Browsing by Author "Mattila, Toni"

Now showing 1 - 20 of 22

Concurrent Reliability Testing as an Alternative for More Comprehensive and Efficient Reliability Testing of Electronic Assemblies
(2010) Toivonen, Tuomas
Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta | Master's thesis
Perinteisesti elektroniikan kokoonpanojen luotettavuutta on testattu kiihdytetyillä elinaikatesteillä yhtä rasitusparametriä hyväksikäyttäen. Tässä diplomityössä pyrittiin kehittämään uusi rinnakkainen yhdistelmätestausmenetelmä, joka simuloisi tuotteiden todellisia käyttöolosuhteita todenmukaisemmin. Rasituksien yhdistämisen uskotaan myös nopeuttavan vauriomekanismejä ja täten lyhentävän testaukseen käytettyä aikaa. Työ keskittyi termomekaanisten ja mekaanisten rasitusten yhdistämiseen. Työn kirjallisuusosa käsitteli kiihdytettyjä elinaikatestejä. Oleelliset yhden rasituksen testimenetelmät käytiin läpi ennen syventymistä useita rasitusparametrejä hyödyntäviin testeihin kirjallisuusselvityksen avulla. Työn kokeellisessa osassa yhdistettiin tehosyklaus ja tärinätestaus yhdeksi testimenetelmäksi. Ennen rasitusten yhdistämistä suoritettiin yhden rasitusparametrin tehosykli- ja tärinätestit varsinaisten testiparametrien määrittämiseksi ja rinnakkaistestauksen vikaantumismekanismien selvittämiseksi. Tulokset olivat yhtäpitäviä aikaisempien asiasta suoritettujen tutkimusten kanssa, elinaikojen yhdistelmätestauksessa ollessa huomattavasti lyhyempiä kuin oli oletettu erillisten yhden rasitusparametrin testien tulosten perusteella. Yhdistelmätestauksessa havaitut vikaantumismoodit olivat hyvin samankaltaisia tärinätesteissä havaittujen moodien kanssa ja vaurioitumisnopeuden kasvun oletettiin johtuvan juoteliitoksien lämpötilasta aiheutuvien mekaanisten ominaisuuksien muutoksista. Tulokset osoittivat, että testiparametrien huolellisella valinnalla voidaan uudella menetelmällä saavuttaa todellisia käyttöympäristöjä todenmukaisemmin edustava rasitusympäristö sekä lyhentää testiaikoja merkittävästi. On myös huomioitava, että yksittäin lähes merkityksettömillä rasituksilla saattaa olla merkittäviä yhteisvaikutuksia luotettavuuteen, joita ei voida huomioida perinteisillä yhden rasituksen testeillä.
Design for Manufacturability - Development of a Design Guideline Set and a Management System
(2000) Mattila, Toni
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Drop Test Reliability of Sn-Ag-Cu Solder Interconnections with Minor Additions of Bismuth or Nickel
(2006) Hokka, Jussi
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia erilaisten seosmetallien vaikusta lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen mikrorakenteeseen sekä niiden vaikutusta komponenttilevyjen luotettavuuteen mekaanisen rasituksen vaikutuksen alaisena. Pudotustestauksessa käytetyt materiaalit olivat tyypillisiä kannettavissa elektroniikkalaitteissa käytettyjä materiaaleja. Nikkeli ja vismutti valittiin kirjallisuustutkimuksen perusteella tutkittaviksi seosaineiksi, jolla pyritään parantamaan juoteliitosten kestävyyttä iskumaisessa kuormituksessa. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin erilaisia lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen seosaineiksi soveltuvia metalleja. