) 发现产品的设计、元器件、零部件、原材料和工艺等方面的各种缺陷； (2) 为改善产品的完好性、提高任务成功性、减少维修人力费用和保障费用提供信息； (3) 确认是否符合可靠性定量要求。 为实现上述目的，根据情况可进行实验室试验或现场试验。 实验室试验是通过一定方式的模拟试验，试验剖面要尽量符合使用的环境剖面，但不受场地的制约，可在产品研制、开发、生产、使用的各个阶段进行。具有环境应力的典型性、数据测量的准确性、记录的完整性等特点。通过试验可以不断地加深对产品可靠性的认识，并可为改进产品可靠性提供依据和验证。 现场试验是产品在使用现场的试验，试验剖面真实但不受控，因而不具有典型性。因此，必须记录分析现场的环境条件、测量、故障、维修等因素的影响，即便如此，要从现场试验中获得及时的可靠性评价信息仍然困难，除非用若干台设备置于现场使用直至用坏，忠实记录故障信息后才有可能确切地评价其可靠性。当系统规模庞大、在实验室难以进行试验时，则样机及小批产品的现场可靠性试验有重要意义。 2 可靠性试验的分类 2.1 电子装备寿命期的失效分布 目前我们认为电子装备寿命期的典型失效分布符合“浴盆曲线”，可以划分为三段：早期失效段、恒定（随机或偶然）失效段、耗损失效段。可参阅图1.2.1。 早期失效段，也称早期故障阶段。早期失效出现在产品寿命的较早时期，产品装配完成即进入早期失效期，其特点是故障率较高，且随工作时间的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产生，例如原材料缺陷引起绝缘不良，焊接缺陷引起虚焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通过加强原材料和元器件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施加以暴露和排除。 恒定失效段，也称偶然失效段，其故障由装备内部元器件、零部件的随机性失效引起，其特点是故障率低，比较稳定，因此是装备主要工作时段。 耗损失效段，其特点是故障率迅速上升，导致维修费用剧增，因而报废。其故障原因主要是结构件、元器 件的磨损、疲劳、老化、损耗等引起。 2.2 试验类型及其分布曲线的变化 针对电子装备寿命期失效分布的三个阶段，人们在设计制造和使用装备时便有针对地采取措施，以提高可靠性和降低寿命周期的费用。在设计制造阶段，要尽量减少设计缺陷和制造缺陷，即便如此仍然会存在早期失效和随机失效。为此，承制方需要运用工程试验的手段来暴露和消除早期失效，降低随机失效的固有水平。通过这些措施，可以改变产品的寿命分布曲线的形状，可参阅图1.2.2。在耗损阶段，用户可通过维修和局部更新的手段延长装备的使用寿命。 图 1.2.2 示意了两组产品寿命失效率分布曲线，图中表明产品B 的可靠性水平比产品A 的优良，因为B 的恒定失效率比A 的低，B 的早期失效段比A 的短。如果曲线A 和B 是同一种产品的不同阶段的失效率分布，则表明该产品经过了可靠性增长试验，取得成效，因此曲线B 的恒定失效率大为 失效率 早期 耗损 失效 偶然失效段 失效 时间 图1.2.1 电子装备寿命期失效分布的浴盆曲线示意
半导体封装件的可靠性评价方法 Lunasus 科技公司，佐土原宽 Lunasus 科技公司细川丰 本章将依据半导体封装件可靠性评价的基本考虑方法，以故障机理为基础的实验条件介绍，并根据韦布图来解说可靠性试验下的（产品）寿命推导方法。 封装件开发及材料变化过程中的可靠性评价方法 为实现半导体封装件功能和电气特性的提高，在推动多引脚化的同时，也要发展高密度封装化下的小型、薄型化。最近，搭载多个芯片的SiP（System in Package，系统级封装）和芯片尺寸（与封装尺寸）非常相近的CSP（Chip Size Package，芯片级封装）已开始量产，封装件的构造多种多样。另外，为达成封装件低成本化和环保的要求，采用规格更高的封装件材料的开发正在活跃起来。但封装件构造的复杂化和新型材料的使用不能对制造品质和可靠性造成影响。这里将对新型封装件的开发和材料改变下的可靠性评价方法进行解说。 最近的半导体封装件多数属于树脂灌封型，对半导体单体的可靠性评价包括，高温保存（或动作）实验，耐湿性实验以及温度循环实验。另外，对于有可能要进行表面装配的高密度封装器型，需考虑焊接装配过程中的热应力情况，因此焊锡耐热性实验也是不可缺少的。这些可靠性试验，是对半导体封装件在实际使用过程中所预想发生的各种故障进行短时间评价的加速性实验方法。接下来需要先确定半导
