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| 內容簡介： |
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本书介绍了电子微组装可靠性设计方法，提出了基于失效物理的可靠性设计核心技术链，包括潜在失效机理分析、可靠性设计指标分解、参数退化及失效时间评估、优化设计分析等关键技术，系统论述了微组装产品在温度应力、机械应力、潮湿应力、电磁应力下的失效物理模型与可靠性设计。本书适合从事电子微组装产品研发设计、工艺研究、可靠性评估、失效分析等工作的工程技术人员学习参考，也可作为电子设备可靠性设计与可靠性评价的参考资料。
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| 關於作者： |
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何小琦，工业和信息化部电子第五研究所研究员，中国电子学会元件分会委员，长期从事电子元器件、电子微组装产品可靠性研究工作，在电子微组装可靠性设计方面取得显著研究成果，发表学术论文20余篇，申请及授权国家发明专利10余件，获软件著作权登记1项，获得省部级科技奖励3项。
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| 目錄：
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第1章 绪论 （1）
1.1 电子微组装与可靠性要求 （1）
1.1.1 什么是电子微组装 （1）
1.1.2 电子微组装技术发展历程及特点 （3）
1.1.3 电子微组装可靠性要求 （7）
1.2 可靠性设计技术发展与现状 （24）
1.2.1 可靠性设计基本概念 （24）
1.2.2 可靠性设计技术发展进程 （30）
1.3 电子微组装可靠性设计的挑战 （59）
1.3.1 高密度组装的失效与控制 （59）
1.3.2 微组装可靠性的系统性设计 （64）
1.4 电子微组装可靠性设计方法 （76）
1.4.1 失效物理（PoF）方法的发展 （76）
1.4.2 基于PoF可靠性设计的基本原理 （78）
1.4.3 基于PoF的可靠性设计解决方案及核心技术链 （79）
1.4.4 失效物理模型的应用 （81）
参考文献 （82）
英文缩略词及术语 （89）
主要符号表 （90）
第2章 电子微组装封装技术 （92）
2.1 电子微组装与封装概念 （92）
2.1.1 电子微组装封装的功能 （92）
2.1.2 微电子封装的分级 （93）
2.2 电子微组装关键技术及材料 （96）
2.2.1 典型微电子封装与结构 （96）
2.2.2 芯片微组装技术 （100）
2.2.3 通孔微互连技术 （102）
2.3 组件封装技术及材料 （105）
2.3.1 模塑封装技术及材料 （105）
2.3.2 陶瓷封装技术及材料 （107）
2.3.3 金属气密封装技术及材料 （110）
2.3.4 陶瓷基、模塑基和金属基封装材料比较 （112）
2.4 典型电子微组装组件 （112）
2.4.1 混合集成电路（HIC） （112）
2.4.2 多芯片组件（MCM） （114）
2.4.3 微波真空电子组件 （117）
参考文献 （121）
英文缩略词及术语 （122）
第3章 电子组件可靠性要求 （124）
3.1 可靠性定义 （124）
3.2 可靠性指标 （126）
3.2.1 失效分布函数 （126）
3.2.2 失效率 （127）
3.2.3 可靠度与不可靠度 （132）
3.2.4 寿命 （133）
3.2.5 电子组件可靠性指标要求 （138）
3.3 环境适应性 （139）
3.3.1 环境适应性定义 （139）
3.3.2 环境条件对电子产品的影响 （140）
3.3.3 环境适应性要求 （141）
3.3.4 环境适应性与可靠性的关系 （149）
3.3.5 电子组件环境适应性要求 （150）
3.4 质量等级 （151）
3.4.1 质量等级划分 （151）
3.4.2 元器件质量等级要求 （153）
3.4.3 电子组件的质量等级要求 （156）
参考文献 （159）
英文缩略词及术语 （161）
主要符号表 （161）
第4章 电子微组装失效模式和失效机理 （163）
