一、什么是電子微組裝
電子微組裝是為了適應(yīng)電子產(chǎn)品微型化、便攜式、高可靠性需求，實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品功能元器件的高密度集成，采用微互連、微組裝設(shè)計(jì)發(fā)展起來(lái)的新型電子組裝和封裝技術(shù)，也是電子組裝技術(shù)向微米和微納米尺度方向的延伸，它包含了微電子封裝、混合集成電路和多芯片組件、微波組件、微機(jī)電系統(tǒng)等相關(guān)產(chǎn)品的微組裝技術(shù)。根據(jù)電子行業(yè)對(duì)三個(gè)層級(jí)電子封裝的定義、IPC/JEDEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩個(gè)層級(jí)電子互連的定義和國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）對(duì)先進(jìn)系統(tǒng)級(jí)封裝（System in Package, SiP）的定義，本書(shū)所討論的電子微組裝包括：
● 內(nèi)引線鍵合和芯片倒裝焊的芯片級(jí)互連（稱芯片級(jí)互連，或0級(jí)封裝）；
● 單芯片/多芯片組裝及多層布線基板互連的器件級(jí)封裝（稱1級(jí)封裝）；
● 表面貼裝元件（SMC）和表面貼裝器件（SMD）在PCB或陶瓷基板上貼裝的板級(jí)封裝（稱2級(jí)封裝）；
● 元器件集成在單一標(biāo)準(zhǔn)封裝體內(nèi)并具有系統(tǒng)功能的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）。
電子封裝分類層級(jí)定義如圖1所示，其中，國(guó)際上傳統(tǒng)的電子封裝層級(jí)（1990年）定義為：芯片級(jí)互連、1級(jí)封裝、2級(jí)封裝和3級(jí)封裝，與日本Jisso Roadmap專委會(huì)（JRC）提出的Jisso電子互連層級(jí)（2005）：1級(jí)互連、2級(jí)互連、3級(jí)互連和4級(jí)互連相對(duì)應(yīng)。
圖1 電子封裝分類層級(jí)定義
用電子行業(yè)和IPC/JEDEC標(biāo)準(zhǔn)定義的封裝互連層級(jí)的術(shù)語(yǔ)來(lái)表述，電子微組裝是包含芯片級(jí)互連、1級(jí)封裝、2級(jí)封裝和系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）的，適用于分立元器件、多芯片組件和模塊產(chǎn)品的微組裝與封裝。對(duì)于SiP，ITRS給出的定義：一種能夠集成多種不同功能有源電子器件并組裝在單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝體內(nèi)，使其能夠?yàn)槟骋幌到y(tǒng)或子系統(tǒng)提供多個(gè)功能的集成式組裝及封裝形式。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能，SiP可以包含無(wú)源元件、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、光學(xué)元件和其他封裝體及部件，換句話說(shuō)，SiP是一種系統(tǒng)級(jí)一體化集成封裝結(jié)構(gòu)，它涵蓋了圖1中的1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)封裝技術(shù)。
從電子微組裝的組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，其構(gòu)成要素有4方面：基礎(chǔ)功能元器件（有源電子器件和無(wú)源電子元件）、集成元器件的電路基板（PCB、陶瓷基板等）、元器件與電路基板間的互連組裝材料（內(nèi)引線鍵合、焊料、黏結(jié)料等）、外部封裝材料（金屬外殼、有機(jī)包封料和外引腳）。電子微組裝涉及的產(chǎn)品包括：分立電子元器件（Discrete Electronic Component, DEC）、混合集成電路（Hybrid Integrated Circuit, HIC）、多芯片組件（Multi-Chip Module, MCM）、板級(jí)組件（Printed Circuit Board Assembly, PCBA）、微波組件（Microwave Assembly, MA）、微系統(tǒng)（Micro-system, MS）、SiP或板級(jí)微系統(tǒng)（System on Package, SoP）模塊、真空電子器件（Vacuum Electronic Device, VED）等。
電子微組裝的作用，就是把基礎(chǔ)功能元器件安裝在規(guī)定尺寸的封裝體內(nèi)，保證其內(nèi)部的電連接，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能。為此，需要采用各種微組裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部芯片間互連、芯片與外殼基板的互連、1級(jí)封裝與2級(jí)封裝的互連，并同時(shí)滿足產(chǎn)品散熱、機(jī)械固定和防潮等方面的要求。
二、電子微組裝技術(shù)發(fā)展歷程及特點(diǎn)
作為電子組裝封裝技術(shù)的組成部分，電子微組裝技術(shù)以傳統(tǒng)電子封裝技術(shù)為基礎(chǔ)，為適應(yīng)產(chǎn)品微型化的需求而得以不斷發(fā)展。產(chǎn)業(yè)化的電子組裝封裝技術(shù)發(fā)展至今，已有60多年的歷史。
1．電子組裝封裝技術(shù)發(fā)展歷程
20世紀(jì)50年代，電子元器件主要有真空電子管、長(zhǎng)引腳無(wú)源元件，這時(shí)通常采用導(dǎo)線連接、螺絲擰緊的方式在金屬板框架上固定元器件，并未形成或提出組裝密度的概念。應(yīng)用的代表產(chǎn)品有電子管收音機(jī)。
20世紀(jì)60年代，半導(dǎo)體晶體管的出現(xiàn)，逐步取代了真空電子管，開(kāi)始使用軸向引線元件和晶體管，采用手工焊接工藝，將元器件引腳插入單面印制電路板（PCB）的焊孔進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)了在PCB電路板上組裝元器件，大大縮小了電子產(chǎn)品的體積。應(yīng)用的代表產(chǎn)品有塑料外殼半導(dǎo)體收音機(jī)。
20世紀(jì)70年代，發(fā)展了以雙列直插式封裝（Double In-line Package, DIP）和插針網(wǎng)格陣列封裝（Pin Grid Array Package, PGA）為代表的半導(dǎo)體集成電路（Integrated Circuit, IC），以及徑向引腳的無(wú)源元件，采用自動(dòng)插裝技術(shù)在雙面PCB電路板上組裝元器件。應(yīng)用的代表產(chǎn)品有黑白、彩色電視機(jī)。
20世紀(jì)80年代，發(fā)展了以四邊扁平封裝、四邊J形引腳扁平封裝為代表的大規(guī)模集成電路，形成標(biāo)準(zhǔn)化的表面貼裝器件（Surface Mounted Device, SMD）和表面貼裝元件（Surface Mounted Component, SMC），采用表面貼裝技術(shù)（SMT）在多層布線PCB和多種陶瓷基板上組裝元器件。應(yīng)用的代表產(chǎn)品有電子表、電子照相機(jī)。
20世紀(jì)90年代，發(fā)展了以球柵陣列（Ball Grid Array, BGA）和芯片尺寸封裝（Chip Size Package, CSP）為代表的高密度封裝器件，以及超大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路和多芯片組件（MCM），形成了封裝、芯片面積比小于1.5的高封裝效率技術(shù)，采用自動(dòng)貼裝技術(shù)在高密度多層PCB、玻璃基板（Chip on Glass, COG）和多層陶瓷基板上組裝元器件或裸芯片。其中，MCM是在HIC基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的用于高性能系統(tǒng)的模塊產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，主要應(yīng)用于航天、航空等高性能、高可靠性要求的產(chǎn)品，如IBM 4300系列大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的MCM結(jié)構(gòu)CPU，其陶瓷基板有40多層，包含25種IC。其他商業(yè)化應(yīng)用的代表產(chǎn)品有手機(jī)、便攜式電子產(chǎn)品。
2000—2010年，發(fā)展了系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)、圓片級(jí)封裝技術(shù)（WLP），并形成實(shí)用化產(chǎn)品。SiP是在成熟的主流IC裝配技術(shù)和表面安裝技術(shù)（SMT）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高密度封裝新技術(shù)，充分利用現(xiàn)有成熟的組裝技術(shù)，靈活運(yùn)用各種不同芯片資源和封裝互連優(yōu)勢(shì)，在保持SiP系統(tǒng)高性能的同時(shí)降低成本，其封裝解決方案包括：芯片并列、堆疊結(jié)構(gòu)，PoP封裝結(jié)構(gòu)，PiP封裝結(jié)構(gòu)。應(yīng)用的代表產(chǎn)品有智能手機(jī)、迷你移動(dòng)存儲(chǔ)卡、藍(lán)牙模塊等。