体所发生的各种故障的主要加速原因是什么后才能进行实验。例如，对于树脂封装件来讲，湿度（水分）是造成硅芯片上金属线路受到腐蚀（图1）的主要原因之一，而温度可以加快水分浸入封装件内的速度，所以高温、高湿下的实验才有效果。与此同时，在电压也是故障主因的场合，有必要进行高温、高湿下的通电实验。 如上所述，对于封装件相关的各种故障，通过对机理的解析，找出加速实验的主要因子，设定合适的可靠性实验条件，这些就是可靠性评价的基础。 针对封装件构造的可靠性试验 正如开头所述，为实现封装件的高功能、高密度化，封装件的外观形状的主流是QFP（Quad Flat Package，四面扁平封装）和BGA（Ball
基本概念 可靠性 可靠性三要素 随机变量 随机变量的分布函数 随机变量的概率密度函数 上侧分位数 可靠度函数 失效分布函数（累积失效概率） 失效密度函数 失效率函数 可靠度，失效分布，失效密度，失效率之间相互关系 失效率单位 产品失效期分类 平均寿命 MTBF MTTF 可靠寿命 指数分布的参数及其含义 寿命服从指数分布的产品的“永远年轻”特性 威布尔分布的三个参数及其含义 正态分布的两个参数及其含义 总体（母体） 样品 子样（样本） 统计量 参数估计 点估计 区间估计 置信区间 置信度 显著性水平 极大似然估计 五种寿命试验—（n,无,数）（n,无,时）（n,有,数）（n,有,时）（n,无,数）（n,部分有,时） 置信度与区间宽度，失效数与区间宽度 最佳线性无偏估计中的最佳，线性，无偏的含义 估计量的优良性准则，其含义 加速寿命试验 加速系数 加速应力水平选取
试验样品选取 测试周期 抽样检查 批 批量的选取与质量稳定性 计数抽样，计量抽样 接收概率曲线（抽样特性曲线） 第一类误判，及其概率 第二类误判，及其概率 理想抽样特性曲线 抽样参数对抽样特性曲线的影响 二次计数抽样检验程序（图） 计数序贯抽样程序（检验图） 统计假设检验步骤 皮尔逊检验 可靠性试验种类 失效率等级 维持试验与定级试验的区别 失效率、置信度、允许失效数和总试验时间的关系平均寿命抽样检验抽样特性曲线 可靠性增长试验 杜安可靠性增长模型 累计的MTBF 当前的MTBF MTBF移动平均值方法（表中各项的含义） 各种可靠性基础试验的目的 可靠性物理 阳极氧化的应用 Al线电化学腐蚀 Ag的迁移机理及其预防措施 界限模型与耐久模型的区别 艾林模型加速系数 累积损伤模型 失效模式 失效机理 失效分析 失效分析流程 失效分析原则
项目编号：______________________________ XXXXXXXXXXX项目名称 设计招标文件 招标人（盖章）：___________________________________ 法定代表人或其委托代人：___________________________ 招标代理人（盖章）：_______________________________ 法定代表人或其委托代理人：________________________
2011年8月试行 编制说明 一、为了规建筑工程设计招标投标活动，维护招标投标当事人的合法权益，根据《中华 人民国建筑法》、《中华人民国招标投标法》、《工程建设项目勘察设计招标投标办法》、《建筑工程设计招标投标管理办法》、《建筑方案招标投标管理办法》以及市人民政府《关于加强建设工程招标投标管理的若干规定》（深府[2008]86号）等有关规定，结合我市建筑工程设计招标投标活动的实际，编制了《市建筑工程设计招标文件示文本》（以下简称，示文本）。本示文本自2010年9月起发布试行。 二、本示文本的主要编写依据： 1、《中华人民国建筑法》（主席令第91号）； 2、《中华人民国招标投标法》（主席令第21号）； 3、《工程建设项目勘察设计招标投标办法》（8部委令第2号）； 4、《建筑工程设计招标投标管理办法》（建设部令第82号）； 5、《建筑工程方案设计招标投标管理办法》（建市[2008]63号）； 6、《关于加强建设工程招标投标管理的若干规定（试行）》（深府[2008]86号）； 7、其他相关法律、法规、规章和规性文件。 三、本示文本中的所有空格招标人必须按实填写，无容或不采用者应用斜画线表示。 四、按照本示文本编写的招标文件，其解释权属于招标人。如果招标人对示文本的容有异议，可向建设行政主管部门申请解释。 五、本示文本试行版仅供参考。由于水平和时间有限，难免存在不妥之处，请各编制单位和使用单位在试行过程中，将意见、建议以及遇到的问题，及时向市建设工程交易服务中心书面反映，以便在修订中改正和完善，在此预致谢忱。