4.1 导致失效的环境应力 （163）
4.1.1 温度应力 （164）
4.1.2 机械应力 （165）
4.1.3 潮湿应力 （166）
4.1.4 盐雾应力 （166）
4.1.5 电磁应力 （167）
4.2 HIC失效模式和失效机理 （167）
4.2.1 HIC的失效类型 （167）
4.2.2 厚膜、薄膜基板及互连失效 （169）
4.2.3 厚膜、薄膜基板与元器件的焊接黏结失效 （171）
4.2.4 键合互连失效 （172）
4.2.5 布线基板与外壳焊接失效 （172）
4.2.6 功率器件过热失效 （173）
4.2.7 气密封装失效 （173）
4.3 MCM失效模式和失效机理 （174）
4.3.1 MCM的失效类型 （174）
4.3.2 MCM-C失效模式和机理 （175）
4.3.3 MCM-D失效模式和机理 （176）
4.3.4 MCM-DC失效模式和机理 （177）
4.3.5 MCM-L失效模式和机理 （178）
4.4 SiP失效模式和失效机理 （179）
4.4.1 TSV失效模式和机理 （179）
4.4.2 芯片堆叠失效模式和机理 （181）
4.4.3 PoP封装堆叠失效模式和机理 （182）
4.5 TWT的失效模式和机理 （184）
4.5.1 热丝短路和断路 （185）
4.5.2 管内放电打火 （186）
4.5.3 收集极击穿 （187）
4.5.4 输出窗炸裂漏气烧毁 （187）
4.5.5 栅极失效 （188）
参考文献 （188）
英文缩略词及术语 （189）
第5章 基于失效物理的可靠性设计方法 （190）
5.1 可靠性设计的基本原则 （191）
5.2 可靠性设计指标 （191）
5.3 可靠性设计方法 （195）
5.3.1 基于失效物理的可靠性设计程序 （195）
5.3.2 热设计方法 （197）
5.3.3 热降额设计方法 （199）
5.3.4 振动可靠性设计方法 （200）
5.4 可靠性设计关键技术 （205）
5.4.1 可靠性指标分配技术 （205）
5.4.2 仿真分析技术 （209）
5.4.3 设计验证技术 （220）
参考文献 （230）
英文缩略词及术语 （232）
主要符号表 （232）
第6章 温度应力失效与可靠性设计 （233）
6.1 温度应力类型 （233）
6.1.1 极限高温 （233）
6.1.2 稳态温度 （234）
6.1.3 温度冲击 （234）
6.1.4 温度循环 （235）
6.2 温度应力失效物理模型 （235）
6.2.1 高温过应力失效模型 （235）
6.2.2 稳态温度退化模型 （236）
6.2.3 温冲过应力失效模型 （237）
6.2.4 温循热疲劳损伤模型 （238）
6.3 温度应力可靠性设计指标 （241）
6.3.1 热性能表征参数和标准要求 （241）
6.3.2 失效率、寿命设计指标 （243）
6.3.3 极限温度、极限温冲设计指标 （244）
6.3.4 应控制的主要失效机理 （244）
6.4 基于失效物理的可靠性设计方法（温度应力） （245）
6.4.1 可靠性设计与分析方法 （245）
6.4.2 可靠性设计方法要素 （245）
6.5 高温过应力失效控制设计 （246）
6.5.1 元器件过热失效控制 （247）
6.5.2 器件安全工作区控制 （253）
6.5.3 结温设计极限控制与元器件优选 （254）
6.6 稳态温度退化控制设计 （256）
6.6.1 微组装互连退化控制 （256）
6.6.2 表贴焊点界面退化失效控制 （272）
6.6.3 元器件和互连点失效率控制与热降额 （274）
6.7 温度冲击过应力损伤控制设计 （276）
6.7.1 表贴焊点热失配开裂控制 （277）
6.7.2 表贴元件端电极开裂控制 （278）
6.7.3 气密封装绝缘子热失配开裂控制 （280）
6.8 温度循环热疲劳控制设计 （281）
6.8.1 微组装互连热疲劳控制 （282）
6.8.2 基板内互连热疲劳控制 （291）
6.8.3 表贴焊点热疲劳控制 （294）
6.8.4 板级焊点系统失效率控制 （304）
6.9 温度应力下锡须生长规律及控制 （306）
6.9.1 锡须问题分析 （306）
6.9.2 锡须生长机理 （307）
6.9.3 温循应力下锡须生长规律 （309）
6.9.4 温度应力下锡须生长规律 （312）