2010年至今，開(kāi)發(fā)了極小化元器件，組裝在撓性帶載基板（Flexible Printed Circuit, FPC）上，打造生活化可穿戴設(shè)備，其特點(diǎn)是：低功耗、低成本、小尺寸，應(yīng)用的代表產(chǎn)品有與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的智能手環(huán)、手表、眼鏡、衣服等可貼身穿戴的電子產(chǎn)品。同期，進(jìn)一步發(fā)展了SiP和SoP系統(tǒng)集成技術(shù)，在SiP芯片級(jí)互連方面，為獲得更高性能和組裝密度，不斷優(yōu)化3D芯片堆疊和TSV硅通孔技術(shù)；在SoP多層基板互連和元器件組裝方面，開(kāi)發(fā)了內(nèi)埋置元件多功能基板，SiP、SoP封裝技術(shù)在射頻和無(wú)線電設(shè)備、固體硬盤(pán)、汽車電子、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。
國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）報(bào)告（2015年）指出，半導(dǎo)體芯片體積到2021年將不再縮小，預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)步的傳統(tǒng)“摩爾定律（Moore's Law）”—每1～2年單芯片內(nèi)晶體管數(shù)量翻倍且性能提升一倍，將在5年內(nèi)終結(jié)，如圖2所示。為持續(xù)提高半導(dǎo)體器件性能和運(yùn)算速度，芯片只能向3D轉(zhuǎn)型，3D堆疊等新型微組裝技術(shù)將在短期內(nèi)成為芯片晶體管密度提高的重要手段，并被解釋為預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)步的“摩爾定律升級(jí)（More than Moore）”，在“ITRS 2.0”中，3D集成技術(shù)將聚焦系統(tǒng)集成、異構(gòu)集成和異構(gòu)組成等三維集成微組裝技術(shù)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，多種功能芯片的高密度集成必然帶來(lái)新型電子微組裝技術(shù)的發(fā)展和革命。
圖2 ITRS報(bào)告：傳統(tǒng)“摩爾定律”將在2021年終結(jié)
2．電子微組裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)
自1960年出現(xiàn)晶體管以來(lái)，電子封裝50多年的演變和發(fā)展趨勢(shì)如圖3所示。
圖3 電子封裝50多年的演變和發(fā)展
與SiP相比，SoP亦是系統(tǒng)級(jí)封裝的概念，雖然都采用“封裝”來(lái)描述，但前者強(qiáng)調(diào)一個(gè)小型完整“封裝”的理念，后者強(qiáng)調(diào)在單一基板上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能“組裝”的理念，各有優(yōu)勢(shì)和適用范圍。為保證系統(tǒng)級(jí)封裝的一體化，SiP注重芯片級(jí)互連技術(shù)，通過(guò)芯片疊層、硅TSV通孔、芯片倒裝焊和內(nèi)引線鍵合等互連技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)功能的各類裸芯片在單一封裝體內(nèi)的高密度組裝，系統(tǒng)功能的拓展則采用PoP或PiP封裝技術(shù)，SiP大量應(yīng)用于存儲(chǔ)器等數(shù)字產(chǎn)品和高可靠性產(chǎn)品。而為保證復(fù)雜系統(tǒng)功能在單一基板上的實(shí)現(xiàn)，SoP注重?zé)o源嵌入及多層布線基板技術(shù)，通過(guò)LTCC、MLCC、厚膜等多層布線基板技術(shù)和可埋置薄膜阻容感元件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)功能的各類獨(dú)立封裝元器件（包括MCM、SiP）在單一多功能基板上的高密度組裝，以滿足各種復(fù)雜系統(tǒng)功能的組裝要求，SoP主要應(yīng)用于射頻/微波組件、光學(xué)探測(cè)和微機(jī)電傳感等微系統(tǒng)產(chǎn)品。從近10年的系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用對(duì)比來(lái)看，SiP商業(yè)化產(chǎn)品已成熟推出，而SoP的更高性能的多層基板技術(shù)還在不斷開(kāi)發(fā)和完善，其成熟的商業(yè)化產(chǎn)品仍在期待中。
為適應(yīng)電子產(chǎn)品的小型化應(yīng)用，21世紀(jì)初至今，電子微組裝技術(shù)在三個(gè)方向不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。
（1）微米級(jí)的組裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更小尺寸、更高密度的封裝。如：硅芯片TSV通孔技術(shù)、碳納米管微凸點(diǎn)技術(shù)。
（2）圓片級(jí)封裝（Wafer Level Package, WLP）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝成本的降低和封裝效率及可靠性的提高。如：從Fan-in WLP發(fā)展到Fan-out WLP，通過(guò)eWLP-BGA結(jié)構(gòu)使3D SiP封裝在縱向互連。
（3）滿足系統(tǒng)功能的3D封裝物理布局設(shè)計(jì)技術(shù)，以最合理的封裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系統(tǒng)功能。如：通過(guò)基于SiP的信息安全芯片集成設(shè)計(jì)技術(shù)解決信息安全系統(tǒng)中邏輯芯片與存儲(chǔ)器難集成的問(wèn)題，采用內(nèi)埋置多層布線基板和芯片疊層組裝技術(shù)滿足射頻收發(fā)及D/A轉(zhuǎn)換等系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求，采用單晶硅基板和硅埋置型多層BCB/Au布線的SiP封裝工藝技術(shù)滿足k波段雷達(dá)功分器的設(shè)計(jì)要求，利用多層厚膜布線基板技術(shù)設(shè)計(jì)以滿足毫米波SoP電路系統(tǒng)功能，以及利用先進(jìn)的埋置型晶圓級(jí)BGA技術(shù)和PoP技術(shù)（eWLB-PoP）解決手機(jī)高密度封裝問(wèn)題并滿足相應(yīng)的功能要求。實(shí)際上，系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP、SoP）的設(shè)計(jì)，需要綜合考慮產(chǎn)品的功能、尺寸、重量、成本和可靠性要求，是需要將產(chǎn)品功能與傳統(tǒng)PCB技術(shù)、先進(jìn)SoC及SiP/SoP互連技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)的封裝技術(shù)。
ITRS報(bào)告關(guān)于3DIC TSV的技術(shù)路線圖表明，2009—2015年，TSV技術(shù)進(jìn)步特點(diǎn)是尺寸減小到原來(lái)的一半，見(jiàn)表1；ITRS報(bào)告關(guān)于SiP芯片與基板布線互連的絲鍵合水平，見(jiàn)表2。
表1 ITRS 3DIC TSV路線圖：TSV技術(shù)
注：W2W，Wafer to Wafer，晶片與晶片（堆疊）；
D2W，Die to Wafer，芯片與圓片（堆疊）；
D2D，Die to Die，芯片與芯片（堆疊）；
TSV，Through Silicon Via，硅通孔。
表2 ITRS關(guān)于SiP封裝的絲鍵合水平
總體而言，隨著電子封裝技術(shù)的快速發(fā)展，特別是電子微組裝技術(shù)的加入和拓展，半導(dǎo)體技術(shù)、封裝技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品之間不斷滲透，界限越來(lái)越模糊。在一個(gè)系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品中，由于元器件高密度組裝，其微組裝材料既是結(jié)構(gòu)的固定材料又是電路的阻容感元件，特別是微波電路產(chǎn)品，因此系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體裸芯片之間的互連方式以及多層基板布線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接相關(guān)。
從產(chǎn)品的角度，在電子微組裝技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步的帶動(dòng)下，電子封裝技術(shù)有以下八個(gè)主要發(fā)展方向：
① 向著高密度、多I/O數(shù)方向發(fā)展；
② 向著提高表面貼裝密度方向發(fā)展；
③ 向著高頻、大功率方向發(fā)展；
④ 向著薄型化、微型化、不對(duì)稱化、低成本化方向發(fā)展；
⑤ 從單芯片封裝向多芯片封裝發(fā)展；
⑥ 從2D平面封裝向3D立體封裝方向發(fā)展；
⑦ 向著系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP、SoP）方向發(fā)展；
⑧ 向著綠色環(huán)?；较虬l(fā)展。
