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電子組件可靠性概述
點(diǎn)擊次數(shù)：1797 發(fā)布時間：2017-1-3
電子組件可靠性的三個構(gòu)成部分出發(fā)，首先分析電子組件在整個生命周期的常見應(yīng)力及失效表現(xiàn)，并針對電子組件可靠性的三個組成部分的可靠性問題進(jìn)行詳細(xì)分析，分別介紹了電子組件工藝質(zhì)量評估，焊點(diǎn)熱疲勞失效機(jī)理及評價方法；焊點(diǎn)過應(yīng)力失效機(jī)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(xué)失效機(jī)理及評價方法；電子元器件主要失效機(jī)理及控制方法等。 課程重點(diǎn)為：
Ø電子組件可靠性的影響要素；
Ø影響電子組件可靠性的主要問題； 高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
Ø電子組件常用的失效分析方法；
Ø電子組件常見可靠性問題的試驗(yàn)評價方法； 課程目標(biāo) 了解可靠性基礎(chǔ) 掌握電子組件主要失效模式、失效機(jī)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(biāo)
課程內(nèi)容
Ø電子組件可靠性概述
Ø電子組件失效分析方法
Ø焊接原理及焊接工藝評價方法
Ø焊點(diǎn)熱疲勞、機(jī)械過應(yīng)力等可靠性評價方法
ØPCB來料質(zhì)量綜合保證技術(shù)
Ø電子組件絕緣可靠性試驗(yàn)及失效案例研究
Ø電子元器件可靠性要求及失效案例研究
*章 電子組件可靠性概述
Ø可靠性的定義
Ø電子組件可靠性特點(diǎn)及工作方法
可靠性是什么？高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
可靠性：“可靠性”描述的是產(chǎn)品在規(guī)定時間（t>0）內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。 三個重要方面： （1）規(guī)定的時間（泛指壽命單位） （2）規(guī)定的條件（熱、機(jī)械、化學(xué)、電磁、電化學(xué)等） （3）規(guī)定的功能（技術(shù)、性能指標(biāo)） 常見的可靠性舉例： 1）某手機(jī)在正常使用的條件下三年內(nèi)不出故障的概率為99.5%。 2）手機(jī)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
那可靠性是什么？
可靠性是質(zhì)量的時間指標(biāo)
•失效三階段：早期失效、隨機(jī)失效、耗損老化
•早期失效——工藝、材料缺陷和設(shè)計裕度不足是主要因素，通過 工藝質(zhì)量控制解決、過應(yīng)力裕度設(shè)計解決。 隨機(jī)失效——誤操作、使用不當(dāng)、外界環(huán)境突變等，人為、環(huán)境 因素是主要影響因素，通過規(guī)范操作、降額使用解決。 耗損失效— 結(jié)構(gòu)磨損、材料老化是主要因素，通過固有壽命、工 藝技術(shù)設(shè)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(chǎn)品在規(guī)定的條件、規(guī)定的時間t內(nèi)完成規(guī)定功能的概率,“三個規(guī)定”。高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
•累積失效概率F(t)——產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定的時間t以前的累積失效概率。
•失效率λ(t)——在規(guī)定的條件、規(guī)定的t時刻，尚未失效產(chǎn)品在單位時間內(nèi)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(chǎn)品的壽命平均值 。
•中位壽命(t0.5)——可靠度R=0.5時，對應(yīng)的工作時間，產(chǎn)品一半已經(jīng)失效。
•可靠壽命(tr) ——可靠度為任一值R時，對應(yīng)的工作時間。
常用可靠性特征量
電子組件可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表（總數(shù)量140）
可靠性計算示例
可靠度變化示意圖
中位 壽命高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
平均 壽命
失效率隨時間變化圖
可靠性的應(yīng)用-一個電表的故事
v 十年包換？
v 能否達(dá)到？
v 如何達(dá)到？
v 如何更好？
1.2 SMT電子組件可靠性特點(diǎn)
電子組件是電子產(chǎn)品的心臟
核心：電子元器件 PCB 焊點(diǎn)