6.9.5 锡须生长控制方法 （314）
参考文献 （315）
英文缩略词及术语 （319）
主要符号表 （319）
第7章 机械应力失效与可靠性设计 （320）
7.1 机械应力类型 （320）
7.1.1 机械振动 （320）
7.1.2 机械冲击 （321）
7.1.3 恒定加速度 （321）
7.2 机械应力失效物理模型 （321）
7.2.1 振动疲劳损伤模型 （321）
7.2.2 谐振损伤模型 （322）
7.2.3 机械冲击损伤模型 （323）
7.2.4 恒定加速度（离心）损伤模型 （323）
7.3 机械应力可靠性设计指标 （324）
7.3.1 机械特性表征参数和标准要求 （324）
7.3.2 振动疲劳寿命设计指标 （325）
7.3.3 机械冲击、谐振控制设计指标 （325）
7.3.4 应控制的主要失效机理 （326）
7.4 基于失效物理的可靠性设计方法（机械应力） （326）
7.4.1 可靠性设计与分析方法 （326）
7.4.2 可靠性设计方法要素 （326）
7.5 振动疲劳控制设计 （328）
7.5.1 表贴引脚焊点振动疲劳控制 （328）
7.5.2 封装外壳振动疲劳控制 （330）
7.5.3 综合应力疲劳寿命控制 （331）
7.6 谐振损伤控制设计 （333）
7.6.1 键合丝谐振损伤控制 （333）
7.6.2 板级组件谐振损伤控制 （336）
7.6.3 外壳封装谐振损伤控制 （339）
7.6.4 元器件安装谐振损伤控制 （341）
7.6.5 TWT电子枪谐振打火控制 （345）
7.7 机械冲击开裂控制设计 （348）
7.7.1 微组装互连开裂控制 （348）
7.7.2 元器件损伤控制 （350）
7.7.3 气密封装开裂控制 （352）
7.8 恒定加速度失效控制设计 （353）
7.8.1 厚膜混合集成电路恒定加速度失效控制 （353）
7.8.2 大尺寸封装结构缺陷筛选控制 （354）
参考文献 （354）
英文缩略词及术语 （355）
主要符号表 （355）
第8章 潮湿应力失效与可靠性设计 （356）
8.1 潮湿应力类型 （357）
8.1.1 潮气 （357）
8.1.2 湿气 （357）
8.1.3 湿度-温度-偏压 （358）
8.2 潮湿应力失效物理模型 （358）
8.2.1 液膜电化学腐蚀模型 （358）
8.2.2 电化学迁移失效模型 （362）
8.2.3 单分子层液态水临界点模型 （364）
8.2.4 水汽相变及腐蚀模型 （367）
8.2.5 露点失效模型 （369）
8.2.6 湿度-温度腐蚀失效模型 （371）
8.2.7 水汽渗入失效模型 （372）
8.3 潮湿应力可靠性设计指标 （376）
8.3.1 潮湿特性表征参数和标准要求 （376）
8.3.2 腐蚀、迁移、渗入寿命设计指标 （378）
8.3.3 极限潮湿控制指标 （380）
8.3.4 应控制的主要失效机理 （381）
8.4 基于失效物理的可靠性设计方法（潮湿应力） （382）
8.4.1 可靠性设计与分析方法 （382）
8.4.2 可靠性设计方法要素 （383）
8.5 内部水汽及湿度控制设计 （384）
8.5.1 气密封装内部水汽控制 （384）
8.5.2 塑封器件水汽渗入控制 （392）
8.6 湿度-温度腐蚀控制设计 （394）
8.6.1 内装芯片腐蚀控制 （394）
8.6.2 气
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丛 书 序
以可靠性为中心的质量是推动经济社会发展的永恒主题，关系国计民生，关乎发展大局。把质量放在国家和经济发展的战略位置全面推进，是国际社会普遍认同的发展规律。加快实施制造强国建设，必须牢牢把握制造业这一立国之本，突出质量这一关键内核，把质量强国作为制造业转型升级、实现跨越式发展的战略选择和必由之路。
质量是建设制造强国的生命线。作为未来10年引领制造强国建设的行动指南和未来30年实现制造强国梦想的纲领性文件，《中国制造2025》将质量为先列为重要的基本指导方针之一。在制造强国建设的伟大进程中，必须全面夯实产品质量基础，不断提升质量品牌价值和中国制造综合竞争力，坚定不移地走以质取胜的发展道路。