三、電子微組裝可靠性要求
電子微組裝可靠性要求，體現(xiàn)在兩個(gè)層面。首先是微組裝產(chǎn)品的可靠性要求，其次是產(chǎn)品微組裝互連結(jié)構(gòu)的可靠性要求，產(chǎn)品的可靠性要求決定了微組裝互連結(jié)構(gòu)的可靠性要求，雖然產(chǎn)品可靠性與使用環(huán)境密切相關(guān)，但最終決定產(chǎn)品可靠性的應(yīng)力因素是產(chǎn)品微組裝物理結(jié)構(gòu)的實(shí)際載荷應(yīng)力。
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？梢灾?，對(duì)某類產(chǎn)品而言，其可靠性所描述的“能力”與使用環(huán)境應(yīng)力和工作時(shí)間有關(guān)，而這種“能力”可以用可靠度、失效概率、失效密度、失效率、平均壽命、特征壽命等可靠性特征量來(lái)度量，如果用可靠度來(lái)度量產(chǎn)品的可靠性，則產(chǎn)品的可靠度（R）是使用環(huán)境應(yīng)力F和時(shí)間t的函數(shù)，即
式中，ψ為產(chǎn)品可靠度R與環(huán)境應(yīng)力F和時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系，T為產(chǎn)品壽命。
現(xiàn)實(shí)中的使用環(huán)境，應(yīng)力F有各種類型，如：溫度應(yīng)力F1（恒定溫度T，溫度變化ΔT，溫度梯度?T，溫度變化率?T/?t，…），機(jī)械應(yīng)力F2（振動(dòng)應(yīng)力FV，機(jī)沖應(yīng)力FS，恒加應(yīng)力Fa，…），潮濕應(yīng)力F3（%RH，…），電磁應(yīng)力F4（電場(chǎng)E，磁場(chǎng)H，靜電損傷ESD，…），鹽霧F5（SF，…），輻射應(yīng)力F6（總劑量Cy，中子注入量Cn，…），低氣壓F7（PV，…）等，如果把產(chǎn)品電負(fù)荷（電流I，電壓V，功耗P，頻率f，負(fù)載R/RL/RC，…）作為電載應(yīng)力F8，產(chǎn)品工作時(shí)間（持續(xù)時(shí)間t，開(kāi)關(guān)/循環(huán)/沖擊次數(shù)N，…）是必然存在的時(shí)間應(yīng)力，則產(chǎn)品可靠度就是這些環(huán)境應(yīng)力、電載應(yīng)力和時(shí)間應(yīng)力的函數(shù)，根據(jù)式（1-1），將產(chǎn)品可靠度R與外部環(huán)境應(yīng)力F之間的關(guān)系寫(xiě)為
如果分別考慮某類應(yīng)力或多類應(yīng)力耦合對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響，則根據(jù)式（1-2），產(chǎn)品可靠度R與各種環(huán)境應(yīng)力F和時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系可表示為
式中，φ1、φ2、…、φ8和ψ，分別是產(chǎn)品可靠度R與環(huán)境的溫度應(yīng)力F1、機(jī)械應(yīng)力F2、潮濕應(yīng)力F3、電磁場(chǎng)/靜電應(yīng)力F4、鹽霧應(yīng)力F5、輻照應(yīng)力F6、低氣壓應(yīng)力F7、電載應(yīng)力F8和多應(yīng)力耦合（F1∩…∩F8）的函數(shù)關(guān)系。
所以，產(chǎn)品的可靠性是環(huán)境應(yīng)力的函數(shù)，不同環(huán)境應(yīng)力下的產(chǎn)品可靠性不盡相同，可以通過(guò)可靠性試驗(yàn)和各類環(huán)境試驗(yàn)，考核產(chǎn)品的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性，綜合環(huán)境試驗(yàn)可以考核產(chǎn)品在多環(huán)境應(yīng)力耦合下的環(huán)境適應(yīng)性，加速壽命、加速退化等加速應(yīng)力試驗(yàn)是快速建立式（1-3）中可靠性函數(shù)關(guān)系的有效手段。
2．微組裝產(chǎn)品可靠性要求
電子微組裝互連包括芯片級(jí)互連、1級(jí)封裝和2級(jí)封裝，從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和組裝結(jié)構(gòu)定義來(lái)區(qū)分，其涉及的產(chǎn)品有分立電子元器件（DEC）、混合集成電路（HIC）、多芯片組件（MCM）、微波組件（MS）、光電組件（Opto-Electronic Assembly, OEA）、微電路模塊（Microcircuit Modules, MM）、系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品和真空電子器件（VED）等。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可靠性基本要求和環(huán)境適應(yīng)性要求（含用戶規(guī)定），包括以失效率和壽命為指標(biāo)的可靠性基本要求，以溫度、機(jī)械、濕熱、鹽霧、電磁、輻照、低氣壓等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)力為指標(biāo)的環(huán)境適應(yīng)性要求。前者描述產(chǎn)品在規(guī)定應(yīng)力（通常降額）條件下長(zhǎng)期工作仍能實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力要求，后者描述產(chǎn)品在規(guī)定應(yīng)力（極限或額定）條件下短時(shí)間工作（或非工作）仍能實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力要求。顯然，可靠性基本要求和環(huán)境適應(yīng)性要求分別描述了產(chǎn)品質(zhì)量的“耐力”和“強(qiáng)度”，可靠性基本要求強(qiáng)調(diào)的是較低應(yīng)力水平和長(zhǎng)時(shí)間工作，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)調(diào)的是較高應(yīng)力水平和短時(shí)間工作。
1）可靠性基本要求
表3列出了與失效率和壽命相關(guān)的6項(xiàng)可靠性基本要求，這些基本要求由元器件、組件和模塊的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或用戶來(lái)規(guī)定。評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否達(dá)到這些基本可靠性要求的標(biāo)準(zhǔn)為GB 1772—79《電子元器件失效率試驗(yàn)方法》、GJB 128A—97《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》、GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》、GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》、GJB 616A—2001《電子管試驗(yàn)方法》、GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》和GB 2689.1～2689.4—81《壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)方法》。
表3 電子元器件、組件和模塊產(chǎn)品的可靠性基本要求（標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）
注：1）參照GJB 33A—97《半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》，1a）表5C組周期檢驗(yàn)；
2）參照各類電子元件總規(guī)范，如：GJB 63B—2001《有可靠性指標(biāo)的固體電解質(zhì)鉭電容器總規(guī)范》，4.7.19壽命；GJB 601A—98《熱敏電阻器總規(guī)范》；
3）參照GJB 597B—2012《半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》，3a）表B.4 C組檢驗(yàn)；
4）參照GJB 2438A—2002《混合集成電路通用規(guī)范》，4a）表C.14 C組檢驗(yàn)；
5）參照SJ 20527A—2003《微波組件通用規(guī)范》，5a）和5b）表3 C組檢驗(yàn)；
6）參照SJ 20786—2000《半導(dǎo)體光電組件總規(guī)范》，6a）表6 C組檢驗(yàn)；
7）參照SJ 20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》，7a）表2 鑒定試驗(yàn)；
8）根據(jù)產(chǎn)品功能類別選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下，若SiP/SoP產(chǎn)品為氣密封裝，則參照GJB 2438A標(biāo)準(zhǔn)要求；若產(chǎn)品為灌封等非氣密封裝，則參照SJ 20668標(biāo)準(zhǔn)要求；
9）參照GJB 3312A—2011《微波電子管通用規(guī)范》，9a）和9b）表2 檢驗(yàn)項(xiàng)目表，9c）4.9 保證使用壽命，9d）3.6.9 儲(chǔ)存壽命。
（1）失效率（λ）要求。