8 焊料連接可靠性器件可靠性PCB可靠性焊點(diǎn)可靠性 環(huán)境條件工藝條件材料 熱機(jī)械加載動態(tài)機(jī)械加載電化學(xué)電學(xué) 焊點(diǎn)特征 焊料合金/微結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)器件位置焊盤/過孔支撐/機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)焊料合金/錫膏器件結(jié)構(gòu)/尺寸器件端口結(jié)構(gòu)/金屬化層電路板材料/尺寸/鍍層材料設(shè)計制造使用
電子組件的可靠性取決于器件/PCB/焊點(diǎn)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(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力 2 測試及老化--機(jī)械、電應(yīng)力 3 儲存--溫度、濕度、機(jī)械 4 運(yùn)輸--機(jī)械應(yīng)力（振動、沖擊）、溫度、濕度等 5 使用--溫度、濕度、化學(xué)、電、機(jī)械、輻射等等 不同的應(yīng)力環(huán)境可能導(dǎo)致不同的失效形式，并zui終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。 其中，焊接過程對器件、焊點(diǎn)和PCB的可靠性都有相當(dāng)大的影響。
電子組件焊接
--－形成良好焊點(diǎn)的前提、并影響器件和PCB等的可靠性
形成良好焊點(diǎn)的關(guān)鍵是:在焊接界面良好潤濕,并形成合適的金屬間化合物.
1）組裝焊接高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
測試?yán)匣昂Y選的目的：排除早期缺陷。 測試?yán)匣赡軒淼膯栴}： 由于應(yīng)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(diǎn)。 可能的應(yīng)力： 熱沖擊--－焊點(diǎn)開裂 機(jī)械振動--－焊點(diǎn)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(yàn) 失效形式：器件脫落 原因：過應(yīng)力 設(shè)計不良 測試條件不科學(xué)！
測試及篩選的影響案例
存儲和運(yùn)輸中，由于產(chǎn)品的運(yùn)輸條件不同，存儲環(huán)境不同，對電子組件可能產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力影響，足以導(dǎo)致失效。 可能的應(yīng)力 機(jī)械振動--－焊點(diǎn)脫離 溫度/濕度--－腐蝕
3）存儲運(yùn)輸
馬里蘭大學(xué)對計算機(jī)顯示器的運(yùn)輸應(yīng)力研究
某計算機(jī)存儲運(yùn)輸應(yīng)力分析
機(jī)械振動和沖擊
某計算機(jī)存儲運(yùn)輸應(yīng)力分析
影響電子組件可靠性zui大的環(huán)境條件，主要載荷包括： 溫度/濕度----腐蝕、遷移 溫度循環(huán)/溫度沖擊--－焊點(diǎn)疲勞 機(jī)械振動--焊點(diǎn)過應(yīng)力失效－疲勞失效 機(jī)械跌落--焊點(diǎn)過應(yīng)力 電應(yīng)力--電遷移 輻射等--器件損傷 器件－錫須失效
4）產(chǎn)品使用
電子組件常見可靠性問題舉例
Crack
Crack
Void
1）焊點(diǎn)疲勞失效
2）電化學(xué)遷移
3）陽極導(dǎo)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(wěn)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(wěn)定性（變色，翹曲，孔斷） 焊點(diǎn)：（疲勞，過應(yīng)力） 電化學(xué)：遷移，CAF
元器件
焊點(diǎn)
電子元件與SMT焊點(diǎn)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(shè)計 組裝過程熱設(shè)計考慮 測試 機(jī)械設(shè)計考慮。。。。。。
如何確定合適的參數(shù)指標(biāo)要求？ （可靠性統(tǒng)計學(xué)和失效物理相結(jié)合）
PCBA的主要失效機(jī)理和失效模式高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱
從設(shè)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(shè)計可靠性試驗(yàn)失效分析
可靠性工作的根本 能夠大大降低成本 ………
v失效位置、模式、機(jī)理
可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證
可靠性設(shè)計驗(yàn)證
v理解失效的原因及如何提高
v 樣品數(shù)量
v 測試條件
v 測試周期
v 失效獲取
v 壽命分布
v 可靠性函數(shù)
v 失效率
v 平均壽命高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