某電路板加速可靠性試驗(yàn)案例
作者：
網(wǎng)絡(luò)
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瑞凱儀器
來(lái)源：
網(wǎng)絡(luò)
發(fā)布日期： 2021.07.15
01某電路板參數(shù)和使用條件
某電路板安裝8個(gè)無(wú)引線片式電容，設(shè)計(jì)壽命10年，每天通斷電一次（N=3650循環(huán)）。使用溫度日循環(huán)，平均日循環(huán)溫度ΔT=40℃。10年后可接受的累積失效率x=0.5%。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其10年后失效率能否滿足要求。
片式電容物理參數(shù)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(yàn)電路板參數(shù)和試驗(yàn)條件
電路板基板的也熱膨脹系數(shù)較低，為了加速焊點(diǎn)的疲勞失效，更換熱膨脹系數(shù)較大的FR-4多層板，αS=16ppm/℃。每試驗(yàn)電路板安裝8個(gè)片式電容，其工藝與實(shí)際產(chǎn)品相同，共32個(gè)試驗(yàn)電路板參與加速試驗(yàn)。
試驗(yàn)條件選定為(0-100)℃的溫度循環(huán)，TD=15min，ΔTe=100℃，TSJ=50℃，每天24個(gè)試驗(yàn)循環(huán)。
03試驗(yàn)數(shù)據(jù)
試驗(yàn)共進(jìn)行6400循環(huán)，出現(xiàn)17個(gè)失效，失效數(shù)超過(guò)試驗(yàn)件數(shù)量一半，試驗(yàn)結(jié)束。
表1 熱循環(huán)試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)
04數(shù)據(jù)分析計(jì)算
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1，計(jì)算失效率，可以得到失效率與壽命的關(guān)系曲線。
將式（2）轉(zhuǎn)化為失效率和壽命的關(guān)系如下：
式（7）為典型的失效率與壽命的威布爾分布關(guān)系式。
通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行失效率和壽命的威布爾分布關(guān)系曲線擬合，計(jì)算得到式（7）中β=4，N(50%)=6233，擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.9987，擬合曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖4。
圖4 失效率與循環(huán)數(shù)N試驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合曲線
可以看出試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合β=4的威布爾分布，平均壽命N(50%)=6233。
試驗(yàn)為8個(gè)器件一組進(jìn)行，根據(jù)樣本分組修正公式：
式中：
β—威布爾分布形狀參數(shù)；
m—一組器件的數(shù)量。
根據(jù)式(8)，可以計(jì)算出試驗(yàn)條件下單個(gè)CC1820器件的平均壽命：N(50%,test)=10483。
根據(jù)式(5)，可以計(jì)算出疲勞延展系數(shù)：ΔT=40℃，c(use)=-0.4739；ΔT=100℃，c(test)=-0.41599。
根據(jù)式(1)可以計(jì)算得到加速試驗(yàn)下單個(gè)器件一個(gè)循環(huán)損傷：ΔD(test)=0.01593。
根據(jù)式(3)計(jì)算得到經(jīng)驗(yàn)系數(shù)F=0.7035。
將經(jīng)驗(yàn)系數(shù)F帶入式(3)，可以計(jì)算得到使用環(huán)境下：ΔD(use)=0.002563。
根據(jù)式(6)可以得到加速試驗(yàn)加速系數(shù)：=14.01。
根據(jù)式(1)，計(jì)算得到使用環(huán)境下單個(gè)器件平均壽命N(50%,use)=146833。
根據(jù)式(8)，計(jì)算得到電路板8個(gè)一組器件平均壽命N(50%,use)=87308。
根據(jù)式(2)，可以計(jì)算使用環(huán)境下，電路板失效率x=0.5%時(shí)，電路板的壽命為N（0.5%,use）=25460。
根據(jù)式(2)，同樣可以計(jì)算工作環(huán)境下使用10年時(shí)，電路板失效率x=2.117E-6。
可知電路板工作10年時(shí)，失效率<0.5%，滿足使用要求。
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