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1、开发阶段的车规级电子组件工艺评价与器件失效分析分享DEKRA德凯昆山实验室 陈彦奇yanqi.chendekra-2表面贴装组件的可视焊点与不可视焊点封装演进Non-visible solder joints:QFNNon-visible solder joints:BGAVisible solder joints:Gull Wing leads3焊接工艺中的热对组件共面性与翘曲潜在风险4焊接工艺中的热对湿敏组件选型要求(车规级至少MSL3)车用环境严苛,透过预处理(AEC-Q100 A1,Preconditioning)来验证对应的MSL等级。IPC/JEDEC J-S
2、TD-020F 非气密表面贴装器件潮湿/再流焊敏感度分级。MSL1潮湿敏感等级吸湿效率最低。MSL6潮湿敏感等级最低,最易受车间环境影响。组件拆封吸湿后经再流焊接工艺导致封装体内部分层、绑定线开裂或电路间漏电。5电子组装评价与可制造性设计风险控管(基于测试结果的设计审查)DEVELOPMENTTestsDRBTR(Design Review Based on Test Results)DESIGN VALIDATIONTestsDRBTRPRODUCTVALIDATIONTestsDRBTRDEVELOPMENTVisual Inspection&DissectionFailure Mode
3、AnalysisDRBTR or Design Review Based on Failure Mode(DRBFM)Design for ManufactureDESIGN VALIDATION6设计验证阶段-短时间设计/组装能力验证 与 长时间测试验证目的差别Standard NumberStandardGB2423-22电工电子产品基本环境试验规程 试验N:温度变化试验方法IEC 60068-2-14Basic environmental testing procedures.Part 2:Tests Test N:Change of temperatureSAE J1455 4.1.3
4、.2Recommended Environmental Practices for ElectronicEquipment Design in Heavy-Duty Trucks Thermal ShockMIL-STD-883G Method 1011.9 Test Method Standard Microcircuits-Thermal ShockISO 16750-4 5.3.3Enviromental conditions and testing for electrical andelectronic equipment-Part4:Climatic loads,Temperatu
5、reShockNumber of Cycles5 cycles5 cycles5 cycles1520 cycles100 300 cycles设计量产7设计验证阶段-HALT摸底测试介绍QualmarkOVS Typhoon 4.0*3Working Space136.4 137 91cm&136.4 137 140cmTable Size122(L)122(W)cmTemperature Range-80C+180C(Calibrated)Ramp Rate60C/min(Calibrated)Acceleration(210000Hz)50 Grms(Calibrated)可制造性设计D
6、FM对策:整合前几大的环境应力(冷热循环、随机振动与温度等)设计出的HALT测试,可快速的发现产品潜在设计风险或选材问题。德凯昆山具有设备数量与整合服务优势。预估未包含失效整改时间的测试时间约20小时。德凯昆山可平行开展3项摸底测试优势。依据HALT结果可以执行HASS筛选与HASA稽核测试,以及定出合适的老化(Burn-in)温度。8设计验证阶段-HALT标准纵向与横向比较从标准间纵向与横向比对,有助于理解各厂家要求差异,并可依客户产品做客制化方案建议。摸底测试中,从测试结果反馈可以实时了解客户设计或制造能力变化。9设计验证阶段-HALT对产品质与量的变化0246810Stage1Stage
7、2Stage3Stage4Stage5Stage6专案数 Project Number阶段 Stage某品牌某品牌HALT测试项目统计测试项目统计A productB productC productD productE productF productG productH product随着时间推演,执行HALT测试样品品项变多,委案数量也变多。客户可以成功将摸底测试经验复制在新研发产品上。10设计验证阶段-HALT对产品质与量的变化随着时间推演,A产品的环境耐受程度越来越好,且稳定。从摸底测试结果反馈可以实时了解客户设计或制造能力变化。-0200Stage1St