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös pintaliitosprosessi, JESD22-B111 pudotustestistandardi, vauriomekanismi iskumaisessa kuormituksessa ja vaurioanalyyseihin käytettyjä menetelmiä. Kokeellinen osa on jaettu kolmeen osa-alueeseen: Ensimmäisessä osassa tutkittiin nikkelin ja vismutin vaikutusta lähes eutektisen Sn-Ag-Cu juotteen mikrorakenteeseen. Toisessa osassa esiteltiin testilevyjen kokoonpanoprosessi ja testaus. Lopuksi suoritettiin pudotustestitulosten tilastollinen luotettavuusvertailu ja tutkittiin vauriotyypit. Tilastollinen analyysi osoitti Sn-1.1Ag-0.52Cu-0.01-0.1Ni juoteliitosten olevan kaikista luotettavin vaihtoehto (kaikki luotettavuusvertailut 5 % riskitasolla). Sn-3.lAg-0.52Cu-0.24Bi juoteliitokset olivat yhtä luotettavia kuin Sn-3.1Ag-0.52Cu juoteliitokset Ni(P)Au-suojapinnoitteella. Sn-3.lAg-0.52Cu juoteliitokset CuOSP-suojapinnoitteella olivat epäluotettavin vaihtoehto. Tästä johtuen juoteliitosten koostumuksen todettiin olevan merkittävin pudotustestiluotettavuuteen vaikuttava tekijä. Mikrorakennetutkimukset paljastivat, että nikkeliä sisältävien juoteliitosten IMC-kerrokset olivat tasaisemmat kuin Sn-Ag-Cu tai Sn-Ag-Cu-Bi juoteliitosten IMC-kerrokset. Tämän lisäksi Sn-1.1Ag-0.52Cu-0.01-0,1Ni juoteliitosten alhaisempi hopeapitoisuus alentaa juotteen lujuutta, mikä vaikuttaa osaltaan pudotustestiluotettavuuteen. Tulokset viittaavat siihen, että seostamalla pienen määrän nikkeliä lähes eutektiseen Sn-Ag-Cu juoteliitokseen ja alentamalla niiden hopeapitoisuutta saadaan liitosrakenteet kestämään iskumaisia kuormituksia paremmin. Vismutin lisäys ei vaikuttanut pudotustestiluotettavuuteen. Vismutin seostamisen hyödyt ovat kuitenkin termisen syklauksen puolella, kuten kirjallisuudessa on todettu.
Lämpösyklaustestin pitoaikojen vaikutus Sn-Ag-Cu-juoteliitosten vauriomekanismeihin ja elinikään
(2010) Ratia, Otso
School of Chemical Engineering | Master's thesis
Effect of temperature on mechanical shock reliability of high density WL-CSP interconnections
(2006) Jose James, Rony
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Portable devices are exposed to different kind of loadings during their daily use. These devices are mainly stressed by the high temperatures attained during their operation, due to heat dissipation as well as mechanical shock loads caused by dropping. To make loading condition of the reliability tester to imitate the real life loading conditions more closely, the test system should simultaneously take into account the effect of temperature and mechanical shock loadings. Therefore objective of this thesis is to study the effect of temperature on the mechanical shock reliability of high-density interconnections typically used in portable devices. The type of component used in this work is a wafer level-chip scale package. Lead-free materials, which are typically used in electronics industry, were employed in the production and assembly processes of the component boards. The component boards were exposed to mechanical shock loads according to the JESD22-B 111 standard drop test. Drop testing was carried out at room temperature as well as at elevated temperatures (75, 100 and 125°C). The elevated temperatures were achieved by powering up the daisy-chain structure of the components. The temperature of the chip was measured using the integrated serpentine aluminium resistors on the silicon chip inside the component package. Average drops to failure were found to increase with increasing temperature of the device. Because strain-rate hardening of solder is reduced and solder becomes softer at elevated temperatures, the solder can accommodate stresses more effectively at elevated temperatures. This causes more drops to failure at elevated temperatures. Cross-sectional failure analyses revealed that cracks were propagating through bulk solder near the component side intermetallic layers and also through component side intermetallic layers in the samples dropped at elevated temperatures. For the samples dropped at room temperature cracks propagated only through the component side intermetallic layers. Cracking in solder bulk takes place by ductile rather than brittle manner (as in the case of intermetallic layers), increasing the energy and time needed for its propagation, this contributes to the increase in drops to failure.