塑料封装可靠性问题浅析 1、引言 塑料封装器件很容易由于多种原因而导致早期失效。这些缺陷产生的根源很多, 他们能够导致在塑封体各个部位产生一系列的失效模式和失效机理。缺陷的产生主要是由于原材料的不匹配、设计存在缺陷或者不完善的制造工艺。塑料封装器件同样也存在着非缺陷机理性失效, 比如PEM在空气中吸潮, 所吸收的潮气将会导致很多的问题出现, 包含在这一类失效中的就是所谓的磨损型失效机理。这些类型的失效在后面将会进行详细的论述。同时也将讨论避免产生缺陷的各种方法以及生产过程的优化和完善的设计。这些都是为了保证最后成品的质量和可靠性。 2、塑料封装器件的缺陷及其预防 有些缺陷很自然地归类于热机性能造成的, 而其他的缺陷通常和一些特殊的制成有关系, 比如芯片的制造、芯片的粘接、塑封、芯片的钝化、引线框架芯片基板的制造、焊丝或者后道成品包装。这些都将在下面的讨论中看到, 同时其中的某些缺陷在分类上还是相互交叉的。 2.1、热机缺陷 某些缺陷能够导致失效, 而这些缺陷都与热以及微观物质的移动有密切关系, 产生的主要原因就是环氧塑封料和不同接触界面材料的线膨胀系数不一致比如说, 当EMC固化时, 热收缩应力也随之产生这些应力将会导致巨大的拉伸和剪切应力, 作用于直接接触的芯片表面特别是在邑片的角部, 应力将会成几何级数增长, 很容易导致芯片薄膜钝化层或者芯片焊接材料以及, 芯片本身的破裂。这些应力同样也容易导致EMC和芯片/芯片基板/引线框架之间出现分层断裂以及分层将会导致电路断开、短路以及间歇性断路问题出现。同样它们也为潮气和污染源更容易进人塑封体内部提供了通路。 这些类型的缺陷可以通过以下措施来避免：在选择塑封料、引线框架、芯片焊接剂以及芯片钝化层的原材料时, 所有材料的线膨胀系数必须尽可能地相互匹配；芯片上部和下部塑封料的厚度应该尽可能地接近；尽量避免在设计和排版过程中出现边缘尖端以及尖角, 这样可以防止出现应力集中, 从而避免断裂的出现；最后, 提倡使用低应力塑封料以及低应力芯片焊接剂, 可以最大限度防止在封装的过程中出现多余应力。 2.2、芯片缺陷 芯片缺陷通常都是和半导体圆片制造以及塑料封装器件特有的缺陷（比如在应力作用下所产生的金属化分层以及钝化层破裂现象）有关系的。这里不再详细描述所有缺陷, 仅限于讨论对塑封体结构关系非常密切的缺陷以及塑封体独有的缺陷。 2.3、芯片粘接缺陷
电子设备可靠性工程报告 班级：05091101班 学号：05091010号 姓名：杨永旺 摘要：本学期选修了电子设备可靠性工程，对这项科学有了更深的了解，进一步了解了本学科在工业生产和科学研究上的重要性。从学习的专业上进一步应用到今后的工作中。电子科学与技术专业中，我们要有更多的可靠性分析，对于研究和生产中，需要对研究的成果进行进一步的分析，得出可行性结论，才能在更好地生产，才能验证产品真正的性能。集成电路当中存在很多不确定因素，需要我们进行可行性分析，进行可靠性验证。随着电子工业的飞速发展,电子设备和系统的可靠性问题越来越重要。我国在可靠性研究方面虽起步较晚,但从发达国家的经验中,也从自己的教训中充分认识到可靠性研究工作的重要性,近年来开展了大量的基础工作,已经为电子产品的设计人员提供了进行可靠性设计的条件。作为电子科学与技术专业的学生我们有必要进一步升入了解电子机械的可靠性技术。 引言：可靠性的定义是系统或元器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。从集成电路的诞生开始，可靠性的研究测试就成为IC设计、制程研究开发和产品生产中的一个重要部分。Jack Kilby在1958年发明了集成电路，第一块商用单片集成电路在1961年诞生；1962年9月26日，第一届集成电路方面的专业国际会议在美国芝加哥召开。当时会议名称为“电子学失效物理年会”；1967年,会议名称改为“可靠性物理年会”；1974年又改为“国际可靠性物会议”(IRPS) 并延续至今。