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第一章:電子組件可靠性概述

作者:不詳 ; 發布時間:2019-6-26 7:16:50 ; 來源:互聯網  點擊:

電子組件可靠性試驗、失效分析技術及案例研究

第一章 電子組件可靠性概述


邱寶軍
課程目的 本課程從影響電子組件可靠性的三個構成部分出發,首先分析電子組件在整個生命周期的常見應力及失效表現,并針對電子組件可靠性的三個組成部分的可靠性問題進行詳細分析,分別介紹了電子組件工藝質量評估,焊點熱疲勞失效機理及評價方法;焊點過應力失效機理及評價方法;PCB常見失效問題及控制方法,電子組件電化學失效機理及評價方法;電子元器件主要失效機理及控制方法等。 課程重點為:
電子組件可靠性的影響要素;
影響電子組件可靠性的主要問題;
電子組件常用的失效分析方法;
電子組件常見可靠性問題的試驗評價方法; 課程目標 了解可靠性基礎 掌握電子組件主要失效模式、失效機理和分析方法 掌握電子組件可靠性評價方法

課程目的及目標

課程內容
電子組件可靠性概述
電子組件失效分析方法
焊接原理及焊接工藝評價方法
焊點熱疲勞、機械過應力等可靠性評價方法
PCB來料質量綜合保證技術
電子組件絕緣可靠性試驗及失效案例研究
電子元器件可靠性要求及失效案例研究

第一章 電子組件可靠性概述

可靠性的定義
電子組件可靠性特點及工作方法


可靠性是什么?
可靠性:“可靠性”描述的是產品在規定時間(t>0)內,在規定的條件下完成規定功能的能力。 三個重要方面: (1)規定的時間(泛指壽命單位) (2)規定的條件(熱、機械、化學、電磁、電化學等) (3)規定的功能(技術、性能指標) 常見的可靠性舉例: 1)某手機在正常使用的條件下三年內不出故障的概率為99.5%。 2)手機主板在1米高度,10次跌落后,不出故障的概率大于99% 3)……
1.1 可靠性定義
可靠性是什么?
可靠性是質量的時間指標

•失效三階段:早期失效、隨機失效、耗損老化
•早期失效——工藝、材料缺陷和設計裕度不足是主要因素,通過 工藝質量控制解決、過應力裕度設計解決。 隨機失效——誤操作、使用不當、外界環境突變等,人為、環境 因素是主要影響因素,通過規范操作、降額使用解決。 耗損失效— 結構磨損、材料老化是主要因素,通過固有壽命、工 藝技術設計解決。

隨時間變化的失效三階段分析
常用可靠性特征量
•可靠度R(t)——產品在規定的條件、規定的時間t內完成規定功能的概率,“三個規定”。
•累積失效概率F(t)——產品在規定條件、規定的時間t以前的累積失效概率。

•失效率λ(t)——在規定的條件、規定的t時刻,尚未失效產品在單位時間內失效的概率,描述仍能工作器件失效的可能性。
•平均壽命MTTF——批產品的壽命平均值 。
•中位壽命(t0.5)——可靠度R=0.5時,對應的工作時間,產品一半已經失效。
•可靠壽命(tr) ——可靠度為任一值R時,對應的工作時間。
常用可靠性特征量
電子組件可靠性試驗數據表(總數量140)
可靠性計算示例
可靠度變化示意圖
中位 壽命
平均 壽命
失效率隨時間變化圖

可靠性的應用-一個電表的故事
 十年包換?
 能否達到?
 如何達到?
 如何更好?