失效率（λ）是指工作到時(shí)刻t時(shí)尚未失效的產(chǎn)品在單位時(shí)間內(nèi)失效的概率，失效率要求規(guī)定了產(chǎn)品在有效工作壽命期內(nèi)允許發(fā)生隨機(jī)失效的概率上限。可以用失效率等級(jí)、失效率預(yù)計(jì)值或失效率計(jì)算值、規(guī)定條件下穩(wěn)態(tài)壽命或間歇壽命的期望來(lái)表征元器件及其組件的失效率要求。
失效率等級(jí)，是針對(duì)元器件失效率高低劃分的等級(jí)。根據(jù)GB1772—79《電子元器件失效率試驗(yàn)方法》中的定義，元器件失效率等級(jí)共分為七級(jí)，由低至高依次為：亞五級(jí)，五級(jí)，…，十級(jí)，失效率單位為1/小時(shí)或1/10次，可以通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，對(duì)壽命符合指數(shù)分布的元器件產(chǎn)品進(jìn)行失效率定級(jí)、等級(jí)維持和升級(jí)。
失效率預(yù)計(jì)，是指利用以往累積的現(xiàn)場(chǎng)使用失效數(shù)據(jù)，對(duì)壽命符合指數(shù)分布的元器件，預(yù)計(jì)其工作狀態(tài)下的失效率。根據(jù)GJB/Z299C—2006《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》，采用元器件應(yīng)力分析可靠性預(yù)計(jì)法，對(duì)國(guó)產(chǎn)元器件的基本失效率或工作失效率進(jìn)行預(yù)計(jì)，進(jìn)口元器件則采用相關(guān)的預(yù)計(jì)手冊(cè)。
失效率計(jì)算，是利用加速應(yīng)力試驗(yàn)的失效數(shù)據(jù)，對(duì)壽命符合指數(shù)分布的半導(dǎo)體器件，計(jì)算器件FIT級(jí)失效率。根據(jù)JESD 85（2001），對(duì)半導(dǎo)體器件在單一失效機(jī)理、多失效機(jī)理狀態(tài)下的失效率進(jìn)行計(jì)算。
穩(wěn)態(tài)壽命或間歇壽命，是指利用產(chǎn)品在1000小時(shí)或規(guī)定開(kāi)關(guān)次數(shù)內(nèi)、在最高允許殼溫或環(huán)境溫度下的額定功率試驗(yàn)數(shù)據(jù)。針對(duì)壽命符合指數(shù)分布的分立器件、HIC、MCM、微波組件、微電路模塊、SiP/SoP等，測(cè)定某批次產(chǎn)品可靠性是否符合規(guī)定條件下的失效率（λ）要求，或者說(shuō)測(cè)定某批次產(chǎn)品是否已處于失效率浴盆曲線的有效工作壽命期，而不具有早期失效的特征。根據(jù)GJB 33A—97《半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》、GJB 597B—2012《半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》、GJB 2438A—2002《混合集成電路通用規(guī)范》、SJ 20527A—2003《微波組件通用規(guī)范》、SJ 20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》和GJB 922—90《電子管總規(guī)范》，開(kāi)展規(guī)定條件下的穩(wěn)態(tài)壽命、間歇壽命等試驗(yàn)。
（2）壽命要求。壽命是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下，從開(kāi)始使用到必須大修或報(bào)廢的壽命單位數(shù)（工作時(shí)間、循環(huán)次數(shù)）。對(duì)元器件及其組件產(chǎn)品而言，壽命要求則是規(guī)定了產(chǎn)品在有效工作壽命期或儲(chǔ)存期至少應(yīng)達(dá)到的壽命，可以用平均壽命（MTTF或MTBF）、工作壽命和儲(chǔ)存壽命的期望來(lái)表征元器件及其組件的壽命要求。
平均壽命，是指產(chǎn)品壽命這一隨機(jī)變量的平均值，標(biāo)志著一批產(chǎn)品平均能工作多長(zhǎng)時(shí)間的量，對(duì)于不可修復(fù)的元器件而言，元器件平均壽命是失效前的平均時(shí)間，即平均失效前時(shí)間MTTF（Mean Time to Failure）；對(duì)于可修復(fù)的微波組件、光電組件、真空電子器件產(chǎn)品而言，其平均壽命是平均失效間隔時(shí)間，記為MTBF（Mean Time Between Failure）。當(dāng)元器件或組件產(chǎn)品壽命符合指數(shù)分布時(shí)，MTTF/MTBF表示可靠度R=0.368時(shí)的壽命，這時(shí)可以通過(guò)MTTF或MTBF獲取其失效率，λ=1/MTTF或1/MTBF。根據(jù)GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》，可以對(duì)微波組件、光電組件、真空電子器件進(jìn)行試驗(yàn)獲得MTBF。
工作壽命，在這里是指元器件和組件連續(xù)工作或發(fā)生性能退化而不再滿足要求時(shí)的耗損壽命，是一種表征產(chǎn)品退化特性的壽命參數(shù)，與失效率浴盆曲線的有效工作壽命區(qū)（隨機(jī)失效階段）的寬度對(duì)應(yīng)。元器件和組件的耗損壽命應(yīng)大于配套整機(jī)的連續(xù)工作壽命，無(wú)論元器件和組件是穩(wěn)態(tài)工作還是間歇（開(kāi)關(guān)）工作，整機(jī)中最短耗損壽命（短板壽命）的元器件決定了整機(jī)的工作壽命。根據(jù)GB 2689.1～2689.4—81、JEP 122G（2011），可以對(duì)元器件和組件開(kāi)展加速壽命試驗(yàn)和評(píng)估，獲取耗損壽命參數(shù)。
儲(chǔ)存壽命，是指產(chǎn)品在規(guī)定儲(chǔ)存條件下能夠滿足規(guī)定要求的儲(chǔ)存期限。元器件和組件的儲(chǔ)存壽命應(yīng)大于配套整機(jī)的儲(chǔ)存壽命，目前行業(yè)對(duì)元器件和組件儲(chǔ)存壽命的指標(biāo)要求有5年、8年、13年和15年。根據(jù)GB 2689.1～2689.4—81和JEP 122G（2011），結(jié)合儲(chǔ)存環(huán)境的溫度、濕度及運(yùn)輸應(yīng)力條件，可以對(duì)元器件和組件開(kāi)展儲(chǔ)存加速壽命試驗(yàn)和評(píng)估，獲取儲(chǔ)存壽命。儲(chǔ)存期間元器件非工作狀態(tài)的失效率預(yù)計(jì)，可以按照GJB/Z 108—98《電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行。
2）溫度、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性要求
表4給出了與溫度、機(jī)械相關(guān)的6類環(huán)境適應(yīng)性要求，這些要求來(lái)自電子元器件、組件和模塊產(chǎn)品通用規(guī)范的相關(guān)環(huán)境適應(yīng)性考核要求。評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的適應(yīng)性要求的試驗(yàn)方法，除前面列出的標(biāo)準(zhǔn)GJB 128A—97、GJB 360B、GJB 548B、GJB 616A外，還有標(biāo)準(zhǔn)GJB 150A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》、GB/T 2423《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 方法系列》、GB/T 2424《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 導(dǎo)則系列》。
表4 電子元器件、組件和模塊環(huán)境適應(yīng)性要求——溫度/機(jī)械（標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）
注：1）參照GJB 33A—97《半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》。1a）表3“A組檢驗(yàn)”；1b）表7“E組檢驗(yàn)”；表4b“B組檢驗(yàn)”；1c）、1d）和1e）表5“C組檢驗(yàn)”；1f）表4b“B組檢驗(yàn)”。
2）參照各類電子元件總規(guī)范，如：GJB 63B—2001《有可靠性指標(biāo)的固體電解質(zhì)鉭電容器總規(guī)范》、GJB 601A—98《熱敏電阻器總規(guī)范》等。2a）GJB 63B—2001表11“穩(wěn)定性試驗(yàn)溫度”；2b）GJB 63B—2001 4.7.13.1 溫度沖擊；2c）GJB 63B—2001 4.7.11 高頻振動(dòng)；2d）GJB 63B 4.7.10 沖擊（規(guī)定脈沖）；
3）參照GJB 597B—2012《半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》。3a）表B.2“A組電測(cè)試”；3b）、3c）、3d）、3e）和3f）表B.5“D組檢驗(yàn)”。
4）參照GJB 2438A—2002《混合集成電路通用規(guī)范》。4a）表C.11“A組檢驗(yàn)”；4b）、4c）、4e）和4f）表C.14“C組檢驗(yàn)”；4d）需要時(shí)根據(jù)用戶需求規(guī)定。
5）參照SJ 20527A—2003《微波組件通用規(guī)范》。5a）表2“A組檢驗(yàn)”；5b）表3“C組檢驗(yàn)”；5c）和5d）表3“C組檢驗(yàn)”。
