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1、电子产品质量分析与可靠性技术 摘要摘要 随着时代的发展，电子产品技术不断发展与创新。在产品设计、产品制造中，就要对产品 质量进行分析，可靠性进行验证。本文主要论述半导体芯片，在封装测试期间的质量分析与 可靠性验证。 首先， 我们要对电子产品质量分析有基本概念、 可靠性参数与模型、 失效模式， 影响及危害性分析。其次芯片要验证什么、如何验证、哪里去验证，整理好思路，按照国际 标准进行分析验证。 1.电子电子产品产品质量分析基本概念质量分析基本概念 质量就是产品性能的测量， 一个产品是否合乎 SPEC 的要求， 是否符合各项性能指标的问 题；产品可靠性则是对产品耐久力的测量， 产品生命周期有多长，
2、简单说，它能用多久的 问题。所以说质量解决的是现阶段的问题，可靠性解决的是一段时间以后的问题。 2.2. 可靠性参数与模型可靠性参数与模型 .产品的寿命特性 失效率 寿命时间 . 可靠性参数与模式可分为以下五点：(1).可靠性概念与指标；(2).可靠性的重要性 (3).可靠性、维修性指标的论证和确定；(4).客户要求的可靠性指标分解；(5).可靠性 模型的分析和建立； （1）产品的可靠性定义 产品性能就是在规定的条件下，在规定的时间内、产品完成规定功能的能力。 .产品可靠性定义包括下列四要素： 规定的时间， 规定的环境和使用条件规定的任务和功能， 具体的可靠性指标。 对于一个具体的产品，应按上
3、述各点分别给予具体的明确的定义。 早期失效期 使用寿命期 损耗失效期 可靠性规定条件气候环境（温度、 湿度、气压、盐 雾等）机械环境（振动、 冲击、离心、碰 撞等）电应力环 境（电压、 电流、电场等）电磁环境（磁场、 电磁波辐射等）规定时间广义（小 时、公里、次 数字符数等）规定功能产品功能及其性能指标能力时间是广义的：小时、公里、次数、字符数 .可靠性的特征量 可靠度可靠度 定义：是指产品在规定的条件下，在规定的时间内、产品完成规定功能的概率。它是 时间的函数，记作 R（t）,也称为可靠度函数。 当 t=0 时， R（0）=1；当 t=时， R（）= 0 可靠度：产品在规定的条件下，在规定的
4、时间区间（t1, t2）内,完成规定功能的概率。记 作 R（t1, t2） ，特别记： 可靠寿命：对特定的 R0 ，若 tR0 使 R(tr0)=R0,则称 tR0 为与可靠度 R0 相对应的可 靠寿命。 例 1： 某彩电工作一年的可靠度为 0.94， 即 R （1 年） =0.94;亦即该彩电可靠度为 0.94 时可靠寿命是 t0.94=1 年。 例 2：某通讯设备工作 3 年的可靠度为 0.90，即 R（3 年）=0.90 t0.9=3 年 不可靠度不可靠度 定义：是指产品在规定的条件下，在规定的时间内、产品不能完成规定功能的概 率。它也是时间的函数，记作 F(t),也称为累积 .失效概率
5、密度 f(t) 定义：失效概率密度是累积失效概率 F（t）对时间的变化率，它表示产品寿命落在包 含 t 的单位时间内的概率，即 t 时刻，产品在单位时间内失效的概率。 . .瞬时失效率 （t）, (简称失效率) 定义：是在 t 时刻，尚未失效的产品，在该时刻后的单位时间内发生失效的概率。 .失效率的单位 通常可以采用每小时百分之一或千小时的百分之一来作为产品失效率的单位， 但对具有高可 靠要求的产品来说， 就需要采用更小的单位来作为失效率的基准。 现在常采用菲特做基准单 位。菲特这一单位的数量概念是： （FIT）=1 /小时=1/ 千小时 实际上，这就表示了 10 亿个小时内只允许有一个产品失
6、效，亦即在每千小时内，只允许有 百万分之一的失效概率。 .失效率的等级 ( )()F tp Tt( )( )1R tF t( )( )( )dF tf tFtdt0()( )( )1( )( )( )lim tF ttF tdF ttR ttdtR t失效等级名称 失效等级符号 最大失效率 （1/h 或 1/10） GD/T1772-79 GB/T2469-96 亚五级 Y L 3*10-5 五级 W M 10-5 六级 L P 10-6 七级 Q R 10-7 八级 B S 10-8 九级 J - 10-9 十级 S - 10-10 失效率和可靠度的关系 可靠度与失效率的函数关系如下： MT
7、BFMTBF 和和 MTTFMTTF 对不可维修的产品的平均寿命是指从开始投入工作， 至产品失效的时间平均值。 也称平均 失效前时间，记以 MTTF，它是英文（Mean Time To Failure）的缩写。 .平均失效前时间-MTTF（Mean Time To Failure）的理解 .平均故障间隔时间-MTBF（Mean Time Between Failure）的理解 对可维修产品而言，其平均寿命是指两次故障间的时间平均值，称平均故障间隔时间，习 惯称平均无故障时间，用 MTBF 表示，它是英文 （Mean Time Between Failure）的缩写。 对于指数分布（大部分电子设
8、备适用） ： （t）=常数时 MTBF= 平均维修间隔时间- MTTR (Mean Time To Repair ) 对可维修产品还有平均维修时间。 它是设备处于故障状态时间的平均值， 或设备修复时间 的平均值。记作 MTTR，它是英文（Mean Time To Repair）的缩写。 维修性指标维修性指标 可维修产品的有效度 A，它表示设备处于完好状态的概率： 可靠性是什么？可靠性是什么？ 可靠性是质量的时间指标；以可靠性为中心的质量观。 可靠性模型的分析与建立可靠性模型的分析与建立 何为产品可靠性模型 为了对产品的可靠性进行定量分配和估算， 根据产品组成或完成规定任务时的功能关系 与拓扑结
