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2、子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。研究生签名：么互鉴! 睦胡期：期：跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论第一章绪论弟一早珀下匕本章首先阐述可靠性的基本概念，进而阐述论文研究的意义及重要性，综述国内外相关研究的文献及动向，章节末尾指明论文的具体研究工作及研究方法，指明本文研究的创新点。1 1 可靠性的基本概念【1 】产品的可靠性是描述产品容不容易坏，可靠不可靠及可靠程度如何的术语。可靠性的“性”，即事物本身所具有的能力。显然，衡量能力大小是有
3、前提的，该前提条件在可靠性定义中做出了规定。产品可靠性的定义为：产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。完成规定功能，是指产品满足工作状态要求而无故障的工作。因此，要定量得地了解产品的可靠性，就要明确规定时间，规定条件及规定功能与无故障状态，并在实施可靠性试验时，充分考虑这些“规定”的前提。1 规定的时间时间对评价产品可靠性极为重要，一般而言，随着工作时间的延长，产品的可靠性水平将会慢慢的下降。产品可靠性与时间的关系如图1 所示。图1 产品可靠性与时间的关系F i g 1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nR e l i a b i l i t
4、 ya n dT i m e跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论2 规定的条件产品的可靠性，与产品的工作状态、使用条件、使用、运输和保管的环境等有很大的关系。因此，在研究产品的可靠性或者对其实施可靠性试验时，有必要对使用条件与坏境条件作预先研究。不同的条件，意味着产品将承受不同的应力，当这些应力超过产品( 材料) 所能承受的强度极限时，产品( 材料) 将丧失或渐变其原有的性能。条件按其对产品作用的方式，大致可分为使用条件和周围环境条件两大类。使用条件是指那些将进入到产品( 材料) 内部而起作用的应力条件，例如电应力，化学应力和物理应力等。使用条件各种状态的应力及其定义参见表l 。表1
5、 应力状态及其定义T a b l e1S t t e s ss t a t u sa n dd e f i n i t i o n g 雾“i 鸳。? j 秽华| # 。j 乙蹩鍪墓熏盏?一*十 * o l ? 蕊；：7 一? i l j j ? + j7 。jj 毫f i 。ii f ? i7，强热状态产品内部的温度分布及热对流状态化学状态在产品中所引起的化学变化状态电磁状态产品在恒定或交变的电磁场中工作时所产生的影响流变状态流体和流动黏态对产品的影响构造状态固体材料内部存在的内应力疲劳状态因内应力而产生的变形电化学状态与电腐蚀和接触腐蚀有关的化学过程周围环境条件是指那些只在产品外部周围起作
6、用的应力条件，包括：温度，湿度，气压，振动，冲击，电磁波辐射场，高能粒子辐射场，日照和重力场等。周围环境对产品的可靠性有很大的影响，例如振动和冲击会使材料疲劳，降低其机械强度等。用跌落试验来研究可靠性，就归属于周围环境条件。3 规定的功能与故障状态“规定功能“ 既是产品技术性能指标，也是判断产品好坏的依据。所谓产品的故障状态( 对于不可维修的产品，通常称之为失效状态) ，是指产品不能执行规定功能的状态。2跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论因此，在研究和评价产品的可靠性时，或者在实施产品可靠性试验时，从一开始，就要对时间、条件和功能做出明确的规定，这样才能对其做出定量化估计。1 2
7、本研究的意义作为一种高科技以及时尚的标志，市场上的手持便携式电子产品需求出现了热潮，包括手机，数码相机，M P 3 M P 4 录放机，P D A ( P e r s o n a lD i g i t a lA s s i s t a n t ) 以及笔记本电脑等，消费者正不断追求外形更小巧，设计更轻薄同时性能更先进的电子产品【2 1 。随着微电子技术特别是小型封装和高密度组装技术的迅速发展，便携式电子产品得到极大的普及，电子元器件微小型化的趋势愈加明显【3 1 。然而，便携性与移动性使得这些产品的使用环境比一般固定产品更加复杂和恶劣。用户常常要将这些产品带到某些不利的环境中，例如户外，汽车，
8、火车或飞机上，甚至生产车间里。那么，这些产品在使用或携带过程中，因人为疏忽而不慎失手跌落至地面，搬运时跌落或者不慎撞击到坚硬物体上的意外可能性也越来越大。因跌落或撞击应力引起的可靠性问题对手持便携式设备中所使用的闪存芯片来说十分关键，会对闪存芯片造成破坏性的伤害，主要会造成内部连接部分的焊缝( s o l d e r j o i mi n t e r c o n n e c t i o n ) 断裂，从而引起产品严重的机械或功能损坏。有报道称，保证产品在机械应力下的可靠性比保证其在热应力下的可靠性更加重要【4 】。研究表明，在通常使用时，移动电话这样的手持便携式电子产品中就会由于震动、冲击、扭
9、转产生各种机械应力【5 】。因此，振动，冲击也就成为电子产品可靠性研究的一个重要条件之一。在电子产品制造中减少铅的使用并最终停用铅是不可改变的趋势【6 ，7 ，8 1 。2 0 0 1 年5 月1 5 日，欧洲委员会通过了两项提议：对电子和电气废料的指示( W E E E )和在电子和电气设备中限制使用特定有害物质的指示( R o l l S ) 1 9 。这使得向无铅电子发展的趋势转变为具体的法律条文。因此，需要各种新型的和熔点不同的无铅焊料来代替传统的有铅焊料。当电子产品受外力冲击时，会对电子产品内部连接部分的焊缝造成伤害，甚至造跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论成断裂。一般而