6）參照SJ 20786—2000《半導(dǎo)體光電組件總規(guī)范》。6a）表1、表4和表5；6b）、6c）和6d）表6“C組檢驗(yàn)”。
7）參照SJ 20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》。7a）表2“鑒定檢驗(yàn)”；7c）、7d）和7e）表4“C組試驗(yàn)”。
8）根據(jù)產(chǎn)品類別，選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，通常情況下，若SiP/SoP產(chǎn)品為氣密封裝，則參照GJB 2438A標(biāo)準(zhǔn)要求；若產(chǎn)品為灌封等非氣密封裝，則參照SJ 20668或SJ 20527A標(biāo)準(zhǔn)要求。
9）參照GJB 3312A—2011《微波電子管通用規(guī)范》。9a）表2“檢驗(yàn)項(xiàng)目表 高溫工作、低溫工作”；9b）、9d）和9e）表2“檢驗(yàn)項(xiàng)目表 溫度循環(huán)、振動(dòng)、機(jī)械沖擊”；9c）參照產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范要求。
（1）溫度環(huán)境適應(yīng)性要求。溫度環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品在其壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的各種溫度環(huán)境下進(jìn)行工作或儲(chǔ)存，仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能、性能且不被破壞的能力，溫度環(huán)境適應(yīng)性要求則規(guī)定了產(chǎn)品應(yīng)能耐受的溫度應(yīng)力水平。可以用高溫/低溫環(huán)境適應(yīng)性、溫度循環(huán)適應(yīng)性、溫度沖擊適應(yīng)性的期望來(lái)表征元器件及其組件的溫度環(huán)境適應(yīng)性要求。
高溫/低溫環(huán)境適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在最高、最低額定外殼溫度或環(huán)境溫度條件下工作，能夠滿足規(guī)定功能和性能的適應(yīng)能力。極端高溫/低溫會(huì)使元器件和組件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和物理性能發(fā)生很大變化，導(dǎo)致產(chǎn)品損傷或發(fā)生性能變化，如：高溫使有機(jī)材料快速老化、半導(dǎo)體器件PN結(jié)漏電流增加、絕緣材料性能下降，低溫使有機(jī)材料喪失彈性或破裂、金屬和塑料脆性開(kāi)裂、氣密封裝器件內(nèi)部水汽凝露發(fā)生參數(shù)超差或短路等。采用高溫/低溫試驗(yàn)，可以對(duì)元器件及其組件的高溫/低溫環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核，其最高溫度和最低溫度以產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范中“工作條件-溫度范圍”規(guī)定的最低殼/環(huán)溫度和最高殼/環(huán)溫度為依據(jù)。
溫度循環(huán)適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在極端高溫和極端低溫，以及極端高溫與極端低溫緩慢交替變化（ΔT/min≤20℃）條件下工作，能夠滿足規(guī)定功能和性能的適應(yīng)能力。高溫、低溫及高低溫緩慢交替變化應(yīng)力的持續(xù)施加，會(huì)使元器件和組件產(chǎn)品材料界面的韌性材料發(fā)生疲勞和蠕變，導(dǎo)致局部導(dǎo)電性能和機(jī)械強(qiáng)度下降，如：使元器件焊點(diǎn)材料熱疲勞導(dǎo)致開(kāi)裂、使塑封器件水汽沿引腳框架滲入導(dǎo)致芯片腐蝕、使氣密封裝器件內(nèi)部水汽凝結(jié)并蒸發(fā)導(dǎo)致芯片腐蝕加速等。采用溫度循環(huán)試驗(yàn)，可以對(duì)元器件及其組件的溫度循環(huán)適應(yīng)性進(jìn)行考核，其溫循應(yīng)力水平以標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范要求為準(zhǔn)。
溫度沖擊適應(yīng)性，是指產(chǎn)品經(jīng)歷溫度劇變（ΔT/min≥20℃）后仍能保持結(jié)構(gòu)完整性的能力。溫度劇烈變化，會(huì)使元器件和組件內(nèi)部在材料界面迅速形成強(qiáng)烈應(yīng)力響應(yīng)，可能導(dǎo)致產(chǎn)品快速產(chǎn)生裂紋和結(jié)構(gòu)損傷，如：使硬焊料燒結(jié)的芯片破裂、使密封器件玻璃絕緣子開(kāi)裂水汽滲入、使元件涂敷層脫落等。采用溫度沖擊試驗(yàn)，可以對(duì)元器件及其組件的溫度沖擊適應(yīng)性進(jìn)行考核，試驗(yàn)應(yīng)力水平參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
（2）機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性要求。機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品在其壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的多種機(jī)械環(huán)境的作用下，仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能、性能且不被破壞的能力，機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品應(yīng)能適應(yīng)的機(jī)械應(yīng)力水平?？梢杂脵C(jī)械振動(dòng)適應(yīng)性、機(jī)械沖擊適應(yīng)性、恒定加速度（或穩(wěn)態(tài)加速度）適應(yīng)性的期望來(lái)表征元器件及其組件的機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性要求。
機(jī)械振動(dòng)適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在經(jīng)歷機(jī)械振動(dòng)后或在機(jī)械振動(dòng)條件下工作，仍能保持結(jié)構(gòu)完整或滿足規(guī)定功能和性能的能力。機(jī)械振動(dòng)會(huì)使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋損傷或振動(dòng)疲勞破壞，如：繼電器觸點(diǎn)接觸不良、PCB板上元器件引腳焊點(diǎn)振動(dòng)疲勞脫開(kāi)、氣密性封裝組件蓋板焊縫開(kāi)裂等。為模擬地面固定裝置、船舶航行等引起的正弦振動(dòng)，模擬火箭發(fā)射、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛行駛等引起的隨機(jī)振動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)給出了掃頻振動(dòng)和振動(dòng)疲勞試驗(yàn)（10～2000Hz掃頻或定頻的正弦振動(dòng)激勵(lì)）以及隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)（10～2000Hz同時(shí)在所有頻率上進(jìn)行激勵(lì)），考核產(chǎn)品抗振能力和振動(dòng)疲勞壽命。
機(jī)械沖擊適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在經(jīng)歷機(jī)械沖擊后，仍能保持結(jié)構(gòu)完整的能力。機(jī)械沖擊產(chǎn)生于產(chǎn)品裝卸、車輛緊急制動(dòng)和碰撞等過(guò)程，由于產(chǎn)品突然受力或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生突然變化，使元器件和組件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)瞬間變形并產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊響應(yīng)，可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)破損，如：氣密封裝蓋板塌陷導(dǎo)致內(nèi)引線變形損傷、HIC電路陶瓷基板開(kāi)裂、高密度陶封電路內(nèi)引線觸碰短路等。采用機(jī)械沖擊試驗(yàn)，可以對(duì)元器件及其組件的機(jī)械沖擊適應(yīng)性進(jìn)行考核。
恒定加速度（或穩(wěn)態(tài)加速度）適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在經(jīng)歷某種恒定加速度作用后，仍能保持結(jié)構(gòu)完整的能力。恒定加速度產(chǎn)生于車輛、飛機(jī)和導(dǎo)彈的加速、減速、轉(zhuǎn)彎等過(guò)程，由于產(chǎn)品不斷受到恒定加速度的作用，使元器件或組件內(nèi)部組裝結(jié)構(gòu)持續(xù)受到與加速度方向相反的應(yīng)力作用，可能導(dǎo)致產(chǎn)品外殼、引線、封接等處損傷，導(dǎo)致電性能變壞，如：加速度過(guò)載使MEMS器件微硅質(zhì)量塊系統(tǒng)發(fā)生不可恢復(fù)的形變、電感或電容器量值變化、繼電器誤動(dòng)作、組件內(nèi)部表面貼裝元件脫落等。一般采用離心方式的恒定加速度試驗(yàn)，對(duì)元器件和集成電路封裝結(jié)構(gòu)、模塊電路組裝結(jié)構(gòu)的恒定加速度適應(yīng)性進(jìn)行考核。
