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某电路板加速可靠性试验案例

作者：网络编辑：瑞凯仪器来源：网络发布日期： 2021.07.15

    01某电路板参数和使用条件
    某电路板安装8个无引线片式电容，设计寿命10年，每天通断电一次（N=3650循环）。使用温度日循环，平均日循环温度ΔT=40℃。10年后可接受的累积失效率x=0.5%。通过试验验证其10年后失效率能否满足要求。
    片式电容物理参数为：αC=6.8ppm/℃，h=0.127mm，LD=2.032mm。
    电路板基板为低CTE多层板，αS=10.5ppm/℃。
    02试验电路板参数和试验条件
    电路板基板的也热膨胀系数较低，为了加速焊点的疲劳失效，更换热膨胀系数较大的FR-4多层板，αS=16ppm/℃。每试验电路板安装8个片式电容，其工艺与实际产品相同，共32个试验电路板参与加速试验。
    试验条件选定为(0-100)℃的温度循环，TD=15min，ΔTe=100℃，TSJ=50℃，每天24个试验循环。
    03试验数据
    试验共进行6400循环，出现17个失效，失效数超过试验件数量一半，试验结束。

表1 热循环试验失效数据

04数据分析计算
根据试验数据表1，计算失效率，可以得到失效率与寿命的关系曲线。

将式（2）转化为失效率和寿命的关系如下：

失效率和寿命的关系

式（7）为典型的失效率与寿命的威布尔分布关系式。
通过试验数据进行失效率和寿命的威布尔分布关系曲线拟合，计算得到式（7）中β=4，N(50%)=6233，拟合相关系数R2=0.9987，拟合曲线与试验数据见图4。

图4 失效率与循环数N试验数据与拟合曲线
可以看出试验数据符合β=4的威布尔分布，平均寿命N(50%)=6233。

试验为8个器件一组进行，根据样本分组修正公式：

样本分组修正公式

    式中：
    β—威布尔分布形状参数；
    m—一组器件的数量。
    根据式(8)，可以计算出试验条件下单个CC1820器件的平均寿命：N(50%,test)=10483。
    根据式(5)，可以计算出疲劳延展系数：ΔT=40℃，c(use)=-0.4739；ΔT=100℃，c(test)=-0.41599。
    根据式(1)可以计算得到加速试验下单个器件一个循环损伤：ΔD(test)=0.01593。
    根据式(3)计算得到经验系数F=0.7035。
    将经验系数F带入式(3)，可以计算得到使用环境下：ΔD(use)=0.002563。
    根据式(6)可以得到加速试验加速系数：=14.01。
    根据式(1)，计算得到使用环境下单个器件平均寿命N(50%,use)=146833。
    根据式(8)，计算得到电路板8个一组器件平均寿命N(50%,use)=87308。
    根据式(2)，可以计算使用环境下，电路板失效率x=0.5%时，电路板的寿命为N（0.5%,use）=25460。
    根据式(2)，同样可以计算工作环境下使用10年时，电路板失效率x=2.117E-6。
    可知电路板工作10年时，失效率<0.5%，满足使用要求。

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