Elektroniikkalaitteiden eliniän ennustamiseen käytettävät menetelmät
(2008) Banh, Chi Cuong
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta | Bachelor's thesis
Kääntösirun nystyttäminen sähkökemiallisesti pinnoittamalla
(2007) Ranta, Anna
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Työn tarkoituksena on tutkia lyijyttömien kääntösirunystyjen valmistusta sähkökemiallisesti pinnoittamalla. Työssä tutkitut pinnoitteet olivat binäärisiä pinnoitteita, jotka valmistettiin kaupallisista elektrolyyteistä. Työ on osa Tekesin ja elektroniikkateollisuuden tukemaa Elektroniikan valmistustekniikan laboratoriossa toteuttamaa "Impact of Miniaturization on Manufacturing and Reliability of Electronics" -hanketta. Kirjallisessa osassa tarkastellaan kääntösiruteknologian taustoja ja tämänhetkistä tilaa. Siinä käsitellään myös erilaisia nystytystekniikoita painottaen sähkökemiallista seospinnoittamista. Osan lopussa tarkastellaan vielä suoraliitosten metallurgisia rakenteita. Kokeellisen osan alustavissa testeissä mitattiin pinnoitteiden kasvunopeudet ja analysoitiin metallikoostumukset. Myös elektrolyyttien metallipitoisuudet määritettiin. Nystytyskokeissa pinnoitusalustana käytettiin FR4-piirilevyä, joissa oli Cu/Ni/Au johdotuksia. Juotenystyt pallotettiin sulattamalla pinnoitetut kerrosrakenteet kuumassa glyserolikylvyssä. Näytteitä tarkasteltiin sekä pinnoituksen että sulattamisen jälkeen valomikroskoopin ja pyyhkäisyelektronimikroskoopin avulla. Nystyjen korkeudet ja korkeusvaihtelut mitattiin. Nystyjen mikrorakenteita tutkittiin sekä ennen että jälkeen pallotuksen. Työn tulokset osoittivat, että SnAg- ja SnCu-nystyjä on mahdollista valmistaa sähkökemiallisesti kasvattamalla binäärisistä elektrolyyteistä. Pallotettujen nystyjen metallipitoisuudet olivat hyvin lähellä haluttuja koostumuksia.
Tilastollisen laadunvalvonnan toteutus anturikomponenttien tuotantolinjalle
(2008) Sorvari, Laura
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Tämä diplomityö tehtiin osana VTI Technologies Oy:n uuden tuotantolinjan ylösajoprojektia. Diplomityön tarkoituksena oli ottaa käyttöön tilastollinen laadunvalvonta uudella anturikomponenttien kokoonpanolinjalla. Diplomityön kirjallisuusosassa käsitellään kiihtyvyysanturien valmistusta ja testausta. Erilaisia laadunvalvontaperiaatteita on esitelty lyhyesti. Suurimmaksi osaksi kirjallisuusosassa keskitytään tilastolliseen prosessinohjaukseen. Tilastollisen prosessinohjauksen päätarkoitus on prosessien seuranta sekä mahdollisten erityissyiden havaitseminen. Kokeellisessa osassa selvitetään toteutettua tilastollista seurantaa. Seurattaviksi kohteiksi valittiin kokoonpanon ainetta rikkovat tarkastukset, kuten langanveto, pallontyöntö ja liimanrasitustesti sekä kameralla tehtävä tuotteen visuaalinen tarkastus. Nämä kaikki tarkastukset on määritelty kriittisiksi parametreiksi tuotannon riskianalyysissa eli ne ovat tuotteen toiminnan kannalta merkittäviä. Tilastollisesta seurannasta havaittiin, että tuotantoprosesseja tulee vielä säätää. Valvontakorttien kontrollirajat ylittyivät, mistä aiheutui hälytyksiä. Turhat hälytykset kuormittavat resursseja, joten niistä piti päästä eroon. Mittaustulosten suuri hajonta antaa aihetta epäillä tulosten luotettavuutta ja tämä epävarmuus pitää ottaa huomioon muun muassa testirajoja määritettäessä. Näin mittausepävarmuus vaikuttaa prosessin saantoon ja tuotannon kannattavuuteen. Tuotannon mittausprosesseihin tehtiin parannuksia. Kokoonpanolinjan operaattoreita koulutettiin ja mittaustapahtumaan vaikuttavia ulkoisia tekijöitä, kuten valaistusta, muutettiin. Lisäkoulutuksesta huomattiin olevan apua ja mittaustulosten hajonta pieneni. Uusi valaistus sen sijaan aiheutti liikaa kirkkautta ja heijastumia ja huononsi näin mittausolosuhteita, joten vanha lamppu otettiin uudelleen käyttöön.
