Kaasualtistustestin käyttö elektroniikan ympäristörasitustestauksessa

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on ollut kartoittaa tutkimus- ja testausmenetelmiä, joilla voidaan selvittää ilman saasteiden kuten rikkidioksidin ja typen oksidien vaikutuksia elektroniikkalaitteiden toimintojen luotettavuuteen. On päädytty kaasualtistustestiin, joka tunnetaan nimellä Flowing Mixed Gas-testi (FMG). Testillä voidaan simuloida materiaalien ja kokonaisten laitteiden vikaantumista saastuneissa ympäristöissä. Lukuisten testiä käsittelevien artikkelien perusteella se on todettu parhaiten ympäristösaasteiden vaikutuksia simuloivaksi ja realistisimmaksi ympäristörasitustestiksi. Työssä tarkastellaan ensin elektroniikan luotettavuuteen vaikuttavia ilmiöitä kuten korroosiota, diffuusiota ja migraatiota. Luvuissa on käsitelty ilmiöiden teoriaa ja ilmenemismuotoja. Esitellään myös korroosiolle ja migraatiolle altistavia tekijöitä. Samoin esitellään tavallisimmat elektroniikassa käytettävät metallit ja polymeerit sekä niiden käyttökohteet ja ominaisuudet. Tutustutaan myös esimerkin omaisesti liittimissä ja Flip Chip-rakenteissa esiintyviin kontaminaatioihin. FMG-testin yksityiskohtaisempi tarkastelu osoitti sen soveltuvan erinomaisesti liitinten pinnoitteiden, kapselointi- ja piirilevymateriaalien, johdin-eristerakenteiden sekä kokonaisten elektroniikkalaitteiden tutkimiseen. Testissä testattavat kappaleet altistetaan syövyttäville kaasuille ja korkealle kosteudelle. Testissä käytettävien kaasujen: rikkidioksidin, rikkivedyn, kloorikaasun ja typpidioksidin on katsottu riittävän simuloimaan kaikkien ilmakehässä esiintyvien saasteiden vaikutuksia. Työssä on esitelty myös FMG-testiä käsittelevä IEC 68-2-60-standardi. Esitellään kaasualtistustestin suorittamiseen tarvittava laitteisto ja testin kulku. Lopuksi tutustutaan testin turvallisuusnäkökohtiin. Lisäksi on perehdytty muihin elektroniikan tutkimuksessa käytettyihin testeihin. Esitellään 85/85-testi, HAST-testi (Highly accelerated stress test), suolasumutesti ja lämpöshokkitesti sekä pohditaan testien realistisuutta. Havaitaan, että HAST-testi on yhtä luotettava kuin 85/85-testi, mutta kymmenen kertaa nopeampi. Lopuksi pohditaan, miten FMG-testiä voidaan käyttää elektroniikan luotettavuustutkimuksessa. FMG-testi on hyödyllinen varsinkin Integrated Module Board-teknologiassa (IMB), jossa haudataan passiivikomponentteja ja integroituja piirejä polymeeripohjaisen piirilevyn sisään. Teknologiaa kehitetään Elektroniikan valmistustekniikan laboratoriossa