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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)場頻頻出現(xiàn)損壞,經(jīng)過對返修單板進行分析,發(fā)現(xiàn)大部分返修單板均是某接口器件失效,對器件進行解剖后,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)計應(yīng)用不當,沒有采用保護電路,在用戶現(xiàn)場帶電插拔產(chǎn)生的電浪涌導(dǎo)致該器件失效。通過模擬試驗再現(xiàn)了失效現(xiàn)象。

解決方法:在用戶手冊中強調(diào)該產(chǎn)品不支持帶電插拔。

預(yù)防措施:在今后的設(shè)計中,考慮用戶的使用習(xí)慣,增加防護電路設(shè)計,對產(chǎn)品進行熱插拔設(shè)計。

案例2:金絲疲勞斷裂

某產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場使用半年以后,返修率驚人,達到30%,對產(chǎn)品進行分析,對主要失效器件進行失效分析,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)了問題,對潮濕敏感器件的管理沒有按照J-STD-033A 標準進行,導(dǎo)致受潮器件沒有按照規(guī)定時間進行高溫烘烤,在過回流焊時出現(xiàn)“爆米花”效應(yīng),對器件造成了損傷,降低了可靠性,導(dǎo)致在用戶現(xiàn)場器件失效。

解決措施:對用戶現(xiàn)場的所有有問題的批次產(chǎn)品進行召回。

預(yù)防措施:在生產(chǎn)加工過程中嚴格進行MSD的管理和控制。

案例3:電遷移導(dǎo)致器件長期可靠性下降

某產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場使用3年以后,返修率開始出現(xiàn)明顯異常,進行失效分析發(fā)現(xiàn),主要是某功率器件內(nèi)部電遷移引起。該問題屬于器件廠家的設(shè)計和制造缺陷。

解決措施:和廠家聯(lián)系,確定有問題的批次,更換有問題批次的器件。

預(yù)防措施:對器件可靠性認證體系重新進行設(shè)計,減少廠家批次性問題的發(fā)生。

下面簡單談?wù)勗陂_發(fā)過程中的一些建議:

要想設(shè)計質(zhì)量可靠性達到要求的產(chǎn)品,主要有以下幾個步驟:

1. 明確產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性要求,如是消費級還是電信級,最終的客戶是誰,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。

2. 在明確質(zhì)量可靠性規(guī)格以后進行產(chǎn)品總體設(shè)計,這時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、強輻射地區(qū),則需要對應(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)量可靠性無法滿足要求,那么這個設(shè)計從一開始就注定是失敗的。

3. 在選好器件后,就要考慮在設(shè)計應(yīng)用中避免各種可能的應(yīng)力對器件的損傷,如ESD防護設(shè)計、電浪涌防護設(shè)計、熱設(shè)計、環(huán)境應(yīng)力設(shè)計等,考慮到各種可能應(yīng)力,并進行降額設(shè)計或者進行最壞情況分析。另外,還要進行信號完整性分析,EMC兼容設(shè)計等,來保證設(shè)計的產(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。

4. 在設(shè)計階段還要考慮產(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)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)計產(chǎn)品時往往對產(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。

作者:單承建先生

總經(jīng)理

深圳市易瑞來科技開發(fā)有限公司