高质量是先进技术和优质管理高度集成的结果。提升制造业产品质量，要坚持从源头抓起，在产品设计、定型、制造的全过程中按照先进的质量管理标准和技术要求去实施。可靠性是产品性能随时间的保持能力，是衡量产品质量的重要指标。可靠性管理也充分体现了现代质量管理的特点。《中国制造2025》提出要加强可靠性设计、试验与验证技术开发应用，使产品的性能稳定性、质量可靠性、环境适应性、使用寿命等指标达到国际同类产品先进水平，就是要将可靠性技术作为核心应用于质量设计、质量控制和质量管理，在产品全寿命周期各阶段，实施可靠性系统工程。
工业和信息化部电子第五研究所（简称五所）是国内最早从事电子产品质量与可靠性研究的权威机构，在我国的质量可靠性领域开创了许多唯一和第一：唯一一个专业从事质量可靠性研究的技术机构；开展了国内第一次可靠性培训；研制了国内第一套环境试验设备；第一个将质量认证概念引入中国；建立起国内第一个可靠性数据交换网；发布了国内第一个可靠性预计标准；研发出第一个国际先进、国内领先水平的可靠性、维修性、保障性工程软件和综合保障软件总之，五所始终站在可靠性技术发展的前沿。随着质量强国战略的实施，可靠性工作在我国得到空前重视，在新时期的作用日益凸显。五所的科研工作者们深深感到，应系统地梳理可靠性技术的要素、方法和途径，全面呈现该领域的最新发展成果，使之广泛应用于工程实践，并在制造强国和质量强国建设中发挥应有作用。鉴于此，五所在建所60周年之时，组织专家学者编写出版了可靠性技术丛书。这既是历史的责任，又是现实的需要，具有重要意义。
可靠性技术丛书内容翔实，涉及面广，实用性强。它涵盖了可靠性设计、工艺、管理，以及生产中的可靠性试验等各个技术环节，系统地论述了提升或保证产品可靠性的专业知识，可在可靠性基础理论、设计改进、物料优选、生产制造、试验分析等方面为产品设计、开发、生产、试验及质量管理等从业者提供重要的技术参考。
质量发展依赖持续不断的技术创新和管理进步，以高可靠、长寿命为核心的高质量是科技创新、管理能力、劳动者素质等因素的综合集成。在举国上下深入实施制造强国战略之际，希望该丛书的出版能够广泛传播先进的可靠性技术与管理方法，大力推动可靠性技术进步及实践应用，积极推进专业人才队伍建设。帮助广大的科技工作者和工程技术人员，为我国先进制造业发展，《中国制造2025》发展战略的落实，以及在新中国成立100周年时建成世界一流制造强国贡献力量！
电子微组装是为了实现电子产品内部功能元器件高密度集成，满足产品微型化、便携式和高可靠需求，通过微互连、微组装设计发展起来的新型电子组装和封装形式，它包括电子行业的微组装技术和微机电行业的微装配技术，涉及的产品有半导体器件、混合集成电路（HIC）、多芯片组件（MCM）、板级组件（PCBA）、微波组件、系统级封装（SiP）器件、板级微系统（SoP）组件等。通过电子微组装可靠性设计，可以消除微组装结构和微组装材料特有的失效模式，使微组装产品的固有可靠性和工作寿命达到预期要求。
自20世纪90年代起，在电子产品小型化、微型化需求的推动下，电子微组装技术进入了快速发展阶段。20世纪90年代，发展了球栅阵列（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、多芯片组件（MCM）等高密度封装和高密度组装技术；21世纪初，发展了系统级封装（SiP）、圆片级封装（WLP）等集成封装技术；2010年之后，进一步发展了极小化元器件在挠性基板的组装、3D芯片堆叠式SiP和内埋置元器件多功能基板SoP等技术。电子微组装技术在快速发展的同时也面临着新的挑战，从可靠性设计角度来看，挑战来自失效控制和可靠性量化设计两方面的问题：一是针对失效控制要求，如何消除或减缓高密度组装下高热流密度带来的热失效、高深宽比TSV互连等一系列微组装失效和退化问题；二是针对失效率和寿命等定量指标要求，如何通过结构优化设计降低内部应力，如何通过微组装可靠性与性能及制造的协同设计保证性能稳定可控，如何通过微组装多机理的失效建模最终实现量化的可靠性设计。