10、言，电子产品在设计初期，关注的往往是产品性能能不能达到，也就是指适用条件，而往往忽略电子产品的周围坏境条件。本文的研究重点是：试图找出较好的焊垫材料，找到合适的开孔直径，籍此合适的关键材料和典型参数，减少使用过程中的由可靠性而引起的损坏问题。1 3 业界现有文献综述随着微电子封装技术的发展，以及对移动通信产品和无线产品需求的增加，现今电子产品的尺寸越来越小，质量越来越轻，越来越趋向于便携化。但便携化的同时，也造成了电子产品使用环境发生了变化，更加随意，方便，但也越容易造成电子产品跌落，碰撞，进而造成电子产品结构及功能的丧失。所以，现今而言，对于电子产品可靠性也越来越受到重视，但要提高电子产品的
11、可靠性，除了要考虑电子产品的使用条件，即那些内部起作用的应力条件外，电子产品所面临的周围外部条件也日益显得重要起来。这就要求在电子产品设计的初期，就要考虑到电子产品所要面临的外部使用环境，对所能或即将面临的外部使用环境进行模拟，进而进行综合评估。而跌落试验就是一种有效的评估方法。跌落试验原本主要是用来衡量半导体货运包装性能的，主要目的是为了保证可靠的产品包装运输环节，保证到达客户手中的产品为合格产品。包装跌落试验针对于包装完成的产品，试验其包材的防震、包覆能力，验证产品本体的耐冲击程度是否足够，藉以判断有关的包装设计改善要点。同时在评估新的包装材料及新的运输承包商时，经常使用跌落试验来模拟仿真
12、包装及运输环境。完成跌落试验后，运用差异分析法对所感兴的不同参数进行分析。现在随着电子产品便携化，跌落试验则用以评估产品因不当的使用动作产生之跌落；及所需的产品评估安全条件下之强韧性。另外也用重复性的自由跌落( r e p e a t e df r e ef a l l ) 试验来仿真对象经常性跌落至硬物表面的情形。为了提高手持便携设备的可靠性，各大公司，院校和研究所的研究人员进行了广泛的研究，但大多数的研究集中在传统的温度循环测试条件下的可靠性。近来应用跌落试验( d r o pt e s t ) 来验证手持便携电子产品抗冲击性能的研究也越来越多，主要方法有试验( 用荧光染色法来观察裂纹)
13、，数值模拟和理论解释等多个4跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论方面。研究的对象多集中在芯片与P C B 板的连接处，主要研究连接处的焊点，裂纹及焊盘接头C u 2 S n 界面金属间化合物等。例如，复旦大学材料学系的樊平跃等，通过跌落试验获得了B G A 焊球在不同加速度水平下的平均寿命，用荧光染色法观察焊球内部裂纹的生成和扩展行为，得到无铅及有铅B G A 焊球内部裂纹随跌落次数增加的不同生长规律。根据观察结果分析和讨论了跌落试验下，裂纹随跌落次数增加时的扩展行为及其原理，进一步阐明了B G A焊球的失效原因和失效机制O l 。复旦大学材料科学系复旦三星封装可靠性联合实验室与三星
14、半导体中国研发股份有限公司的瞿欣等按照J E D E C 标准对板级跌落实验的要求，测试了有铅和无铅焊点的球栅阵列封装。用A N S Y S 软件建立了有限元分析模型，计算了典型结点的应力和应变，以及每次跌落时积累在焊点中的平均应变能密度。利用实验和模拟的结果，计算了各种条件下焊点的疲劳寿命【1 1 1 。同时，哈尔滨理工大学的王丽风等研究了无铅钎料S n 2 3 8 A 9 2 0 5 C u 与C u 焊盘接头C u 2 S n 界面金属间化合物的形成与长大机理，进而研究电子产品的可靠性【1 2 】。值得关切的是，早在电子产品设计的初期，就要充分考虑电子产品所要面临的外部使用环境；遗憾的是
15、，关于芯片本身的焊垫材料及阻焊开口直径方面，都较少有专家来研究。依据美国J E D E C 标准冲击规范，对电子产品作冲击试验时，其冲击应力波必须满足其8 项冲击条件。这样才能统一规范，提高试验结果的可靠性和正确性。但是，国外很多学者在做跌落试验时，多数要么是客户有特别的要求，要么就是以自己的标准去做；这样对于试验结果，就很难具有可比的一致性，从而难于评判诸技术的高低伯仲。总而言之，无论国内外，投身便携式电子产品可靠性的研究专家，虽则有日益增多的趋势，但其研究的对象大多集中在芯片与P C B 板的连接处。本文希望针对电子产品设计的初期所要考虑的外部使用环境，进而改进电子产品设计，为提高电子产品
16、可靠性，作出一点探索研究关于芯片本身的焊垫材料及阻焊开口直径。跌落对手持设备中闪存芯片可靠性的影响第一章绪论1 4 研究工作与创新点通过研读大量文献，操作大量试验，与指导老师紧密合作，本文的主要研究工作及方法为：依据J E D E C ( J o i n tE l e c t r o nD e v i c eE n g i n e e r i n gC o u n c i l ) 标准跌落试验( D r o pT e s t )规范中的冲击条件，将被检测的闪存芯片，应用表面黏着工艺S M T ( S u r f a c eM o u n tT e c h n o l o g y ) 封装在测试印刷电路板P C B ( P r i n t e dC i r c u i tB o a r d ) ，然后做跌落试验。具体方法是将测试板固定在冲击模组上，然后将冲击模组升高到冲击高度，自由落体方式落下，使测试板在符合J E D E C 标准跌落试验规范中的冲击条件下受力，然后再用检波器来检测闪存芯片与测试印刷电路板之间的功能性的故障。