National MEMS Technology Roadmap - Markets, Applications and Devices
(2012) Lampo, Susanna
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
MEMS teknologiaa on jo pitkään käytetty lukuisien eri laitteiden valmistamiseen. Osa näistä laitteista on ollut markkinoilla jo useita vuosia, kun taas osa on vasta kehitysvaiheessa. Jotta tutkimus ja kehitystyötä osattaisiin jatkossa kohdistaa oikeille painopistealueille, on tärkeää tietää mihin suuntaan kehitys on menossa. Tämä työ on osa kansallista MEMS teknologioiden tiekartta -projektia ja sen tavoitteena oli selvittää MEMS laitteiden kehityksen suuntaa. Työ toteutettiin laajana kirjallisuustutkimuksena. Lisäksi tulosten tueksi haastateltiin asiantuntijoita Suomen MEMS teollisuudesta. Työssä tarkasteltiin lukuisia jo markkinoilta löytyviä ja vasta kehitteillä olevia MEMS laitteita ja analysoitiin niitä sekä teknisestä että kaupallisesta näkökulmasta. Tutkimuksen perusteella kävi ilmi, että MEMS markkinat ovat pitkään muodostuneet vakiintuneista laitteista kuten mustesuihkupäistä, kiihtyvyysantureista, paineantureista sekä RF suotimista. Lisäksi mikrofonit, gyroskoopit ja optiset laitteet ovat olleet kaupallisesti saatavilla jo pitkään. Markkinat ovat hiljattain alkaneet tehdä tilaa myös uusille MEMS laitteille, joita tulee ulos nopeaa vauhtia. Viimeisimpänä markkinoille tulleita laitteita ovat erilaiset mikrofluidistiikka laitteet, mikrobolometrit sekä yhdistelmäanturit. Pian kaupallisesti saatavia laitteita ovat magnetometrit, automaattitarkennuslaitteet sekä MEMS oskillaattorit. Näiden laitteiden lisäksi kehitteillä on monia uusia MEMS laitteita, jotka saattavat tarjota merkittäviä mahdollisuuksia tulevaisuudessa. Kehitteillä olevia laitteita ovat erilaiset lääketieteelliset laitteet, atomikellot, mikrojäähdyttimet, mikrokaiuttimet, energiantuottolaitteet sekä RFID-laitteet. Kaikki kehitteillä olevista laitteista eivät välttämättä tule menestymään kaupallisesti, mutta jatkuva tutkimustyö osoittaa, että monilla MEMS laitteilla on potentiaalia useissa eri sovelluksissa. Markkinanäkökulmasta tarkasteltuna suurin potentiaali piilee kuluttajaelektroniikka markkinoilla. Muita tulevaisuuden kannalta potentiaalisia markkinoita ovat lääketieteelliset ja teollisuusmarkkinat. Tutkimus osoitti että MEMS laitteiden tutkimukseen ja kehitykseen liittyy monia potentiaalisia painopistealueita tulevaisuudessa. Käyttömahdollisuuksien parantamiseksi monet jo vakiintuneet laitteet kaipaavat vielä parannuksia. Toisaalta, jo olemassa olevia laitteita voidaan hyödyntää uusissa sovelluksissa. Lisäksi monet uusista ja kehitteillä olevista MEMS laitteista vaativat vielä kehitystyötä.
Thermomechanical and mechanical characterization of a 3-axial MEMS gyroscope
(2011) Hyvönen, Hannes
Master's thesis
Työn tavoitteena oli automaattisten, tehokkaiden ja edullisten testauslaitteistojen ja -menetelmien kehittäminen kolmiakselisten mikroelektromekaanisten (MEMS) gyroskooppien mekaaniseen ja termomekaaniseen karakterisointiin. Työn painotuksena oli testausmenetelmien ja -laitteistojen kehittäminen ja gyroskooppien vaurioanalyysit jäävät tämän työn ulkopuolelle. Gyroskooppi on kulmanopeuden mittaamiseen ja asennon aistimiseen käytettävä anturi. Mekaaninen karakteristointi kattaa gyroskooppien korkean G-arvon iskumaiset kuormitukset ja