IRPS已经发展成集成电路行业的一个盛会，而可靠性也成为横跨学校研究所及半导体产业的重要研究领域。 在世界各国中，美国的可靠性工程发展居领先地位，特别是它的军用标准对各国的影响极大。同时随着我国科学技术的发展，可靠性工程在我国的发展也逐步加快，在国际上占有一席之地。我国集成电路也在进一步发展，但是在这一过程中可靠性的问题也进一步凸显，下面我们经进一步针对我国的电子电路可靠性的发展与应用进一步进行论述，从而从中发现些问题，为以后的工作提供给一些帮助！ 提高产品的可靠性有以下几方面的重要意义。 （1）提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全。1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者”号由于1个密封圈失效，起飞76s后爆炸，其中7名宇航员丧生，造成12亿美元的经济损失；1992年，我国发射“澳星”时，由于一个小小零件的故障，
电子封装中的可靠性问题 电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。 封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。 影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。确定影响因素和预防封装缺陷和失效的基本前提。影响因素可以通过试验或者模拟仿真的方法来确定，一般多采用物理模型法和数值参数法。对于更复杂的缺陷和失效机理，常常采用试差法确定关键的影响因素，但是这个方法需要较长的试验时间和设备修正，效率低、花费高。 在分析失效机理的过程中，采用鱼骨图（因果图）展示影响因素是行业通用的方法。鱼骨图可以说明复杂的原因及影响因素和封装缺陷之间的关系，也可以区分多种原因并将其分门别类。生产应用中，有一类鱼骨图被称为6Ms：从机器、方法、材料、量度、人力和自然力等六个维度分析影响因素。 这一张图所示的是展示塑封芯片分层原因的鱼骨图，从设计、工艺、环境和材料四个方面进行了分析。通过鱼骨图，清晰地展现了所有的影响因素，为失效分析奠定了良好基础。 引发失效的负载类型
如上一节所述，封装的负载类型可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载。 失效机理的分类 机械载荷：包括物理冲击、振动、填充颗粒在硅芯片上施加的应力（如收缩应力）和惯性力（如宇宙飞船的巨大加速度）等。材料对这些载荷的响应可能表现为弹性形变、塑性形变、翘曲、脆性或柔性断裂、界面分层、疲劳裂缝产生和扩展、蠕变以及蠕变开裂等等。 热载荷：包括芯片黏结剂固化时的高温、引线键合前的预加热、成型工艺、后固化、邻近元器件的再加工、浸焊、气相焊接和回流焊接等等。外部热载荷会使材料因热膨胀而发生尺寸变化，同时也会改变蠕变速率等物理属性。如发生热膨胀系数失配（CTE失配）进而引发局部应力，并最终导致封装结构失效。过大的热载荷甚至可能会导致器件内易燃材料发生燃烧。 电载荷：包括突然的电冲击、电压不稳或电流传输时突然的振荡（如接地不良）而引起的电流波动、静电放电、过电应力等。这些外部电载荷可能导致介质击穿、电压表面击穿、电能的热损耗或电迁移。也可能增加电解腐蚀、树枝状结晶生长，引起漏电流、热致退化等。 化学载荷：包括化学使用环境导致的腐蚀、氧化和离子表面枝晶生长。由于湿气能通过塑封料渗透，因此在潮湿环境下湿气是影响塑封器件的主要问题。被塑封料吸收的湿气能将塑封料中的催化剂残留萃取出来，形成副产物进入芯片粘接的金属底座、半导体材料和各种界面，诱发导致器件性能退化甚至失效。例如，组装后残留在器件上的助焊剂会通过塑封料迁移到芯片表面。在高频电路中，介质属性的细微变化（如吸潮后的介电常数、耗散因子等的变化）都非常关键。在高电压转换器等器件中，封装体击穿电压的变化非常关键。此外，一些环氧聚酰胺和聚氨酯如若长期暴露在高温高湿环境中也会引起降解（有时也称为“逆转”）。通常采用加速试验来鉴定塑封料是否易发生该种失效。 需要注意的是，当施加不同类型载荷的时候，各种失效机理可能同时在塑封器件上产生交互作用。例如，热载荷会使封装体结构内相邻材料间发生热膨胀系数失配，从而引起机械失效。其他的交互作用，包括应力辅助腐蚀、应力腐蚀裂纹、场致金属迁移、钝化层和电解质层裂缝、湿热导致的封装体开裂以及温度导致的化学反应加速等等。在这些情况下，失效机理的综合影响并不一定等于个体影响的总和。
