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某電路板加速可靠性試驗案例

作者：網絡編輯：瑞凱儀器來源：網絡發布日期： 2021.07.15

    01某電路板參數和使用條件
    某電路板安裝8個無引線片式電容，設計壽命10年，每天通斷電一次（N=3650循環）。使用溫度日循環，平均日循環溫度ΔT=40℃。10年后可接受的累積失效率x=0.5%。通過試驗驗證其10年后失效率能否滿足要求。
    片式電容物理參數為：αC=6.8ppm/℃，h=0.127mm，LD=2.032mm。
    電路板基板為低CTE多層板，αS=10.5ppm/℃。
    02試驗電路板參數和試驗條件
    電路板基板的也熱膨脹系數較低，為了加速焊點的疲勞失效，更換熱膨脹系數較大的FR-4多層板，αS=16ppm/℃。每試驗電路板安裝8個片式電容，其工藝與實際產品相同，共32個試驗電路板參與加速試驗。
    試驗條件選定為(0-100)℃的溫度循環，TD=15min，ΔTe=100℃，TSJ=50℃，每天24個試驗循環。
    03試驗數據
    試驗共進行6400循環，出現17個失效，失效數超過試驗件數量一半，試驗結束。

表1 熱循環試驗失效數據

04數據分析計算
根據試驗數據表1，計算失效率，可以得到失效率與壽命的關系曲線。

將式（2）轉化為失效率和壽命的關系如下：

失效率和壽命的關系

式（7）為典型的失效率與壽命的威布爾分布關系式。
通過試驗數據進行失效率和壽命的威布爾分布關系曲線擬合，計算得到式（7）中β=4，N(50%)=6233，擬合相關系數R2=0.9987，擬合曲線與試驗數據見圖4。

圖4 失效率與循環數N試驗數據與擬合曲線
可以看出試驗數據符合β=4的威布爾分布，平均壽命N(50%)=6233。

試驗為8個器件一組進行，根據樣本分組修正公式：

樣本分組修正公式

    式中：
    β—威布爾分布形狀參數；
    m—一組器件的數量。
    根據式(8)，可以計算出試驗條件下單個CC1820器件的平均壽命：N(50%,test)=10483。
    根據式(5)，可以計算出疲勞延展系數：ΔT=40℃，c(use)=-0.4739；ΔT=100℃，c(test)=-0.41599。
    根據式(1)可以計算得到加速試驗下單個器件一個循環損傷：ΔD(test)=0.01593。
    根據式(3)計算得到經驗系數F=0.7035。
    將經驗系數F帶入式(3)，可以計算得到使用環境下：ΔD(use)=0.002563。
    根據式(6)可以得到加速試驗加速系數：=14.01。
    根據式(1)，計算得到使用環境下單個器件平均壽命N(50%,use)=146833。
    根據式(8)，計算得到電路板8個一組器件平均壽命N(50%,use)=87308。
    根據式(2)，可以計算使用環境下，電路板失效率x=0.5%時，電路板的壽命為N（0.5%,use）=25460。
    根據式(2)，同樣可以計算工作環境下使用10年時，電路板失效率x=2.117E-6。
    可知電路板工作10年時，失效率<0.5%，滿足使用要求。

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