电子产品可靠性概念

北京可靠性及电磁兼容测试中心据检测114网消息

 1.可靠性定义可靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定任务的概率和可能性。电子产品和系统是在一定的应用条件下、一定使用时间内发挥作用。各种产品的应用条件各不相同，如空调主要是温湿度的影响，而冲击的变化不大;汽车电子，不仅温湿度变化很大，而且震动很大，机械冲击也很大。各种电子产品的使用寿命要求也不一样，如手机，寿命1-3 年;而汽车电子、通讯设备的寿命要求很高。所以在特定条件下，在特定时间范围内，我们希望产品的失效不能超过某一个程度，完成产品所能完成任务的概率或可能性就是产品的可靠性。可靠性是和相应的载荷、使用环境、应用周期有关。

　　电子产品是由各部件互连组成，其中最重要的是PCB 组装连接，连接的失效也是一个概率问题，它设涉及到焊点、PCB、元件失效的概率。除此之外，PCB 的装配还涉及到电化学失效概率。PCB 组装连接可靠性对产品的可靠性起着至关重要的作用，称为板级产品的可靠性。它涉及的问题主要是焊点、PCB、元件以及电化学可靠性。

　　2. 载荷条件可靠性是相对于一定载荷条件的概率。所以可靠性一定是指在某种载荷条件的可靠性。载荷条件是指任何条件加入系统上，使系统的性能恶化或影响可靠性的条件，都是载荷

　　条件。载荷是一个广义的载荷，不光只是热冲击、热循环。系统在很多情况下所受到的是机械载荷，但又并不完全是机械载荷，它还包括温度、湿度、电压、电流等条件，在这些条件下，也会造成产品的失效，也是一种载荷。所以载荷要广义的理解。

　　机械载荷是电子产品常受到的载荷，它又分为周期性载荷和冲击性机械载荷;周期性载荷也有低周期载荷和高周期载荷之分。 低周期载荷

　　计算机开机、关机冷热周期性变化、汽车电子周围环境的变化都属于周期性载荷，也称热机械载荷。高低温热循环试验就是模仿实际应用中的热机械载荷，来分析焊点的失效原因。焊点产生失效的主要原因是PCB 与安装元件两者的热膨胀系数不匹配造成。例如PCB 焊盘上安装陶瓷片状电阻，两种材料的热膨胀系数分别为：陶瓷3-5ppm /℃，PCB 16-25ppm / ℃。陶瓷和PCB 材料比较硬，而焊料较软。当温度从0 度上升到100 度，PCB 以16-25 的速率膨胀，而陶瓷膨胀速率很慢，使焊点处入受拉状态;当温度从100 度下降到0 度时，相反程度发展，焊点受到周期性的剪切应力应变，当循环达到1000-6000 次时，焊点出现力学的疲劳裂纹。由于在循环次数不高的情况下发生疲劳失效，称作低周疲劳。

　　出现低周疲劳另一个原因是，当焊点的工作温度(以K 式温度计算)占熔点的80%-90%时，材料内部的变化处于热敏期间，温度升高以后晶粒长大，应力应变也会促使晶粒长大，焊点的机械性能下降。当晶粒粗化、软化后出现小的裂纹，周期性载荷使裂纹扩展，最后在循环周数不高的情况下整个焊点失效。焊点在一个很残酷的应用条件下工作，如环境条件150 ℃，比较接近焊料的熔点(183 ℃、217℃)，常发生低周疲劳失效。高周期载荷

　　电子产品除了受到低周载荷外，还会受到周期性弯曲载荷、周期性的震动等，由于没有温度的作用，都称周期性机械载荷。由于它能达到上万次循环才使产品失效，所以称高周期载荷。比如按压键盘的次数可以做到100 万次。每次都是一个疲劳过程。每次按下都没有超过它的机械强度，但按了很多次后，产品疲劳失效。冲击性载荷

　　有些产品如手机意外跌落会受到载荷冲击;有些板做ITC 时，会对PCB 施加一定的力，这些力使印制板受到损坏。这些载荷是非周期性的，称作冲击载荷。

　　3.电子产品失效方式

　　电子产品失效方式主要有裂纹、断裂、电性能失效等。在机械载荷条件下，疲劳失效以裂纹的产生和扩大方式。冲击性载荷会以脆性断裂的失效方式，应力比较集中造成，界面比较明显。电化学载荷以电迁移和晶枝的生长而失效。