9.6 电子元器件电路布局的可靠性设计 9.6.1 电子线路的可靠性设计原则 采用各种电子元器件进行系统或整机线路设计时，设计师不仅必须考虑如何实现规定的功能，而且应该考虑采用何种设计方案才能充分发挥元器件固有可靠性的潜力，提高系统或整机的可靠性水平。这就是通常所说的可靠性设计。 电子线路的可靠性设计是一个内容相当广泛而具体的问题，采用不同类型的器件或者要实现不同的电路功能，都会有不同的可靠性设计考虑。这里首先给出电子线路可靠性设计的一些基本原则，在8.6.2节再给出几种具体电路的设计规则。 1. 简化设计 由于可靠性是电路复杂性的函数，降低电路的复杂性可以相应的提高电路的可靠性，所以，在实现规定功能的前提下，应尽量使电路结构简单，最大限度的减少所用元器件的类型和品种，提高元器件的复用率。这是提高电路可靠性的一种简单而实用的方法。 简化设计的具体方案可以根据实际情况来定，一般使用的方法有： (1)多个通道共用一个电路或器件。 (2)在保证实现规定功能指标的前提下，多采用集成电路，少采用分立器件，多采用规模较大的集成电路，少采用规模较小的集成电路。集成度的提高可以减少元器件之间的连线、接点以及封装的数目，而这些连接点的可靠性常常是造成电路失效的主要原因。 (3)在逻辑电路的设计中，简化设计的重点应该放在减少逻辑器件的数目，其次才是减少门或输入端的数目。因为一般而言，与减少电路的复杂度相比较，提高电路的集成度对于提高系统可靠性的效果更为明显。 (4)多采用标准化、系列化的元器件，少采用特殊的或未经定型和考验的元器件。 (5)能用软件完成的功能，不要用硬件实现。 (6)能用数字电路实现的功能，不要用模拟电路完成，因为数字电路的可靠性和标准化程度相对较高。但是，有时模拟电路的功能用数字电路实现会导致器件数目的明显增加，这时就要根据具体情况统筹考虑，力求选用最佳方案。 在简化设计时应注意三点：：一是减少元器件不会导致其它元器件承受应力的增加，或者对其它元器件的性能要求更加苛刻；二是在用一种元器件完成多种功能时，要确认该种器件在性能指标和可靠性方面是否能够同时满足几个方面的要求；三是为满足系统安全性、稳定性、可测性、可维修性或降额和冗余设计等的要求所增加的电路或元器件不能省略。 2. 低功耗设计 电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性随之降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。这可以从两方面着手，一是尽量采用低功耗器件，如在满足工作速度的情况下，尽量采用CMOS电路。而不用TTL电路；二是在完成规定功能的前提下，尽量简化逻辑电路，并更多的让软件来完成硬件的功能，以减少整机硬件的数量。
电子产品可靠性设计总结V1.1.0 一、 印制板 ㈠，数据指标 1，印制板最佳形状是矩形（长宽比为3:2或4:3），板面大于200*150mm时应考虑印制板所承受的机械强度。 2，位于边沿附近的元器件及走线，离印制板边沿至少2mm，以防止打耐压不过。 3，焊盘尺寸以金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘的内孔直径。例如，电阻的金属引脚直径为 0.5mm，则焊盘孔直径为 0.7mm，而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm，最小应该为焊盘孔径加1.0mm。 4，常用的焊盘尺寸 焊盘孔直径/mm 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 焊盘外径/mm 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4 5，元器件之间的间距要合适，以防止焊接时互相遮挡，导致无法焊接。 6，走线和元器件与边界孔、固定孔之间的距离要足够的大，以防止无法添加平垫和螺丝，也可防止可耐压时不能通过。 7，PCB板的尺寸要与相关的壳子相匹配，固定孔之间的位置也要与要关的壳体固定位置相适合。 8，尽量用贴片元件，尺可能缩短元件的引脚长度。（地线干扰） ㈡，设计方法 1，保证PCB板很好的接地。