tärinäkuormitukset. Lämpömekaaninen karakterisointi kattaa gyroskooppien ympäristöolojen kontrolloimista lämpö-, kosteus- tai monikaasu -kaapissa. Tässä työssä kehitettiin menetelmä kolmiakselisten MEMS-gyroskooppien karakterisointiin lämpö- ja kosteuskaapissa. Menetelmä koostuu yksiakselisesta servomoottorista, servo-ohjaimesta ja ohjaussovelluksesta, jonka avulla voidaan samanaikaisesti mitata ja tallentaa gyroskooppien kulmanopeus kaikilta kolmelta (X, Y ja Z) akselilta sekä mitata ympäristön lämpötilaa. Korkean G-arvon iskumaisiin kuormituksiin tarkoitettu laitteisto koostuu pneumaattisesta iskutestauslaitteesta, jossa käytetään mekaanista iskua korkean G-arvon saavuttamiseen. Olemassa olevaa laitteistoa muutettiin siten että sillä voidaan saavuttaa suurempia G-arvoja (aina 80 000G:hen asti) ja mahdollistaa gyroskooppien tutkiminen eri asennoissa. Tärinäkuormituslaittesto koostuu signaaligeneraattorista ja täristinmoottorista, joka soveltuu gyroskooppien tärinätestaukseen. Signaaligeneraattoria käytetään eri taajuisten signaalimuotojen syöttämiseen täristinmoottorille, joka tärisee annetun syötteen mukaisesti. Pyörityslaitteen toiminnallisuutta testattiin yhdellä gyroskoopilla huoneenlämmössä. Gyroskoopin X, Y ja Z-akselien kulmanopeuksien keskiarvot sekä -hajonta mitattiin. Korkean g-arvon iskutestauslaitteistoa testattiin kuudella mittauksella, jossa gyroskoopit rikkoutuivat ensimmäisellä iskulla. Tärinätestauslaitteistoa testattiin yhdellä gyroskooppi-piirilevyllä. Gyroskooppi-piirilevyn päälle asetettiin kiihtyvyysanturi, jolla mitattiin tärinästä aiheutuvan kiihtyvyyden RMS-arvo, huippuarvo ja kokonaisenergia. Tulevat jatkotutkimukset keskittyvät pyöritys-, isku- ja tärinälaitteistoilla testattujen MEMS-gyroskooppien vaurioanalyysiin.
Adhesion Evaluation of the heat resistant Pressure Sensitive Adhesives at Elevated Temperatures for MEMS Gyroscope Testing
(2011) Kemppainen, Jarmo
Master's thesis
Puolijohdeteollisuudessa kiekkojen sahauksessa käytettäviä teippejä voidaan hyödyntää MEMS gyroskooppien funktionaalisessa testauksessa. Gyroskooppien toiminnallisuutta testataan korotetuissa lämpötiloissa, mikä asettaa erityisvaatimuksia teippien lämmönkestävyydelle. Teippien adheesion tulee säilyä stabiilina läpi testin 80 - 150 °C:ssa noin 1 - 2 h. Tässä työssä tutkittiin kaupallisten puolijohdeteollisuudessa piikiekkojen ohentamisessa ja sahaamisessa käytettävien teippien soveltuvuutta komponenttitestaukseen korotetuissa lämpötiloissa. Teipit koostuvat pohjateipistä ja ohuesta liimakerroksesta, jonka suojana on PET kalvo. Teippien kokonaispaksuus vaihtelee 71 - 166 µm välillä. Pohjateipin materiaaleina on käytetty etyleeni vinyyli asetaattia (EVA) (teippi A), PET (B-D) ja polyolefiinia (E); Teipit D ja E ovat UV-teippejä. Kaikissa teipeissä on akryylipohjainen liima. Arviointikriteereinä käytettiin teippien stabiilisuutta lyhyt- ja pitkäkestoisessa lämmityksessä, adheesiovoimaa ja irrotustyötä yleisempien MEMS kotelointimateriaalien (pii, polymeeri, teräs) ja teippien välillä sekä liimajäämien määrää komponenttien pinnalla. Testilämpötiloina käytettiin 25, 80, 100, 125 ja 150 °C ja lämmitysaikoina 30, 60 ja 90 minuuttia. EVA teippi jätettiin jatkotutkimuksien ulkopuolelle sen alkaessa käpristyä ja aaltoilla jo matalimmassa testilämpötilassa 100 °C 30 