某電路板加速可靠性試驗案例
作者：
網絡(luo)
編輯：
瑞凱儀器
來源(yuan)：
網絡(luo)
發(fa)布日(ri)期： 2021.07.15
01某電路板參數和(he)使(shi)用條件
某電(dian)路板安裝8個無引線片式(shi)電(dian)容，設計壽命10年，每(mei)天通(tong)斷(duan)電(dian)一(yi)次（N=3650循環(huan)）。使用溫度日(ri)循環(huan)，平均(jun)日(ri)循環(huan)溫度ΔT=40℃。10年后(hou)可接受(shou)的累積失(shi)效率x=0.5%。通(tong)過試驗驗證其10年后(hou)失(shi)效率能否(fou)滿足要(yao)求。
片式電(dian)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(ceng)板，αS=10.5ppm/℃。
02試驗電路(lu)板參數(shu)和(he)試驗條件
電路(lu)(lu)板(ban)基板(ban)的(de)也熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)較低(di)，為了加(jia)速焊(han)點的(de)疲(pi)勞失(shi)效，更換熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)較大的(de)FR-4多層板(ban)，αS=16ppm/℃。每試(shi)驗電路(lu)(lu)板(ban)安裝8個片(pian)式電容(rong)，其工藝(yi)與(yu)實(shi)際產品相同，共(gong)32個試(shi)驗電路(lu)(lu)板(ban)參與(yu)加(jia)速試(shi)驗。
試驗條件選定(ding)為(wei)(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(ge)失(shi)效，失(shi)效數超過(guo)試驗件數量一(yi)半(ban)，試驗結束。
表1 熱循(xun)環(huan)試驗失(shi)效數據
04數(shu)據分析計算
根據試驗數據表1，計算失效率，可以得(de)到失效率與壽(shou)命的關(guan)系曲線。
將式（2）轉化為失效率和壽命的(de)關系(xi)如下：
式（7）為(wei)典型的失效率與壽命的威布爾分(fen)布關系式。
通過試(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)進行失效率和壽命的威布(bu)爾分布(bu)關系曲(qu)線(xian)擬合，計算得(de)到式（7）中β=4，N(50%)=6233，擬合相關系數(shu)R2=0.9987，擬合曲(qu)線(xian)與試(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)見圖4。
圖(tu)4 失效率(lv)與(yu)循環數(shu)N試驗數(shu)據與(yu)擬合曲(qu)線
可以看(kan)出試驗數據符(fu)合β=4的威布爾分布，平(ping)均壽命N(50%)=6233。
試(shi)驗為8個(ge)器件一(yi)組進行(xing)，根據(ju)樣本(ben)分組修正(zheng)公式(shi)：
式中：
β—威布爾分布形狀參數(shu)；
m—一組(zu)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(ji)算出疲勞(lao)延展系數：ΔT=40℃，c(use)=-0.4739；ΔT=100℃，c(test)=-0.41599。
根(gen)據式(1)可(ke)以計算得到加速試(shi)驗(yan)下單個(ge)器(qi)件一個(ge)循環損傷(shang)：ΔD(test)=0.01593。
根據式(3)計算得到經驗系數F=0.7035。
將(jiang)經驗系數F帶入式(shi)(3)，可以計算(suan)得到使用環(huan)境下：ΔD(use)=0.002563。
根據式(6)可以得到(dao)加速(su)試驗(yan)加速(su)系數：=14.01。
根據式(1)，計算得到(dao)使(shi)用環境下單(dan)個器(qi)件平均壽(shou)命N(50%,use)=146833。
根據式(8)，計算得到電路(lu)板8個一組器件平均壽命(ming)N(50%,use)=87308。
根據式(2)，可(ke)以計算使用環境下(xia)，電路板(ban)失(shi)效(xiao)率x=0.5%時，電路板(ban)的壽命(ming)為N（0.5%,use）=25460。
根據式(2)，同樣可以計算工作(zuo)環境下使用10年時，電路板失(shi)效率x=2.117E-6。
可(ke)知電路板工作10年(nian)時，失效(xiao)率<0.5%，滿足使用要(yao)求。
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