1.可靠性定義可靠性是指產品在規定的時間內,在規定的條件下,完成規定任務的概率和可能性。電子產品和系統是在一定的應用條件下、一定使用時間內發揮作用。各種產品的應用條件各不相同,如空調主要是溫濕度的影響,而沖擊的變化不大;汽車電子,不僅溫濕度變化很大,而且震動很大,機械沖擊也很大。各種電子產品的使用壽命要求也不一樣,如手機,壽命1-3年;而汽車電子、通訊設備的壽命要求很高。所以在特定條件下,在特定時間范圍內,我們希望產品的失效不能超過某一個程度,完成產品所能完成任務的概率或可能性就是產品的可靠性。可靠性是和相應的載荷、使用環境、應用周期有關。
電子產品是由各部件互連組成,其中*重要的是PCB組裝連接,連接的失效也是一個概率問題,它設涉及到焊點、PCB、元件失效的概率。除此之外,PCB的裝配還涉及到電化學失效概率。PCB組裝連接可靠性對產品的可靠性起著至關重要的作用,稱為板級產品的可靠性。它涉及的問題主要是焊點、PCB、元件以及電化學可靠性。
2.載荷條件可靠性是相對于一定載荷條件的概率。所以可靠性一定是指在某種載荷條件的可靠性。載荷條件是指任何條件加入系統上,使系統的性能惡化或影響可靠性的條件,都是載荷
條件。載荷是一個廣義的載荷,不光只是熱沖擊、熱循環。系統在很多情況下所受到的是機械載荷,但又并不完全是機械載荷,它還包括溫度、濕度、電壓、電流等條件,在這些條件下,也會造成產品的失效,也是一種載荷。所以載荷要廣義的理解。
機械載荷是電子產品常受到的載荷,它又分為周期性載荷和沖擊性機械載荷;周期性載荷也有低周期載荷和高周期載荷之分。低周期載荷
計算機開機、關機冷熱周期性變化、汽車電子周圍環境的變化都屬于周期性載荷,也稱熱機械載荷。高低溫熱循環試驗就是模仿實際應用中的熱機械載荷,來分析焊點的失效原因。焊點產生失效的主要原因是PCB與安裝元件兩者的熱膨脹系數不匹配造成。例如PCB焊盤上安裝陶瓷片狀電阻,兩種材料的熱膨脹系數分別為:陶瓷3-5ppm/℃,PCB16-25ppm/℃。陶瓷和PCB材料比較硬,而焊料較軟。當溫度從0度上升到100度,PCB以16-25的速率膨脹,而陶瓷膨脹速率很慢,使焊點處入受拉狀態;當溫度從100度下降到0度時,相反程度發展,焊點受到周期性的剪切應力應變,當循環達到1000-6000次時,焊點出現力學的疲勞裂紋。由于在循環次數不高的情況下發生疲勞失效,稱作低周疲勞。
出現低周疲勞另一個原因是,當焊點的工作溫度(以K式溫度計算)占熔點的80%-90%時,材料內部的變化處于熱敏期間,溫度升高以后晶粒長大,應力應變也會促使晶粒長大,焊點的機械性能下降。當晶粒粗化、軟化后出現小的裂紋,周期性載荷使裂紋擴展,*后在循環周數不高的情況下整個焊點失效。焊點在一個很殘酷的應用條件下工作,如環境條件150℃,比較接近焊料的熔點(183℃、217℃),常發生低周疲勞失效。高周期載荷
電子產品除了受到低周載荷外,還會受到周期性彎曲載荷、周期性的震動等,由于沒有溫度的作用,都稱周期性機械載荷。由于它能達到上萬次循環才使產品失效,所以稱高周期載荷。比如按壓鍵盤的次數可以做到100萬次。每次都是一個疲勞過程。每次按下都沒有超過它的機械強度,但按了很多次后,產品疲勞失效。沖擊性載荷
有些產品如手機意外跌落會受到載荷沖擊;有些板做ITC時,會對PCB施加一定的力,這些力使印制板受到損壞。這些載荷是非周期性的,稱作沖擊載荷。
3.電子產品失效方式
電子產品失效方式主要有裂紋、斷裂、電性能失效等。在機械載荷條件下,疲勞失效以裂紋的產生和擴大方式。沖擊性載荷會以脆性斷裂的失效方式,應力比較集中造成,界面比較明顯。電化學載荷以電遷移和晶枝的生長而失效。
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