minuutin lämmityksen jälkeen. Muissa neljässä teipissä ei esiintynyt fyysisiä muutoksia lyhytkestoisissa lämmityksissä. Adheesiovoima ja irrotustyö mitattiin vetokokeilla. Tulosten tulkinnassa käytettiin tilastollisen analyysin menetelmiä. Varianssianalyysin perusteella kaikki päätestiparametrit ja niiden vuorovaikutukset keskenään olivat merkittäviä (alfa=5%). Eri parametrien keskiarvojen vertailussa käytettiin Bonferroni-testiä, jonka perusteella tehtiin seuraavat johtopäätökset: i) kotelointimateriaali vaikuttaa merkittävästi adheesioon ii) teipit D ja B säilyttivät adheesionsa parhaiten eri lämpökäsittelyissä iii) adheesiolujuus kasvaa 100 - 125 °C:een asti, minkä jälkeen se alkaa laskea iv) teippien adheesio pysyy stabiilina noin 60 minuuttia. B teipin adheesiossa säilyy parhaiten eri lämpötiloissa ja lämmitysajoilla ja sen adheesio on riittävän suuri kaikille kolmelle kotelomateriaalille. C teipin adheesio on erittäin heikko ja erityisesti polymeerikotelo kiinnittyy huonosti siihen. 0.01 MPa voidaan pitää tämän perusteella minimiarvona adheesiovoimalle. UV-teippien adheesio on vahva, mutta komponentit irrotettaessa muodostuu liimasäikeitä, jotka jättävät jäänteitä komponenttien pinnalle. Tämä näkyy suurena irrotustyönä. Irrotustyötä voidaankin käyttää ennustamaan liimajäänteiden määrää. UV-teipit jättivät eniten liimajäänteitä peittäen usein komponentin pinnan täysin. B ja C teipeistä ei irronnut liimajäänteitä kuin satunnaisesti. Komponenttien pinnanpuhtaus arvioitiin mikroskooppikuvien perusteella asteikolla 1 - 5
MEMS-gyroskoopin ja mikrofonin toimintaperiaate ja toteutustavat
(2010) Laiho, Markus
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta | Bachelor's thesis
MEMS-laitteiden tulevaisuus kannettavissa kuluttajalaitteissa
(2013-05-06) Kumpulainen, Jari
Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Lyijyttömän juoteliitoksen mikrorakenne
(2004) Koivisto, Johanna
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Elektroniikkakokoonpanojen pienentyessä, komponenttien tehon ja kannettavien laitteiden lisääntyessä kokoonpanon juoteliitokset kokevat entistä rasittavampia käyttöympäristöjä. Siirtyminen uusiin lyijyttömiin juotemateriaaleihin tuo vielä yhden lisähaasteen elektroniikkakokoonpanojen kehitystyöhön. Juoteliitosten luotettavuus on tämän takia tulevaisuudessa entistäkin tärkeämpää. Tämän työn tarkoitus on selvittää, millaisia rakenteita SnAgCu-juoteliitoksissa esiintyy juottamisen jälkeen sekä selvittää juotteen jähmettymiskäyttäytymistä. Työn teoriaosassa käsitellään pintaliitostekniikkaa, lyijytöntä juottamista, sekä jähmettymisteoriaa. Kokeellisessa osassa selvitetään SnAgCu-juotteen jähmettymiskäyttäytymistä differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla ja jähmettyneiden juoteliitosten rakennetta poikkileikkausnäytteistä optisella mikroskoopilla. Metallienvälisten yhdisteiden jakautumista juoteliitoksessa tutkitaan pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Työn tulosten toivotaan antavan viitettä siitä, millaisia rakenteita juoteliitoksissa esiintyy. On luultavaa, että juoteliitosten rakenne vaikuttaa liitosten mekaaniseen kestävyyteen, joten jähmettymisrakenteen ja erityisesti siihen vaikuttavien tekijöiden ymmärtäminen paremmin on erittäin tärkeää luotettavien kokoonpanojen valmistamiseksi.