3）濕熱、鹽霧、電磁、輻射、低氣壓環(huán)境適應(yīng)性要求
表5列出了與濕熱、鹽霧、電磁、輻射、低氣壓5類環(huán)境的適應(yīng)性要求，這些要求來(lái)自電子元器件、組件和模塊產(chǎn)品通用規(guī)范的相關(guān)環(huán)境適應(yīng)性考核要求，評(píng)價(jià)其是否達(dá)到規(guī)定的適應(yīng)性要求的試驗(yàn)方法，除前面列出的標(biāo)準(zhǔn)GJB 128A—97、GJB 360B、GJB 548B、GJB 616A、GJB 150A、GB/T 2423和GB/T 2424外還依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》等。
表5 電子元器件、組件和模塊環(huán)境適應(yīng)性要求——濕熱/鹽霧/電磁/輻照/低氣壓（標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）
注：1）參照GJB 33A—97《半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》。1a）表5“C組檢驗(yàn) 耐濕”；1b）表5“C組檢驗(yàn) 鹽霧”；1c）“4.5.2.1 ESD等級(jí)鑒定”；1d）表1b“輻射強(qiáng)度保證等級(jí)和要求”；1e）表7“E組檢驗(yàn)（僅對(duì)＞200V器件）”。
2）參照各類電子元件總規(guī)范。如：GJB 63B—2001《有可靠性指標(biāo)的固體電解質(zhì)鉭電容器總規(guī)范》，2a）表4“C組檢驗(yàn) 耐濕”；2b）表4“C組檢驗(yàn) 鹽霧”。GJB 601A—98《熱敏電阻器總規(guī)范》。
3）參照GJB 597B—2012《半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》。3a）表B.5“D組檢驗(yàn) 耐濕”；3b）表B.5“D組檢驗(yàn) 鹽霧”；3c）檢測(cè)方法：IEC 61967，Ed.2∶Integrated circuits-Measurement of electromagnetic emissions-Part 3∶ Measurement of radiated emissions-Surface scan method.2013；3d）3.4.2.4 ESDS等級(jí)鑒定；3e）表2“RHA等級(jí)”。
4）參照GJB 2438A—2002《混合集成電路通用規(guī)范》。4a）表C.15“與封裝有關(guān)的D組檢驗(yàn) 耐濕”；4b）表C.15“與封裝有關(guān)的D組檢驗(yàn) 鹽霧”；4c）3.8.5.7.3 ESDS識(shí)別標(biāo)志；4d）表E.1“RHA等級(jí)”；4e）GJB1027A—2005《運(yùn)載器、上面級(jí)和航天器試驗(yàn)要求》6.4.4組件鑒定熱真空試驗(yàn)。
5）參照SJ 20527A—2003《微波組件通用規(guī)范》。5a）表3“C組檢驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)濕熱”；5b）表3“C組檢驗(yàn) 鹽霧”；5c）3.810.8.2 靜電敏感標(biāo)志；5d）6.1 預(yù)定用途 特殊要求在詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定；5e）表3“C組檢驗(yàn)低氣壓”。
6）參照SJ 20786—2000《半導(dǎo)體光電組件總規(guī)范》。6a）表6“C組檢驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)濕熱”；6b）表6“C組檢驗(yàn)鹽霧”；6c）表6“C組檢驗(yàn) 電磁兼容試驗(yàn)”；6d）表6“C組檢驗(yàn) 靜電放電敏感度試驗(yàn)”。
7）參照SJ 20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》。7a）表2“鑒定檢驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)濕熱”；7b）表2“鑒定檢驗(yàn) 鹽霧”。
8）根據(jù)產(chǎn)品類別，選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，通常情況下，若SiP/SoP產(chǎn)品為氣密性封裝，則參照GJB 2438A標(biāo)準(zhǔn)要求；若產(chǎn)品為灌封等非氣密封裝，則參照SJ 20668或SJ 20527A標(biāo)準(zhǔn)要求。
9）參照GJB 3312A—2011《微波電子管通用規(guī)范》。9a）、9b）和9c）表2“檢驗(yàn)項(xiàng)目表 防潮、鹽霧、低氣壓、熱真空”。
（1）濕熱環(huán)境適應(yīng)性要求。濕熱環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品在高濕、高熱環(huán)境下工作或儲(chǔ)存，仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能、性能且不被破壞的能力，濕熱環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品應(yīng)能耐受的濕度/溫度應(yīng)力水平。一般用標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)、耐濕試驗(yàn)，分別模擬雨季高溫不通風(fēng)場(chǎng)合（地下室或坑道）的高溫高濕環(huán)境、熱帶和亞熱帶日夜間的循環(huán)高溫高濕環(huán)境，對(duì)元器件及其組件的濕熱環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。
穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)，是使產(chǎn)品連續(xù)暴露在高溫高濕（90%～95%RH/40℃）條件下，促使材料吸潮后膨脹，性能變壞，引起絕緣材料性能下降，甚至可能引起金屬材料表面嚴(yán)重腐蝕，引腳斷裂。產(chǎn)品受潮機(jī)理以水汽吸附、吸收和擴(kuò)散為主。
耐濕試驗(yàn)，是使產(chǎn)品暴露在高濕和溫度循環(huán)（80%～100%RH/25～65℃）條件下，反復(fù)經(jīng)受高濕和溫度循環(huán)的共同作用，引起材料表面凝露和腐蝕、絕緣材料性能下降，同時(shí)凝露水汽所引起的應(yīng)力將會(huì)造成材料裂縫加寬。產(chǎn)品受潮機(jī)理以表面凝露、蒸發(fā)的“呼吸”過(guò)程為主，而“呼吸”作用會(huì)加速材料的腐蝕。
（2）鹽霧環(huán)境適應(yīng)性要求。鹽霧環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品在含有很多鹽分的大氣環(huán)境下工作或儲(chǔ)存，外部封裝材料仍能保持規(guī)定的電性能、機(jī)械性能和外觀要求的能力，鹽霧環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品應(yīng)能耐受的鹽霧應(yīng)力水平。一般用標(biāo)準(zhǔn)的鹽霧試驗(yàn)，模擬海洋氣候環(huán)境，考核元器件及其組件封裝材料和外引腳材料的鹽霧適應(yīng)性。
鹽霧試驗(yàn)，是使產(chǎn)品暴露在鹽霧沉積率為（20～50）g/m2·d的條件下，使產(chǎn)品封裝鍍涂層表面發(fā)生銹蝕，降低元器件及其組件的封裝可靠性。
（3）電磁環(huán)境適應(yīng)性要求。電磁環(huán)境適應(yīng)性包括產(chǎn)品的電磁兼容（EMC）性、電磁干擾（EMI）性以及抗靜電損傷（ESD）能力，電磁環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品應(yīng)能滿足的電磁發(fā)射、電磁干擾應(yīng)力水平，以及應(yīng)能耐受的靜電放電電壓水平。一般采用IEC 61967或GB/T 17626標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)集成電路、光電組件、微波組件等微組裝產(chǎn)品進(jìn)行EMC和EMI測(cè)試，采用GJB 1649或GB/T 17626標(biāo)準(zhǔn)方法的人體靜電放電模型對(duì)分立器件、集成電路、混合集成電路、微波組件等微組裝產(chǎn)品進(jìn)行抗ESD水平測(cè)試。