8、age1Stage2Stage3Stage4Stage5Stage6Stage2Stage2Stage3Stage3Stage5Stage6Stage3Stage3Stage4Stage5Stage6Stage3Stage3Stage6Stage3Stage6Stage5Stage5Stage6Stage6摄氏温度()&振动强度(Grms)某品牌产品能力变化趋势汇整某品牌产品能力变化趋势汇整低溫極限()高溫極限()振動極限(Grms)A产品B产品C产品D产品E产品F产品G产品H产品11失效分析工具介绍非破坏方法概述:1.电测(IV)2.立体显微镜外观检验3.X-射线探伤(2D or 3D X-
9、射线)4.扫瞄式超声波显微镜(IC元器件,印刷电路板)破坏方法概述:1.微切片(Micro section,FIB,CP)2.扫瞄式电子显微镜&能量散射光谱仪3.染色试验(BGA,QFN)4.开盖,去层5.电测(IV,EMMI,OBIRCH)非破坏分析无优先级顺序,破坏分析需依实际状况决定12常见的电子组件失效-设计失配导致BGA焊点开裂问题可制造性设计DFM对策:透过外观、X光检查治标对策:组装后,在BGA的四个角与边添加底部填充,降低四个角与边的焊点开裂风险。治本对策:依BGA建议的设计配套设计PCB焊盘(包含焊盘大小与阻焊设计),降低焊点开裂风险。与切片等整合性分析,确认BGA与PCB焊
10、盘与阻焊设计失配。参考标准:IPC-9111,IPC-7095D13常见的电子组件失效-设计失配导致BGA焊点开裂问题IPC对球栅阵列封装BGA连接盘的设计对策IPC-7095D-WAM1 BGA设计与组装工艺的实施:可能的解决方法为两个连接位置的面积应该相似或相同。IPC-9111 印制电路板组装工艺的故障排除:措施为两种附着条件的面积应该相似或相同。14常见的电子组件失效-设计失配导致BGA焊点开裂问题当汽车电子应用出现文件(标准)冲突时,IPC建议依照以下优先级执行(左侧具优先级)用户认可图纸 J-STD-001HA J-STD-001H IPC-A-610HA IPC-A-610H可制
11、造性设计DFM最佳治本对策是根据球栅阵列封装BGA原厂的组装指南設計PCB连接盘PCB厂或有能力透过目检图紙或成品BGA节距过滤出上下连接盘尺寸明显失配的风险15常见的电子组件失效-镀通孔设计失配导致焊点垂直填充问题某些热冲击、电性能应用中不能接受小于 100%的焊料填充。用户有责任向制造商说明这些情况。设计方和制造方应当验证并提供书面的客观证据,证明 75%以下的焊料填充水平的要求就足够了。16常见的电子组件失效-镀通孔设计失配导致焊点垂直填充问题镀通孔解剖发现虽焊料垂直填充达到100%,但伴随镀通孔孔壁偏薄、浮起与角开裂现象。内连电路(Inner connection defects)存在
12、开路的可靠性风险。增厚镀通孔孔壁厚度,或依据板厚与设计来降低镀通孔孔径与引线直径差异的影响。改善前(左)Thicker改善后(左)改善前(右)改善后(右)17常见的电子组件失效-镀通孔设计失配导致焊点垂直填充问题范例:某款插件元器件规格书有明确在特定板厚下,引线直径(对角线)与孔径的参考值。启发:设计工程师可参照插件元器件规格书、预计板厚或业界标准来设计对应的PCB孔径。18常见的电子组件失效-陶瓷电容布线设计导致焊点开裂问题左侧样品红框处的电容长轴与印制板长轴方向一致,在分板后电容发生或存在失效风险。右侧样品红框处的电容已做长轴方向调整,大大降低分板或应用中的应力影响。透过PCB布线设计或组
13、件选型,降低后续工艺或应用风险。19常见的电子组件失效-陶瓷电容布线设计导致焊点开裂问题依据陶瓷电容原厂的规格书建议来设计电容摆放位置与方向,以及膜板(stencil)厚度與印刷錫膏量。20常见的电子组件失效-组件高电阻失效分析PIN57PIN56PIN58Probing points21常见的电子组件失效-组件高电阻失效分析Fail-leadPass-leadFail-diePass-dieFail-paddlePass-paddle22常见的电子组件失效-组件高电阻失效分析Pin 57Pin 57Pin 5623常见的电子组件失效-组件开路失效分析(热损伤)NGNGNG TiltOK TiltOK TiltNG Tilt24常见的电子组件失效-组件开路失效分析(热损伤)Polishing Line1st bond inspection2nd bond inspectionDiePaddleT-scanLead frame25常见的电子组件失效-组件开路失效分析(热损伤)delaminationdelaminationdelamination26DEKRA德凯平台的价值体现客户引导营销差异化业务参照基准技术沉淀多赢下创造营收Thank you27DEKRA德凯昆山实验室 陈彦奇yanqi.chendekra-