（信号辐射） 2，屏蔽板尽量靠近受保护物体，而且屏蔽板的接地必须良好。（电场屏蔽） 3，易受干扰的元器件不能离得太近。（元件布局） ㈢，注意事项 1，以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。 2，使用敷铜也可以达到抗干扰的目的，而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。填充为网格状，以散热。 3，包地。对重要的信号线进行包地处理，可以显著提高该信号的抗干扰能力，当然还可以对干扰源进行包地处理，使其不能干扰其它信号。 4，严格确保元器件的焊盘大小足以插入元器件。各个元件间的距离不能太近导致元器件无法放下或无法焊接。 5，尽量少用过孔。 6，画完印制板图后，看看每个元器件的标号的方向正否统一。 7，元器件的标号不能画在其它元器件的焊盘内，也不能被其它原器件挡住。 8、接口应有文字说明其接口功能定义。 9、安装孔周围应不能走线，防止螺丝与信号线短接。 二、 PCB走线 ㈠，数据指标
电动汽车模块封装工艺与可靠性综述 IGBT模块可靠性方面的瓶颈问题：芯片本身，电连接部分，这里包括芯片正面，芯片背面，DBC与基板的连接，功率电极与DBC，驱动电极与DBC的连接，功率模块本身的材料体系。 第一部分芯片本身 芯片正面的Al层重建现象Al metallization reconstruction，就是功率循环中，Al层变得粗糙，这样键合处的接触电阻变大，从而导致失效，富士电机的模块再芯片表面Al层淀积一层Ni[1]，Ni层由于具有较高的机械强度，这样能够缓解功率循环种的热机应力，可靠性大大提高，同样的道理可以在芯片表面淀积强度更高的金属层。在文献[2]中提出了用一种压缩的钝化层来抑制Al层重建增长的办法，图3中左图表示的是部分移除钝化层的试验效果，从图上可以看出，钝化层确实起到了抑制晶粒生长的效果。图3右图是近距离的观察芯片表面情况，在功率循环后，没有出现Al reconstruction现象，但是可以看出晶粒边缘由于气穴效应被消耗，这种现象同样出现在没有钝化层的芯片表面。 图 1 左图是功率循环前，有图是功率循环后 图 2 芯片淀积Ni的可靠性对比
图 3 使用钝化层的效果 模块的芯片键合线的常见的失效现象是键合线的lift-off和heel crack现象，如图4-5，铜线键合能够解决这个问题，但这样就要求芯片表面金属为铜层，在英飞凌.XT封装的模块中采用这样的方案[3]。基本工艺流程如图7。 图 4 liftoff现象图 5 heel crack现象 图 6 芯片表面的Cu淀积铜层
图7 工艺流程 Cu层的厚度一般是几um到20-30um，Cu层越薄，其翘曲越小，另外阻挡层的改善能够减少翘曲，图8。可靠性方面主要阻挡层的缺陷是关键，若阻挡层有缺陷，则会生成CuSn等 图8 翘曲与Cu厚和阻挡层关系图9 阻挡层的失效 第二部分芯片正面的电连接 前面提到了liftoff和heel crack现象，如图4-5，Cu制程工艺难度大，贺利氏开发一种Al 包Cu线[4]，图10，这样既可以利用Cu线优良的导电和机械性能，又能兼容现有的工艺，另外Al带键合也是一种解决办法，潜在的铜带键合，图11，铝铜带键合技术都有较大的潜力。 [5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][5][4][4][4]
可靠性理论的发展史 摘要：从可靠性的诞生开始，阐述了可靠性在各个时代的理论和应用上的状态；介绍了可靠性的基本内容、发展过程、研究现状和方法的各自特点；并提出了未来系统可靠性发展可能存在的问题。 