（4）輻射環(huán)境適應(yīng)性要求。輻射環(huán)境適應(yīng)性即抗輻射能力，包括：電離輻射（總劑量）、中子輻射，輻射環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品能抵抗輻射應(yīng)力的水平。空間輻射環(huán)境中的γ射線、X射線、高能電子流、快中子流、α射線和β射線都能引起材料的電離，即發(fā)生電離輻射效應(yīng)，在半導(dǎo)體器件中引起瞬時(shí)光電流、寄生漏電流、表面效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可能導(dǎo)致器件性能退化和失效；空間輻射環(huán)境中的中子、電子和γ射線均能在半導(dǎo)體材料中造成位移損傷，即位移輻射效應(yīng)，其中以中子輻射影響最大[40]。一般采用GJB 128A—97標(biāo)準(zhǔn)中的“方法1019穩(wěn)態(tài)總劑量輻照程序”和GJB 548B—2005標(biāo)準(zhǔn)中的“方法1017中子輻射試驗(yàn)程序”“方法1019.2電離輻射（總劑量）試驗(yàn)程序”“方法1020.1劑量率感應(yīng)鎖定試驗(yàn)程序”“方法1021.1數(shù)字微電路的劑量翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)”“方法1023.1線性微電離的劑量率響應(yīng)和翻轉(zhuǎn)閾值”，對(duì)微電子器件產(chǎn)品進(jìn)行抗輻射能力檢測(cè)。
（5）低氣壓/真空環(huán)境適應(yīng)性要求。低氣壓/真空環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品在空氣稀薄環(huán)境或真空環(huán)境下工作或儲(chǔ)存，仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能、性能的能力。低氣壓/真空環(huán)境適應(yīng)性要求規(guī)定了產(chǎn)品所能適應(yīng)的低氣壓/真空應(yīng)力水平。一般用標(biāo)準(zhǔn)的低氣壓試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)，分別模擬高原和高山地帶的對(duì)流層環(huán)境和航天器在空間的真空環(huán)境，對(duì)元器件及其組件的低氣壓/真空環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。
低氣壓試驗(yàn)，是使產(chǎn)品暴露在低氣壓（（0.15～0.32）×10-6kPa）條件下，使得產(chǎn)品通過(guò)空氣對(duì)流換熱的效率降低，導(dǎo)致升溫；使氣密封裝產(chǎn)品產(chǎn)生由內(nèi)部指向外部的壓力，發(fā)生封裝結(jié)構(gòu)變形和泄漏；使產(chǎn)品的空氣絕緣性能下降，產(chǎn)生局部火花或微放電問(wèn)題。一般用GJB 360B標(biāo)準(zhǔn)“方法105低氣壓試驗(yàn)”和GJB 616A標(biāo)準(zhǔn)“方法1002A低氣壓試驗(yàn)”，對(duì)電子電氣元件、微波組件和微波真空器件的低氣壓環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)。
熱真空試驗(yàn)，是使航天用電子組件產(chǎn)品處于真空（6.65×10-3Pa）和熱循環(huán)（-35～70℃）條件，使得產(chǎn)品散熱能力急劇下降，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部溫度大幅上升；同時(shí)伴隨溫度循環(huán)過(guò)程，使得產(chǎn)品在不同材料界面處產(chǎn)生熱失配，特別是氣密封裝產(chǎn)品外引腳的玻璃絕緣子，易因此發(fā)生破裂。一般用GJB 1027A標(biāo)準(zhǔn)“6.4.4飛行器鑒定熱真空試驗(yàn)”或GJB 3758標(biāo)準(zhǔn)“5.1外熱流模擬”“5.2溫度模擬”，對(duì)航天用電子組件產(chǎn)品的熱真空適應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)。
3．微組裝可靠性與載荷應(yīng)力的關(guān)系
由圖1可知，電子微組裝包括芯片級(jí)互連、1級(jí)封裝和2級(jí)封裝，對(duì)于每個(gè)微組裝部位（分別指互連結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝元器件）而言，其可靠性與產(chǎn)品中該部位實(shí)際承受的載荷應(yīng)力及載荷時(shí)間有關(guān)，如果用可靠度來(lái)度量某個(gè)微組裝部位的可靠性，則該部位的可靠度Ri是其載荷應(yīng)力Fr和載荷時(shí)間t的函數(shù)；而載荷應(yīng)力Fr作為產(chǎn)品微組裝部位對(duì)外部環(huán)境應(yīng)力F的真實(shí)響應(yīng)，其大小與環(huán)境應(yīng)力F、微組裝結(jié)構(gòu)參數(shù)S、微組裝材料參數(shù)M、內(nèi)裝元器件規(guī)格參數(shù)P有關(guān)，則微組裝載荷應(yīng)力Fr是F、S、M、P的函數(shù)，Ri是F、S、M、P的函數(shù)。
若產(chǎn)品中有n個(gè)微組裝部位，則第j（j=1～n）個(gè)微組裝部位的可靠度Rj是其局部載荷應(yīng)力Fr,j和載荷時(shí)間tj的函數(shù)，即
而第j個(gè)微組裝部位的局部載荷應(yīng)力Fr,j是F、Sj、Mj、Pj的函數(shù)，即
則，第j個(gè)微組裝部位的可靠度Rj是F、Sj、Mj、Pj的復(fù)合函數(shù)，即
式中，Tj是產(chǎn)品的壽命；Rj（t）是第j個(gè)微組裝的可靠度；Fr,j是第j個(gè)微組裝的直接載荷應(yīng)力（即響應(yīng)應(yīng)力，如半導(dǎo)體器件芯片PN結(jié)溫TJ、內(nèi)引線鍵合諧振頻率fV和模態(tài)振型X-Y/Y-Z/Z-X、芯片焊料溫變載荷ΔT、腔內(nèi)水汽含量X%H2O等）；tj是第j個(gè)微組裝載荷應(yīng)力時(shí)間；fj是第j個(gè)微組裝Rj（t）與Fr,j的函數(shù)關(guān)系；F是產(chǎn)品外部環(huán)境應(yīng)力；Sj是第j個(gè)微組裝部位的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)；Mj是第j個(gè)微組裝部位的材料參數(shù)；Pj是第j個(gè)微組裝部位內(nèi)裝元器件的規(guī)格參數(shù)；gj是第j個(gè)微組裝部位的Fr,j與微組裝設(shè)計(jì)參數(shù)F、Sj、Mj、Pj的函數(shù)關(guān)系。
如果建立了微組裝產(chǎn)品的可靠性數(shù)學(xué)模型R（t），如最常用的串聯(lián)模型，可靠度
這里Rj（t）是把產(chǎn)品中每個(gè)互連結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝元器件分別視為一個(gè)獨(dú)立微組裝單元，共計(jì)n個(gè)獨(dú)立微組裝單元，則微組裝產(chǎn)品的可靠度R（t）可以表示為
實(shí)際上，環(huán)境應(yīng)力F對(duì)微組裝可靠性的影響與局部載荷應(yīng)力Fr,j的類別及應(yīng)力大小相關(guān)，如果按應(yīng)力類別考慮局部載荷應(yīng)力，如溫度載荷應(yīng)力Fr1、機(jī)械載荷應(yīng)力Fr2、潮濕載荷應(yīng)力Fr3、…、m類載荷應(yīng)力Frm，以及局部多應(yīng)力耦合載荷應(yīng)力Fr（1∩m），可以更準(zhǔn)確地把握微組裝可靠性設(shè)計(jì)的物理切入點(diǎn)。為清晰表示這些局部載荷應(yīng)力，參照式（1-3），給出影響產(chǎn)品第j個(gè)微組裝可靠性的（m+1）類載荷應(yīng)力矩陣[Fr（i，j）]m+1,j（m類應(yīng)力、1∩m耦合應(yīng)力），即
影響產(chǎn)品n個(gè)微組裝可靠性的載荷應(yīng)力矩陣[Fr（i，j）]（m+1）×n為
式中，包含n個(gè)微組裝的產(chǎn)品，有（m+1）×n個(gè)載荷應(yīng)力元素Fri,j（應(yīng)力類別i=1，2，…，m，1∩m；微組裝部位j=1，2，…，n）；Fr1,j是第j個(gè)微組裝部位的溫度載荷應(yīng)力，包括恒定溫度T、溫度變化 ΔT、溫度梯度?T、溫度變化率?T/?t等；Fr2,j是第j個(gè)微組裝部位的機(jī)械載荷應(yīng)力，包括諧振頻率fj和振型（X-Y/Y-Z/Z-X）、機(jī)械沖擊力FS、離心力Fa等；Fr3,j是第j個(gè)微組裝部位的潮濕載荷應(yīng)力，包括相對(duì)濕度%RH、水汽壓e、腔內(nèi)水汽含量X%H2O、…；Fr4,j是第j個(gè)微組裝部位的電磁場(chǎng)/靜電載荷應(yīng)力，包括電場(chǎng)E、磁場(chǎng)H、靜電放電ESD等；Fr5,j是第j個(gè)微組裝部位的鹽霧載荷應(yīng)力，包括局部鹽霧沉積率SF、溫度T等；Fr6,j是第j個(gè)微組裝部位的輻射載荷應(yīng)力，包括封裝內(nèi)局部電離輻射（總劑量）Cy、中子輻射Cn等；Fr7,j是第j個(gè)微組裝部位的低氣壓載荷應(yīng)力，包括局部低氣壓或真空度PV等；Fr8,j是第j個(gè)微組裝部位的電載荷應(yīng)力，包括電流I、電壓V、功耗PD、阻性/感性/容性負(fù)載R/RL/RC等；Frm,j是第j個(gè)微組裝部位的第m類其他載荷應(yīng)力；Fr（1∩m）,j是第j個(gè)微組裝部位的多應(yīng)力耦合（1∩2∩…∩m）載荷應(yīng)力，包括不同類應(yīng)力的耦合（如：金屬腐蝕中的“濕度∩溫度”耦合，焊料低周/高周疲勞的“溫循∩振動(dòng)”耦合）和同類應(yīng)力的耦合（如：MCM內(nèi)部多熱源之間的熱耦合）。