9、构，建立的数学模型 可靠性模型包括可靠性框图和可靠性数学模型两项内容。 可靠性框图应与产品的工作原理图及功能框图相协调， 功能框图表示产品各单元之间的功 能关系，而原理图则表示产品各单元之间的物理关系。可靠性框图用来简明扼要、直观地描 0( )tx dxR te述产品为完成任务的各种组合（串并联框图） 。为了 编制可靠性框图，必须全面了解产品完 成任务的定义及使用的任务剖面，并给出一般的和专门的假设。 3 3失效模式、影响及危害性分析（失效模式、影响及危害性分析（FMEAFMEA） .FMECA 的概念及应用 失效模式、影响与危害分析（FMECA） ，或失效模式与效应分析（FMEA） ，是一种
10、可靠性分析 技术，在工程设计（可以是整 2 个的也可以是局部的）完成后供检查和分析图纸（就电子设 备来说，是对电路的设计图纸）用。 这种分析方法能对被研究对象具体指明单元可能发生的失效模式（例如，对电路来说，是 发生开路失效或短路失效，饱和阻塞，还是参数漂移等） 、产生的效应和后果，因而有助于 获得供改进可靠性用的具体工程方案。 FMECA 是在 FMEA 基础上扩展出来的， 它是 FMA（故障模式分析） 、 FEA（失效影响分析） 、 FCA （失效后果分析）三种方法的总称。它使定性分析的 FMEA 增加了定量分析的特点。 失效模式、效应与危害度分析又是维修性 设计特别是故障安全设计的基础，
11、也是 PLP（产品责任预防）分析的代表性方法 70 年代末期，美国发生的几起重大事故均与未周密地进行失效模式、效应与危害度分析有 关。 4.4.可靠性分析技术可靠性分析技术 （1 1）. .可靠性试验可靠性试验 试验名称试验名称 英文简称英文简称 常用测试条件常用测试条件 备注备注 温度循 环 TCT（T/C） 65150, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式， 此 温度设置为设备的极限温度 高压蒸 煮 PCT 121，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽， 英文 也称为 autoclave 热冲击 TST（T/S） 65150, dwel
12、l15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同， 但温度转换速率更快， 所以比 温度循环更严酷。 稳态湿 热 THT 85,85%RH., 168hrs 此试验有时是需要加偏置电 压 的，一般为 Vcb=0.70.8BVcbo, 此时试验为 THBT。 易焊性 solderability 235,20.5s 此试验为槽焊法，试验后为 1040 倍的显微镜下看管脚 的 上锡面积。 耐焊接 热 SHT 260,101s 模拟焊接过程对产品的影响。 电耐久 Burn in Vce=0.7Bvceo, Ic=P/Vce,168hrs 模拟产品的使用。 （条件主要 针 对三极管） 高温反HT
13、RB 125, Vcb=0.70.8BVcbo, 主要对产品的 PN 结进行考 核。 偏 168hrs 回流焊 IR reflow Peak temp.240 （225） 只针对 SMD 产品进行考 核，且 最多只能做三次。 高温贮 存 HTSL 150,168hrs 产品的高温寿命考核。 超声波 检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN 检测产品的内部离层、气泡、 裂缝。但产品表面一定要平 整。 (2)(2)可靠性试验条件和判断可靠性试验条件和判断 实验流程实验流程 1 1 VISUAL F/T SAT T/C BAKE T/H REFLOW CLEAN AND RINSE IN D
14、I WATER SAT 2T/S 3.T/C 4.PCT 5.THT 6.HTSL QFP 做 precondition，DIP 不做precondition precondition T/C N/A，L3 sample size：184 Ac:Re=(5,6) T/C: 65/150,15min,200/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1) PCT: 121/100%rh,15Psig,168hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1) HTSL: 150 ,168/500/1000hrs sample size:45 Ac:Re=(0,
15、1) SOLDER DUNK: 245 5SEC sample size: 15 Ac:Re=(0,1) 检测产品的内部离层、气泡、 裂缝。但产品表面一定要平整。 F/T VISUAL 样品 目测，电性能测 试 SAT 检测 N Y （3 3）塑料密封等级塑料密封等级 塑料密封等级： 在装配现场拆包后地面存放期 标准试验条件 LEVEL 1 在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168 小时 LEVEL 2 在30C/60%条件下1 年 85C/60% 168 小时 LEVEL 3 在小于30C/60%条件下1 周 30C/60% 192 小时 加速 =60C/60% 40 小时 SAMPLE：50 塑料密封等级试验步骤： 1 DC 和功能测试 2 外观检查（在 80 倍以上显微镜下检查） 3 SAT 扫描 4 BAKE 125C/24 小时 5 做 LEVEL 相应条件的试验 6 在 15 分钟后和4 小时内做3 次回流焊注意温度曲线必须提供和符合JEDEC 标准。 7 外观检查（在 80 倍以上显微镜下检查）-不可以有裂缝。 8 DC 和功能测试注意如果无法通过测试要验证是否和塑料密封有关部门 9 -可以做BAKE 15