关键字：可靠性发展历史 Abstract: This essay introduces the states of theories and applications of reliability in each development periods from its birth; and introduces the basics, development, current situation and approaches of reliability study; and makes a discussion about the problems which might be faced in the future study. Keywords: Reliability, Development, History 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性又可分为两种：一种是固有可靠性，是指产品在设计、制造过程中，产品对象已经赋予的固有属性，这部分的可靠性是在产品在设计开发时可以控制的；一种是使用可靠性，是指产品在实际使用过程中表现出来的可靠性，除了固有可选性的影响因素外，还需要考虑产品安装、操作使用、维修保障等各方面因素的影响。 可靠性和质量不可分离，其前身是伴随着兵器的发展而诞生和发展。在公元前26世纪的冷兵器时期，到1703年英法两国完全取消长矛为止，前后经历了4000年发展成长的漫长过程中，人类已经对当时所制作的石兵器进行了简单检验。在殷商时代已有的文字记载中，就有关于生产状况和产品质量的监督和检验，对质量和可靠性方面已有了朴素的认识。热兵器的成熟期在国际上二战时期德国使用火箭和美国使用原子弹为标志。当时，德国发射的火箭不可靠及美国的航空无线电设备不能正常工作。德国使用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭没有起飞就爆炸，还有的火箭没有到达目的地就坠落；美国当时的航空无线电设备有60%不能正常工作，其电子设备在规定的使用期限内仅有30%的时间能有效工作。二战期间，因可靠性引起的飞机损失惨重，损失飞机2100架，是被击落飞机的1.5倍。 其实，与可靠性有关的数学基础理论很早就发展起来了。可靠性最主要的理论基础概率论早在17 世纪初就逐步确立；另一主要基础理论数理统计学在20世纪30 年代初期也得到了迅速发展；作为与工程实践的结合,除了三、四十年代提出的机械维修概率、长途电话强度的概率分布、更新理论、试件疲劳与极限理论的关系外，1939 年瑞典人威布
车载电子设备可靠性测试标准及项目汇总 一、综述 汽车的控制系统是以高端电子设备为基础，因此电子控制设备的可靠性对整车的可靠性起主导作用。一般来说，使用环境会影响到电子设备和单元的耐久性以及操作性能。因此，汽车电子元器件的环境可靠性问题成为汽车可靠性的核心问题之一。 目前汽车电子产品主要分以下三类：（a）、电子元器件。包括GPS、音箱、汽车DVD、倒车雷达、控制器、运算放大器、切换式电源供应器、各类微处理器、计算机等。（b）、继电器及电机马达。包括各类继电器、雨刮器电机、电动天线、空调电机、暖风电机、电动坐椅、前后视镜电机、中央控制门锁、交流发电机、清洗泵电机等。（c）、各类传感器。其中传感器和继电器的发展最为活跃。它是汽车上应用最多的两类汽车电子设备。 二、电子设备可靠性测试标准 1、ISO 国际标准化组织中，ISO/TC22/SC3 负责汽车电气和电子技术领域的标准化工作。汽车电子产品的应用环境包括电磁环境、电气环境、气候环境、机械环境、化学环境等。目前ISO 制订的汽车电子标准环境条件和试验标准主要包含如下方面： ISO16750-1：道路车辆-电子电气产品的环境条件和试验：总则 ISO16750-2：道路车辆-电子电气产品的环境条件和试验：供电环境 ISO16750-3：道路车辆-电子电气产品的环境条件和试验：机械环境 ISO16750-4：道路车辆-电子电气产品的环境条件和试验：气候环境 ISO16750-5：道路车辆-电子电气产品的环境条件和试验：化学环境 ISO20653 汽车电子设备防护外物、水、接触的等级 ISO21848 道路车辆-供电电压42V 的电气和电子装备电源环境 国内目前汽车电子产品的环境试验标准主要还是按照产品的技术条件来规定。全国汽车标准化技术委员会（SAC/TC114）正在参照ISO 标准制订相应的国家和行业标准。 ISO 的标准在欧美车系的车厂中得到了广泛采用，而日系车厂的要求相对ISO 标准来说偏离较大。为了确保达到标准的限值，各汽车车厂的内控的环境条件标准一般比ISO 的要求要苛刻。 2、AEC 系列标准