1.2 SMT電子組件可靠性特點

電子組件是電子產品的心臟
核心:電子元器件 PCB 焊點

8 焊料連接可靠性器件可靠性PCB可靠性焊點可靠性 環境條件工藝條件材料 熱機械加載動態機械加載電化學電學 焊點特征 焊料合金/微結構 焊料/焊盤 焊料 空洞錫膏的放置器件放置助焊劑焊接曲線電路板結構器件位置焊盤/過孔支撐/機構結構焊料合金/錫膏器件結構/尺寸器件端口結構/金屬化層電路板材料/尺寸/鍍層材料設計制造使用
電子組件的可靠性取決于器件/PCB/焊點的可靠性
1.2.1 電子組件可靠性概要
1.2.2 電子組件生命周期分析
電子組件生命周期分析 1 組裝焊接--熱應力、機械應力 2 測試及老化--機械、電應力 3 儲存--溫度、濕度、機械 4 運輸--機械應力(振動、沖擊)、溫度、濕度等 5 使用--溫度、濕度、化學、電、機械、輻射等等 不同的應力環境可能導致不同的失效形式,并最終導致產品失效。 其中,焊接過程對器件、焊點和PCB的可靠性都有相當大的影響。


電子組件焊接
---形成良好焊點的前提、并影響器件和PCB等的可靠性
形成良好焊點的關鍵是:在焊接界面良好潤濕,并形成合適的金屬間化合物.
1)組裝焊接
測試老化及篩選的目的:排除早期缺陷。 測試老化可能帶來的問題: 由于應力選擇的問題,可能對正常的樣品造成損傷,特別是對于焊點。 可能的應力: 熱沖擊---焊點開裂 機械振動---焊點脫離 溫度/濕度---腐蝕 溫度----合金層變厚
2)測試及篩選測試:彎折試驗 失效形式:器件脫落 原因:過應力 設計不良 測試條件不科學!
測試及篩選的影響案例
存儲和運輸中,由于產品的運輸條件不同,存儲環境不同,對電子組件可能產生相當大的應力影響,足以導致失效。 可能的應力 機械振動---焊點脫離 溫度/濕度---腐蝕
3)存儲運輸


馬里蘭大學對計算機顯示器的運輸應力研究
某計算機存儲運輸應力分析
機械振動和沖擊
某計算機存儲運輸應力分析

影響電子組件可靠性最大的環境條件,主要載荷包括: 溫度/濕度----腐蝕、遷移 溫度循環/溫度沖擊---焊點疲勞 機械振動--焊點過應力失效-疲勞失效 機械跌落--焊點過應力 電應力--電遷移 輻射等--器件損傷 器件-錫須失效
4)產品使用
電子組件常見可靠性問題舉例
Crack
Crack
Void
1)焊點疲勞失效
2)電化學遷移
3)陽極導電絲失效
4)腐蝕失效
5)錫須失效
電子組件可靠性問題匯總
器件 1 錫須生長和錫疫 2 器件熱穩定性(潮濕敏感損傷) 3 前向/后向兼容性(混裝) 4 可焊性,耐腐蝕性 PCB 1 可焊性 2 熱穩定性(變色,翹曲,孔斷) 焊點:(疲勞,過應力) 電化學:遷移,CAF
元器件
焊點
電子元件與SMT焊點的“浴盆”曲線對比
1.2.3 電子組件失效率曲線分析

分析和選擇 元器件 焊料類型 材料 PCB設計 組裝過程 熱設計考慮 測試 機械設計考慮。。。。。。
如何確定合適的參數指標要求? (可靠性統計學和失效物理相結合)
PCBA的主要失效機理和失效模式
從設計角度考慮
電子組件失效率曲線分析
1.2.4 電子組件可靠性工作程序

電子組件可靠性工作方法
DESIGN FORRELIABILITYRELIABILITYTEST & DATAANALYSISFAILURE ANALYSIS可靠性工程可靠性設計可靠性試驗失效分析
可靠性工作的根本 能夠大大降低成本 ………
失效位置、模式、機理
可靠性試驗數據驗證
可靠性設計驗證
理解失效的原因及如何提高
 樣品數量
 測試條件
 測試周期
 失效獲取
 壽命分布
可靠性函數
 失效率
 平均壽命

 
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