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案例1:大電流導(dǎo)致器件金屬融化
某產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)頻頻出現(xiàn)損壞,經(jīng)過(guò)對(duì)返修單板進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)大部分返修單板均是某接口器件失效,對(duì)器件進(jìn)行解剖后,在金相顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)器件是由于EOS導(dǎo)致內(nèi)部鋁線融化,導(dǎo)致器件失效,該EOS能量較大。進(jìn)一步分析和該鋁條相連的管腳電路應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)應(yīng)用不當(dāng),沒(méi)有采用保護(hù)電路,在用戶現(xiàn)場(chǎng)帶電插拔產(chǎn)生的電浪涌導(dǎo)致該器件失效。通過(guò)模擬試驗(yàn)再現(xiàn)了失效現(xiàn)象。
解決方法:在用戶手冊(cè)中強(qiáng)調(diào)該產(chǎn)品不支持帶電插拔。
預(yù)防措施:在今后的設(shè)計(jì)中,考慮用戶的使用習(xí)慣,增加防護(hù)電路設(shè)計(jì),對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱插拔設(shè)計(jì)。
案例2:金絲疲勞斷裂
某產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)使用半年以后,返修率驚人,達(dá)到30%,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析,對(duì)主要失效器件進(jìn)行失效分析,在掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)金屬絲疲勞斷裂導(dǎo)致器件失效。進(jìn)一步的原因分析,發(fā)現(xiàn)是該產(chǎn)品的生產(chǎn)加工控制出現(xiàn)了問(wèn)題,對(duì)潮濕敏感器件的管理沒(méi)有按照J(rèn)-STD-033A 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,導(dǎo)致受潮器件沒(méi)有按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行高溫烘烤,在過(guò)回流焊時(shí)出現(xiàn)“爆米花”效應(yīng),對(duì)器件造成了損傷,降低了可靠性,導(dǎo)致在用戶現(xiàn)場(chǎng)器件失效。
解決措施:對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)的所有有問(wèn)題的批次產(chǎn)品進(jìn)行召回。
預(yù)防措施:在生產(chǎn)加工過(guò)程中嚴(yán)格進(jìn)行MSD的管理和控制。
案例3:電遷移導(dǎo)致器件長(zhǎng)期可靠性下降
某產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)使用3年以后,返修率開始出現(xiàn)明顯異常,進(jìn)行失效分析發(fā)現(xiàn),主要是某功率器件內(nèi)部電遷移引起。該問(wèn)題屬于器件廠家的設(shè)計(jì)和制造缺陷。
解決措施:和廠家聯(lián)系,確定有問(wèn)題的批次,更換有問(wèn)題批次的器件。
預(yù)防措施:對(duì)器件可靠性認(rèn)證體系重新進(jìn)行設(shè)計(jì),減少?gòu)S家批次性問(wèn)題的發(fā)生。
下面簡(jiǎn)單談?wù)勗陂_發(fā)過(guò)程中的一些建議:
要想設(shè)計(jì)質(zhì)量可靠性達(dá)到要求的產(chǎn)品,主要有以下幾個(gè)步驟:
- 明確產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性要求,如是消費(fèi)級(jí)還是電信級(jí),最終的客戶是誰(shuí),客戶的需求是什么,使用的環(huán)境是什么,產(chǎn)品返修率指標(biāo)是多少？等等……,由此確定產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性要求,作為產(chǎn)品規(guī)格明確下來(lái)。
- 在明確質(zhì)量可靠性規(guī)格以后進(jìn)行產(chǎn)品總體設(shè)計(jì),這時(shí)最重要的是選擇和使用質(zhì)量可靠性符合產(chǎn)品規(guī)格要求的器件,比如產(chǎn)品的使用環(huán)境比較惡劣,如使用在高海拔、強(qiáng)輻射地區(qū),則需要對(duì)應(yīng)的選擇合適的器件。如果在應(yīng)用環(huán)境中,選用的器件本身的質(zhì)量可靠性無(wú)法滿足要求,那么這個(gè)設(shè)計(jì)從一開始就注定是失敗的。
- 在選好器件后,就要考慮在設(shè)計(jì)應(yīng)用中避免各種可能的應(yīng)力對(duì)器件的損傷,如ESD防護(hù)設(shè)計(jì)、電浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、環(huán)境應(yīng)力設(shè)計(jì)等,考慮到各種可能應(yīng)力,并進(jìn)行降額設(shè)計(jì)或者進(jìn)行最壞情況分析。另外,還要進(jìn)行信號(hào)完整性分析,EMC兼容設(shè)計(jì)等,來(lái)保證設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的功能可靠性。在這一階段,FMEA(失效模式影響分析)也是必不可少的步驟。
- 在設(shè)計(jì)階段還要考慮產(chǎn)品的可加工性,如生產(chǎn)線的ESD、MSD控制水平是多少,如果生產(chǎn)線最多只能保證100V的ESD水平,那么ESD等級(jí)低于100V的器件就不要使用。又如現(xiàn)有的加工條件,不能夠保證MSL(潮濕敏感等級(jí))為6的器件的加工,那么也不能夠選用。開發(fā)工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)往往對(duì)產(chǎn)品的可加工性考慮不周,導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)直通率較低。
綜上所述,產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)工程,需要考慮的環(huán)節(jié)較多,任何一個(gè)環(huán)節(jié)考慮不周,都可能導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性達(dá)不到要求。在國(guó)際領(lǐng)先的公司里,在上述提到的各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有專家負(fù)責(zé)建立設(shè)計(jì)規(guī)則或者評(píng)審規(guī)則,通過(guò)開發(fā)流程來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量可靠性。
作者:單承建先生
總經(jīng)理
深圳市易瑞來(lái)科技開發(fā)有限公司