电子封装可靠性课程教学改革探索与实践 作者：卢向军张勇 来源：《教育教学论坛》2020年第36期 [摘要] 结合电子封装技术的专业内涵，对电子封装可靠性课程进行定位探讨，确定其教学培养目标，完善教学大纲。针对学校亲产业和服务地方的定位，优化了可靠性相关的课程内容，构建了多层次的电子封装可靠性课程实践，探索以研促教、以教带研、教研育人，以有效提高教学的实际效果。 [关键词] 电子封装;可靠性;集成电路;教学改革 [作者简介] 卢向军（1982—），男，湖南临武人，工学博士，厦门理工学院材料科学与工程学院副教授，硕士生导师，主要从事电子产品可靠性研究;张勇（1974—），男，湖北天门人，工学博士，厦门理工学院材料科学与工程学院副院长，副教授，硕士生导师，主要从事纳米材料研究。 [中图分类号] G642.1 ; ;[文献标识码] A ; ;[文章编号] 1674-9324（2020）36-0181-02 ; ;[收稿日期] 2020-05-11 目前国内高校培养全方位适应电子封装制造人才的专业起步不久，我国每年对电子封装技术专业本科层次的人才需求存在巨大缺口。目前国内有华中科技大学、江苏科技大学、厦门理工学院等11所高等院校开设电子封装技术专业。厦门理工学院2010年依托材料成型及控制专业招收电子封装技术方向本科生，2011年正式获教育部批准招生，专业挂靠材料科学与工程学院[1]。 作为电子信息类特设专业，如何基于学校的办学定位，服务于国家和地方产业发展，对电子封装技术专业课程体系建设和特色课程的教学内容选取提出了更高要求[2]。笔者根据五年来的教学实践活动和毕业生的走访反馈，结合在厦门理工学院电子封装技术专业的课程教学工作，以电子封装可靠性这一专业主干课程为例，就如何开展电子封装技术专业的课程教学进行探讨。 一、电子封装可靠性课程教学现状分析 电子封装技术以裸芯片为对象，采用引线键合技术、塑料封装或陶瓷封装技术对其电气连接和机械保护，实现电子元器件的生产和制造。目前各开设院校根据自身学科建设需要将电子封装技术专业归为不同的学科大类，部分将其纳入材料加工类学科，有些将其纳入机电工程学科[3]。但开设电子封装技术专业的高等院校均将电子封装可靠性列为专业必修课，课程任务
5．1．2 可靠性的主要指标 5．1．1节提到可以用产品平均正常工作时间的长短来表示产品可靠性的大小，除此之外，还有其他一些方法来表示产品的可靠性的大小。表达可靠性的主要数量指标通常 有可靠度、故陈率、平均寿命、失效率和平均修复时间。 1．可冕废[正常工作的概率3 产品的可靠度是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的概率，用 只(‘)表示。图5—1是在时间轴上表示各个时刻点上产品的工作情况。希迪电子 受试验的产品的起始数为N，即在T＝o时刻，有N个产品能正常工作，在o到‘时 间内发生故障的产品数为M，到了＝：时刻还朗正常工作的产品数为N—n，这个数与受试 验产品起始数N之比，即为‘时刻产品工作的概率，也就是产品在‘时刻的可靠度只(c)， 用公式表示即为 由于R(t)是一个概率,所以 在试验开始时，R(t)＝1，产品全部完好。随着试验期的延长，R(t)＜1。即出现了失 效产品。试验一直延续下去，直到产品全部达到了寿命终止期，因此，R(t)越 接近于1，表示可靠度越大，该产品的可靠性也越大。 式中N要足够大。否则会得出不正确的结论，的含义是产品超过了规定的时间，即超过了使用寿命。 2．故潭串 故障率用F(t)表示，表示产品在t时刻发生故障的概率，显然F(t)与R(t)是对立事 件，g此二者的关系应为 3．平均寿命
产品的平均寿命指一批产品的寿命的平均值，用表示。这里有两种情况，一种是不可修复的产品，即发生故障后不能修理或一次性使用的产品，如海底电缆、人造卫星上的产品‘另一种是可修复的产品，即发生故障后经修理，仍能继续使用，如电视机、手机等电子产品，它们都是居于这一种。这两种产品的平均寿命的含义不一样。 (1)对不可修复的产品。如图5—3所示为一批不可修复的产品的工作寿命示意图。 设一批不可修复的产品总数为N，钽电容其中第i个产品工作到‘‘时刻发生故障，这个产品的寿 命为Ti，这一批产品各自的寿命分别为t1,t2，…Ti，…，Tn，这一批产品的平均寿命为，根据平均寿命的定义可知 显然它是指发生故障前正常工作时间的平均值，记作MTTF(Mean Time To Failure)。 显然，式[5—7)表示的是一批可修复的产品两次相邻故障问的平均正常工作时间，称 为可修复产品的平均寿命，记作MTBF(Mean Time Btween Failure)。 4．失效率