案例1:大電流導致器件金屬融化

某產品在用戶現場頻頻出現損壞,經過對返修單板進行分析,發現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,發現器件是由于EOS導致內部鋁線融化,導致器件失效,該EOS能量較大。進一步分析和該鋁條相連的管腳電路應用,發現電路設計應用不當,沒有采用保護電路,在用戶現場帶電插拔產生的電浪涌導致該器件失效。通過模擬試驗再現了失效現象。

解決方法:在用戶手冊中強調該產品不支持帶電插拔。

預防措施:在今后的設計中,考慮用戶的使用習慣,增加防護電路設計,對產品進行熱插拔設計。

案例2:金絲疲勞斷裂

某產品在用戶現場使用半年以后,返修率驚人,達到30%,對產品進行分析,對主要失效器件進行失效分析,在掃描電鏡下發現金屬絲疲勞斷裂導致器件失效。進一步的原因分析,發現是該產品的生產加工控制出現了問題,對潮濕敏感器件的管理沒有按照J-STD-033A 標準進行,導致受潮器件沒有按照規定時間進行高溫烘烤,在過回流焊時出現“爆米花”效應,對器件造成了損傷,降低了可靠性,導致在用戶現場器件失效。

解決措施:對用戶現場的所有有問題的批次產品進行召回。

預防措施:在生產加工過程中嚴格進行MSD的管理和控制。

案例3:電遷移導致器件長期可靠性下降

某產品在用戶現場使用3年以后,返修率開始出現明顯異常,進行失效分析發現,主要是某功率器件內部電遷移引起。該問題屬于器件廠家的設計和制造缺陷。

解決措施:和廠家聯系,確定有問題的批次,更換有問題批次的器件。

預防措施:對器件可靠性認證體系重新進行設計,減少廠家批次性問題的發生。

下面簡單談談在開發過程中的一些建議:

要想設計質量可靠性達到要求的產品,主要有以下幾個步驟:

1. 明確產品的質量可靠性要求,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,使用的環境是什么,產品返修率指標是多少？等等……,由此確定產品的質量可靠性要求,作為產品規格明確下來。

2. 在明確質量可靠性規格以后進行產品總體設計,這時最重要的是選擇和使用質量可靠性符合產品規格要求的器件,比如產品的使用環境比較惡劣,如使用在高海拔、強輻射地區,則需要對應的選擇合適的器件。如果在應用環境中,選用的器件本身的質量可靠性無法滿足要求,那么這個設計從一開始就注定是失敗的。

3. 在選好器件后,就要考慮在設計應用中避免各種可能的應力對器件的損傷,如ESD防護設計、電浪涌防護設計、熱設計、環境應力設計等,考慮到各種可能應力,并進行降額設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兼容設計等,來保證設計的產品的功能可靠性。在這一階段,FMEA(失效模式影響分析)也是必不可少的步驟。

4. 在設計階段還要考慮產品的可加工性,如生產線的ESD、MSD控制水平是多少,如果生產線最多只能保證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。開發工程師在設計產品時往往對產品的可加工性考慮不周,導致產品的生產直通率較低。

作者:單承建先生

總經理

深圳市易瑞來科技開發有限公司