某電路板加速可靠性試驗案例
作者：
網(wǎng)絡
編輯：
瑞凱儀器
來源：
網(wǎng)絡
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個無引線片式電容，設計壽命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(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試驗電路板參數(shù)和試驗條件
電路板基板的也熱膨脹系數(shù)較低，為了加速焊點的疲勞失效，更換熱膨脹系數(shù)較大的FR-4多層板，αS=16ppm/℃。每試驗電路板安裝8個片式電容，其工藝與實際產(chǎn)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(huán)，TD=15min，ΔTe=100℃，TSJ=50℃，每天24個試驗循環(huán)。
03試驗數(shù)據(jù)
試驗共進行6400循環(huán)，出現(xiàn)17個失效，失效數(shù)超過試驗件數(shù)量一半，試驗結束。
表1 熱循環(huán)試驗失效數(shù)據(jù)
04數(shù)據(jù)分析計算
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)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(zhuǎn)化為失效率和壽命的關系如下：
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(shù)據(jù)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(shù)R2=0.9987，擬合曲線與試驗數(shù)據(jù)見圖4。
圖4 失效率與循環(huán)數(shù)N試驗數(shù)據(jù)與擬合曲線
可以看出試驗數(shù)據(jù)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(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)，可以計算出試驗條件下單個CC1820器件的平均壽命：N(50%,test)=10483。
根據(jù)式(5)，可以計算出疲勞延展系數(shù)：ΔT=40℃，c(use)=-0.4739；ΔT=100℃，c(test)=-0.41599。
根據(jù)式(1)可以計算得到加速試驗下單個器件一個循環(huán)損傷：ΔD(test)=0.01593。
根據(jù)式(3)計算得到經(jīng)驗系數(shù)F=0.7035。
將經(jīng)驗系數(shù)F帶入式(3)，可以計算得到使用環(huán)境下：ΔD(use)=0.002563。
根據(jù)式(6)可以得到加速試驗加速系數(shù)：=14.01。
根據(jù)式(1)，計算得到使用環(huán)境下單個器件平均壽命N(50%,use)=146833。
根據(jù)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(jù)式(2)，可以計算使用環(huán)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(jù)式(2)，同樣可以計算工作環(huán)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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