Mikroelektromekaanisen systeemiteknologian käyttö mikrofonissa ja gyroskoopissa
(2012-12-28) Heikkinen, Joonas
Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Embrittlement of Polysilicon Thin Films Under a Corrosive Atmosphere
(2013-11-18) Broas, Mikael
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Uusi menetelmä MEMS-mikrofonien luotettavuuskarakterisointiin - tapaustutkimus korrodoivista ympäristöistä
(2012) Raami, Jani
School of Electrical Engineering | Master's thesis
Kolmiakselisen kiihtyvyysanturikomponentin kokoonpanoprosessin optimointi
(2007) Holmberg, Robert
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Reliability of high-density lead-free solder interconnections under thermal cycling and mechanical shock loading
(2005-12-16) Mattila, Toni
Doctoral dissertation (article-based)
The reliability of portable electronic devices was studied by applying standardized test procedures for test vehicles that represent the technologies and lead-free materials typically used in novel portable products. Thermal cycling and drop testing are commonly used because they reveal the failure modes and mechanisms that portable devices experience in operational environments. A large number of component boards were assembled in a full-scale production line to enable proper statistical and fractographic analyses. The test boards were assembled with different printed wiring board protective coatings, component under bump metallizations, and solder pad structures. The component boards were tested and the times-to-failure of the various combinations were statistically analyzed. The reliability data were also analyzed by the Weibull method, and the characteristic lifetimes and shape parameters were calculated. The failure modes under the thermal cycling, where solder interconnections fail by cracking through the bulk solder, were different from those observed in the drop tests, where cracks propagate along the intermetallic layers on either side of the interconnections. Under the thermomechanical loading the as-soldered microstructure, which is composed of only a few large eutectic colonies, undergoes local recrystallization that produces networks of grain boundaries along which the intergranular cracks damage solder interconnections. Under the mechanical shock loading, in turn, the strain–rate hardening of the solder material forces cracks to propagate in the intermetallic layers instead of the bulk solder. It was found that the reliability of solder interconnections can improve when the component boards have undergone thermal cycles before drop testing. The high-angle boundaries between the recrystallized grains generated during thermal cycling provide paths along which cracks can propagate but the propagation through the bulk solder consumes more energy than the propagation through brittle intermetallic layers. On the other hand, prolonged lifetime at elevated temperatures can reduce the drop test reliability considerably due to the formation of Kirkendall voids in the Cu3Sn intermetallic layers.
LLP-tyyppisen elektroniikkakomponentin luotettavuus pudotustestauksessa
(2005) Heinonen, Tommi
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia komponentinpuoleisten metallointien sekä piirilevyn pinnoitteiden vaikutusta LLP 8L- ja LLP 48L- tyyppisten elektroniikkakomponenttien luotettavuuteen pudotustestauksessa. Työ tehtiin Teknillisessä Korkeakoulussa Elektroniikan valmistustekniikan laboratoriossa osana National Semiconductor Corporation:in ja Semiconductor Research Corporation:in rahoittamaa tutkimushanketta. Työn kirjallisessa osassa käsiteltiin JEDEC-pudotustestin (standardi JESD22-B111) pääkohdat, muodonmuutosnopeuden vaikutus juotteen lujuuteen, juoteliitoksen yleisimmät vikatyypit sekä työssä käytettävien pinnoitemateriaalien ominaisuudet ja tärkeimmät vaikutukset luotettavuuteen. Työn kokeellinen osa jakaantui kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa suoritettiin testilevyjen kokoonpano sekä niiden pudotustestaus. Toisessa osassa suoritettiin testitulosten tilastollinen luotettavuusvertailu. Tilastollinen luotettavuusvertailu osoittaa, että hopealla pinnoitetulle piirilevylle juotetut komponentit vaurioituvat nopeammin kuin orgaanisella suojapinnoitteella pinnoitetulle piirilevylle juotetut komponentit. Cu/Ag- ja Ni(P)/Au-pinnoitteen välillä ei havaittu tilastollisesti merkittävää eroa. Lisäksi komponentin kontaktijalkojen metalloinnin ei todettu vaikuttavan LLP -komponenttien luotettavuuteen. Kolmannessa osassa tutkittiin vauriotyyppejä sekä selvitettiin vauriomekanismeja. Kaikissa testiyhdistelmissä vikatyyppi oli piirilevyn kuparijohtimien murtuminen. Vaurioanalyysissa todettiin komponentin rakenteen, juoteliitoksen koostumuksen sekä muodonmuutosnopeuden vaikuttavan oleellisesti havaittuun vikatyyppiin. LLP- komponentissa olevan DAP:n (Die Attach Pad) vuoksi jäykistyy piirilevy voimakkaasti kohdasta, johon se on juotettu. Tämä paikallinen jäykistyminen kuormittaa erityisesti juoteliitoksien reuna-alueita, missä sijaitsevat myös piirilevyn johtimet. Cu/Ag- testikokoonpanojen heikon kestävyyden arvellaan johtuvan siitä, että hopea lujittaa juoteliitosta juottamisen yhteydessä. Juoteliitoksen lujittuminen kasvattaa jännityksiä juoteliitoksen reuna-alueilla mekaanisessa shokkikuormituksessa.