而电子产品可靠性设计技术方法，经过40年的发展和应用，建立了标准化的可靠性设计通用要求，包括可靠性定性设计要求和可靠性定量设计要求，形成了以标准《MIL-HDBK-388B Electronic Reliability Design Handbook》为代表的电子设备可靠性设计方法，以标准《MIL-HDBK-217F Reliability Prediction of Electronic Equipment》为代表的基于数理统计的电子设备可靠性预测方法，以标准《IPC-D-297 Design Guidelines for Reliable Surface Mount Technology Printed Board Assemblies》、《ANSIVITA 51.2 Physics of Failure Reliability Predictions》和《FIDES guide 2009（Edition A）Reliability Methodology for Electronic Systems》为代表的基于失效物理的器件级封装级板级设备级的电子产品可靠性预测方法，这些标准为电子产品的可靠性设计提供了很好的指引。
但随着电子微组装技术的快速发展，以及新结构、新材料、新工艺的不断引入，复杂使用环境下新的失效机理和失效模式不断暴露，微组装新老失效问题的控制和可靠性量化设计已成为我们必须持续面对的挑战。对包含内装元器件的电子微组装组件而言，如混合集成电路（HIC）、多芯片组件（MCM），温度应力是导致其发生失效和退化的最明显因素，其可靠性设计既要考虑随机失效阶段内装元器件和微互连焊点的失效率控制指标，还要考虑耗损失效阶段短板部位的耗损寿命设计指标；对大尺寸器件或组件而言，如大功率金属气密封装电源模块、板级组件和行波管等真空器件，力学振动损伤和高周疲劳是其突出的可靠性问题，其可靠性设计既要考虑微结构谐振损伤控制，也要考虑薄弱环节的高周疲劳寿命；对气密封装的微组装组件而言（如金属气密封装、陶瓷气密封装混合集成电路），潮湿环境水汽渗入导致的内部芯片腐蚀是致命的可靠性问题，其可靠性设计需要综合考虑水汽达到阈值的渗入时间和水汽腐蚀的作用时间；对内部空间有限的高密度集成组件而言，如混合集成电路或微波混合集成电路，组件内部自身的电磁兼容设计是工程中需要迫切解决的问题。
因此，电子微组装可靠性设计，不仅要考虑传统的温度应力作用下的可靠性设计，同时还要考虑机械、水汽、电磁、辐照等作用下的可靠性设计，这样才能有效控制各种潜在失效，使微组装产品的固有可靠性满足预期失效率和工作寿命指标要求，这就是今天人们提倡的基于失效物理的可靠性设计思想和理念，也正是本书所要介绍的基于失效物理的电子微组装可靠性设计方法。
本书介绍了电子微组装的定义和可靠性要求，分析了可靠性设计技术的发展与现状，以及目前电子微组装可靠性设计面临的挑战，在总结了可靠性设计相关标准和适用范围的基础上，针对电子微组装在各种环境应力下的失效特点，提出了基于失效物理的电子微组装可靠性设计解决方案，并系统论述了微组装产品在温度应力、机械应力、水汽应力、电磁应力下的失效控制与可靠性设计方法。本书写作的目的，是希望给读者展示一个较清晰的电子微组装可靠性设计技术体系，理解失效物理方法在可靠性设计中的重要作用，掌握在微组装产品研发设计过程中如何发现可靠性薄弱环节、如何分解可靠性设计指标的方法，如何通过失效率和寿命预测不断迭代优化产品的可靠性设计。
本书作者长期从事电子元器件和电子组件可靠性技术研究，承担过多项混合集成电路、大功率组件、行波管、表面贴装组件等产品的失效控制和可靠性设计科研项目，以及元器件FTA方法和故障信息库、多热源组件热性能定量评价研究课题，积累了丰富的电子微组装可靠性设计研究素材和试验数据，为本书的编写奠定了基础。在本书编写过程中，还参考了可靠性设计及相关领域的大量文献、专著和其他资料，通过总结提炼并结合作者的研究成果，完成本书的编写。本书共10章，各章节执笔分别是：第1章何小琦、恩云飞，第2章李勋平、何小琦、宋芳芳（编写2.4.3节），第3章周斌、恩云飞，第4章何小琦（编写4.1～4.4节）、宋芳芳（编写4.5节），第5章周斌、何小琦、宋芳芳，第6、7、8章何小琦、周斌（编写6.9节）、宋芳芳（编写7.8节）、李勋平（编写8.8节），第9章方文啸，第10章周斌。何小琦、恩云飞负责本书的策划、组织工作，宋芳芳、罗宏伟组织各执笔人进行相关章节的审阅工作，全书最后由何小琦统一修改定稿。
在本书编写过程中，参阅了中国电子产品可靠性与环境试验研究所前辈盛志森、郑廷圭、杨晋泰等人编写的可靠性物理技术资料，以及黄树荣、李志清编写的环境试验技术资料；得到了作者单位许多同事的大力支持和帮助，张增照研究员对可靠性设计相关专业术语给予了解释，潘勇研究员提供了可靠性预计相关资料。同时，还得到了电子行业专家的指导，中国华东微电子研究所的雷剑研究员、鲍恒伟高工、张石磊高工
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