所以，元器件、組件和模塊產(chǎn)品的微組裝可靠性是其局部實(shí)際載荷應(yīng)力的函數(shù)，而式（1-10）是產(chǎn)品微組裝可靠性設(shè)計(jì)需要考慮與控制的各類載荷應(yīng)力，通過(guò)建立式（1-4）的可靠度Rj（t）與載荷應(yīng)力Fr,j之間的函數(shù)關(guān)系，建立式（1-5）中的載荷應(yīng)力Fr,j與F、Sj、Mj、Pj的函數(shù)關(guān)系，并求解式（1-10）中各類局部載荷應(yīng)力的閾值Sri,j（Fri,j的最大允許值或最小允許值），則可算出針對(duì)載荷應(yīng)力閾值控制的F、Sj、Mj、Pj等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。研究表明，微電子產(chǎn)品局部（j=k）單一退化型失效機(jī)理的應(yīng)力閾值，可以在
條件下，基于tj≥ML的要求進(jìn)行計(jì)算（tj是針對(duì)失效機(jī)理模型預(yù)測(cè)的失效時(shí)間，ML是器件要求的工作壽命）。
實(shí)際工程應(yīng)用中，可以參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)給出的微電子產(chǎn)品可靠性與載荷應(yīng)力關(guān)系的典型數(shù)學(xué)模型Rj（t）=fj（Fr,j，tj），以及載荷應(yīng)力與產(chǎn)品性能參數(shù)之間的典型數(shù)學(xué)模型Fr,j=gj（F，Sj，Mj，Pj），或者通過(guò)可靠性試驗(yàn)、有限元仿真等手段，建立微組裝載荷應(yīng)力與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系模型，提取每個(gè)部位微組裝載荷應(yīng)力Fri,j以及與Fri,j相關(guān)的環(huán)境應(yīng)力、結(jié)構(gòu)材料及內(nèi)裝元器件規(guī)格參數(shù)，獲得滿足可靠性指標(biāo)的設(shè)計(jì)和使用控制參數(shù)：F、Sj、Mj、Pj。這種以微組裝載荷應(yīng)力控制的設(shè)計(jì)策略，正是電子微組裝可靠性設(shè)計(jì)的核心思想。
例如，混合集成電路（HIC）失效率控制的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品失效率按指數(shù)分布考慮，其失效率是溫度的函數(shù)，
元器件基本失效率與其工作溫度的函數(shù)關(guān)系，采用GJB 299中的數(shù)學(xué)模型：半導(dǎo)體器件
電阻器
電容器
感性元件
等。根據(jù)以上函數(shù)關(guān)系可以算出滿足失效率指標(biāo)要求的所有內(nèi)裝元器件的工作溫度上限TJ（器件PN結(jié)結(jié)溫或元件熱點(diǎn)溫度），采用熱阻模型TJ=RJ-C·PD+TC，計(jì)算與TJ相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)和使用控制參數(shù)：熱阻Rj、元器件功耗Pj、殼溫TC，從結(jié)構(gòu)、材料、元器件選擇等方面提出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。如果考慮HIC耗損壽命控制設(shè)計(jì)，則采用由Arrhenius模型導(dǎo)出的壽命模型
4．電子微組裝可靠性要求
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，電子微組裝可靠性要求是指微組裝可靠性設(shè)計(jì)要求。微組裝可靠性設(shè)計(jì)的目的，是消除影響產(chǎn)品可靠性的主要失效模式并控制性能退化速率，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期可靠性與環(huán)境適應(yīng)性要求。
微組裝失效模式和退化機(jī)理，與微組裝的載荷應(yīng)力類別和水平有關(guān)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專著，在對(duì)微組裝失效模式、失效機(jī)理及其數(shù)理模型的研究和應(yīng)用中，重點(diǎn)關(guān)注溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和潮濕應(yīng)力的影響，如長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)溫度應(yīng)力可導(dǎo)致微電子器件性能退化、長(zhǎng)期溫變應(yīng)力可導(dǎo)致表貼（表面貼裝）焊點(diǎn)低周疲勞開(kāi)裂、振動(dòng)應(yīng)力可導(dǎo)致GBA焊點(diǎn)高周疲勞、水汽滲入可導(dǎo)致內(nèi)裝芯片腐蝕等。
1）溫度載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求
溫度載荷應(yīng)力，包括穩(wěn)態(tài)溫度應(yīng)力和變化溫度應(yīng)力，不同類型的溫度應(yīng)力及應(yīng)力水平，對(duì)電子微組裝帶來(lái)不同的退化機(jī)制和失效機(jī)理。表6為溫度載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)），表7給出了電子微組裝熱降額設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
表6 溫度載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)）
注：1）表中溫度退化的第j個(gè)失效機(jī)理的耗損壽命模型tj（T）、基于溫變疲勞的第j個(gè)失效機(jī)理的耗損壽命Nj（ΔT）
2）λ是微組裝組件失效率指標(biāo)，t是微組裝組件耗損壽命指標(biāo)；
3）降額等級(jí)控制，具體要求見(jiàn)GJB/Z 35—93《元器件降額準(zhǔn)則》“附錄G元器件降額準(zhǔn)則一覽表”；4）依據(jù)元器件產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范或數(shù)據(jù)手冊(cè)；
5）參考JEP 149（2004）Application Thermal Derating Methodologies；
6）參考IPC-SM-785（1992）Guidelines for Accelaerated Reliability Testing of Surface Mount Solder Attachments，Nj（ΔT）為熱疲勞壽命，Δα為CET差異、ε′f為疲勞韌性系數(shù)、h為焊料厚度。
表7 電子微組裝熱降額設(shè)計(jì)指標(biāo)要求
2）機(jī)械載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求
機(jī)械載荷應(yīng)力，包括：機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械沖擊、恒定加速度，不同類型的機(jī)械應(yīng)力及應(yīng)力水平，對(duì)電子微組裝帶來(lái)不同的退化機(jī)制和失效機(jī)理。表1-8為機(jī)械載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)）。
表8 機(jī)械載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)）
注：1）表中振動(dòng)疲勞壽命模型Nj（fV）
2）Nj（fV）為振動(dòng)導(dǎo)致的第j個(gè)微組裝結(jié)構(gòu)高周疲勞；
3）Pj為第j個(gè)微組裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，F(xiàn)j為第j個(gè)微組裝結(jié)構(gòu)承受的機(jī)械沖擊力或離心力。
3）潮濕載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求
潮濕載荷應(yīng)力，一般通過(guò)與其他應(yīng)力耦合產(chǎn)生作用，從可靠性設(shè)計(jì)的角度，潮濕載荷應(yīng)力包括：濕度、濕度-溫度、濕度-溫度-偏壓，不同類型的潮濕應(yīng)力及應(yīng)力水平，會(huì)給電子微組裝帶來(lái)不同的退化機(jī)制和失效機(jī)理。表9所示為潮濕載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)）。
表9 潮濕載荷應(yīng)力下電子微組裝可靠性要求（可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)）
注：1）表中露點(diǎn)溫度模型Td（X）、水汽腐蝕壽命模型tc（RH%，T）、水汽滲入時(shí)間模型ti（Pin，Pout）、表面絕緣電阻溫濕度退化模型IR（RH，T）、CAF極限濕度條件模型；
2）參考GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》，X%H2O為氣密封裝器件內(nèi)部水汽含量，L為細(xì)檢漏等效表中漏率，Td為露點(diǎn)溫度，Tmin為產(chǎn)品最低工作溫度；
3）參考GB/T 2423.3—2006《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》第2部分 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)；
4）參考JEP 122G（2011）Failure Mechanisms and Models for Semiconductor Devices；
5）參考GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》方法1031 薄膜腐蝕試驗(yàn)。
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