Elektroniikan kehittyneiden pintaliitossovellusten luotettavuus ja prognostiset seurantamenetelmät
Väitöstilaisuuden tiedot
Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika
Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, OP-sali (L10)
Väitöksen aihe
Elektroniikan kehittyneiden pintaliitossovellusten luotettavuus ja prognostiset seurantamenetelmät
Väittelijä
Tekniikan lisensiaatti Jussi Putaala
Tiedekunta ja yksikkö
Oulun yliopiston tutkijakoulu, Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta, sähkötekniikan osasto, mikroelektroniikan ja materiaalifysiikan laboratoriot
Oppiaine
Mikroelektroniikka
Vastaväittäjä
Professori Leszek Golonka, Wroclaw University of Technology, Puola
Toinen vastaväittäjä
Tekniikan tohtori Jussi Särkkä, Nokia Networks, Oulu
Kustos
Dosentti Antti Uusimäki, Oulun yliopisto
Uusia menetelmiä elektroniikkatuotteiden liitosten kunnonseurantaan
Väitöstutkimuksessa kehitettiin elektroniikan liitosten rikkoontumisen seurantaan tarkoitettuja sähköisiä monitorointimenetelmiä. Liitoksiin aiheutettiin lämpövaihtelutestauksella mekaanista kuormitusta, jota tutkittiin optisesti, akustisella mikroskoopilla sekä röntgen- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopeilla. Liitosten elinikäennusteen tarkkuutta parannettiin kalibroimalla uudelleen eliniän ennustamiseen soveltuva muokattu Engelmaierin malli.
Tulosten perusteella useimmille tutkituille suuren termisen epäsovituksen rakenneyhdistelmille, joissa käytettiin lyijyttömiä juotteita, eliniät lämpösyklaustesteissä olivat riittävät. Esiintyneistä murtumista haitallisimpien, eli keraamimoduulien murtumien, määrä saatiin minimoiduksi.
RF-mittauksia käytettiin liitosten vikaantumisen seurantaan sekä lämpösyklauksen aikana että syklausten välillä. Rakenteet karakterisoitiin syklausten välillä aina 30 GHz taajuuteen asti. Tulokset osoittavat, että signaalivasteen muutos ilmenee syklauksen aikana aluksi joillakin taajuuksilla lyhyinä, alle 1 s mittaisina häiriöpiikkeinä. Syklauksen edetessä vasteen huononeminen havaitaan myöhemmin koko mittausalueella.
Puolikokeellista elinikäennustemallia tarkasteltaessa havaittiin, että liitosten lämpötila-alueesta riippuvia korjauskertoimia kuvasivat logaritmisen riippuvuuden sijaan parhaiten toisen asteen polynomifunktiot. Rakenteille saadun ennusteen ja toteutuneen eliniän välinen ero oli pienimmillään alle 0.5 %.
Työn tulokset luovat osaltaan edellytyksiä pitkäikäisempien ja ympäristöystävällisempien elektroniikkatuotteiden toteuttamiselle. Tulokset ovat hyödynnettävissä sekä kulutus- että erikoiselektroniikassa.
Tulosten perusteella useimmille tutkituille suuren termisen epäsovituksen rakenneyhdistelmille, joissa käytettiin lyijyttömiä juotteita, eliniät lämpösyklaustesteissä olivat riittävät. Esiintyneistä murtumista haitallisimpien, eli keraamimoduulien murtumien, määrä saatiin minimoiduksi.
RF-mittauksia käytettiin liitosten vikaantumisen seurantaan sekä lämpösyklauksen aikana että syklausten välillä. Rakenteet karakterisoitiin syklausten välillä aina 30 GHz taajuuteen asti. Tulokset osoittavat, että signaalivasteen muutos ilmenee syklauksen aikana aluksi joillakin taajuuksilla lyhyinä, alle 1 s mittaisina häiriöpiikkeinä. Syklauksen edetessä vasteen huononeminen havaitaan myöhemmin koko mittausalueella.
Puolikokeellista elinikäennustemallia tarkasteltaessa havaittiin, että liitosten lämpötila-alueesta riippuvia korjauskertoimia kuvasivat logaritmisen riippuvuuden sijaan parhaiten toisen asteen polynomifunktiot. Rakenteille saadun ennusteen ja toteutuneen eliniän välinen ero oli pienimmillään alle 0.5 %.
Työn tulokset luovat osaltaan edellytyksiä pitkäikäisempien ja ympäristöystävällisempien elektroniikkatuotteiden toteuttamiselle. Tulokset ovat hyödynnettävissä sekä kulutus- että erikoiselektroniikassa.
Viimeksi päivitetty: 23.1.2024