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淺談失效機(jī)理

發(fā)表時間：2022-03-25 14:12

失效機(jī)理（ Failure mechanism）是化學(xué)/物理過程，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)瞬時或累積的損傷。

在產(chǎn)品研發(fā)過程中，如汽車，從整車架構(gòu)、子系統(tǒng)、部件等層次，做失效模式影響分析的時候，一級牽涉一級，每個結(jié)果都有失效模式，推理到了最后，如果Root Cause發(fā)現(xiàn)電容壞掉了，出現(xiàn)短路的情況，這時候怎么辦呢？其實還是需要把真正的原因找出來，到底是什么原因讓它失效了。這個是我以前理解的DFMEA里面做不到的，因為以前只能做到電源沒有了，是因為電容短路了，電容為什么短路，可能的原因要問電容供應(yīng)商了。

所以做產(chǎn)品的工程師，需要掌握的不僅僅是失效模式、設(shè)計方法、而且需要理解失效機(jī)理，到底是什么原因?qū)е略骷氖А?/span>

　　失效機(jī)理有以下的特點(diǎn)：

　* 失效機(jī)理是失效模式的原因

　 * 失效機(jī)理是有限的，能夠被容易識別出來
* 對失效機(jī)理積累下的工程知識，能夠應(yīng)用到所有產(chǎn)品和所有行業(yè)

　　所以我個人理解，真要理解清楚產(chǎn)品的環(huán)境條件為什么導(dǎo)致那么多失效，將未來產(chǎn)品所經(jīng)歷的物理世界抽象成仿真條件，對產(chǎn)品進(jìn)行有效的測試驗證，那算是正真的產(chǎn)品可靠性設(shè)計師。

如上圖所示，這里的失效機(jī)理，可以分兩大類：

1）過應(yīng)力（OverStress）單一的應(yīng)力導(dǎo)致部件過線

　這里還是分兩種，一種是非材料損傷的問題，如電氣、機(jī)械和熱。典型的例子為供電不足或者是達(dá)不到啟動條件。

　第二中是材料損傷，有以下的種類

* 斷裂 Fracture* 彎曲Bucklin

* 彎曲和硬度 Yielding and Brinnelling

* 過壓Electrical Overstress

* 靜電Electrostatic Discharge

* 電離擊穿 Dielectric Breakdown

* 熱擊穿Thermal Breakdown

　這里就是我以前的主要最壞情況分析的三種，電壓應(yīng)力、靜電和熱核算的主要緣由，這些瞬間的應(yīng)力，就直接對部件產(chǎn)生了損壞。這里最重要的一個概念是，所有的電阻和電容，其實都是由材料工藝做成的，比如板級的彎曲應(yīng)力，作用在元器件上，焊點(diǎn)和內(nèi)部的構(gòu)造，就會產(chǎn)生一定的損傷。

2）累積損傷（Cumulative Damage）：持續(xù)的使用達(dá)到了部件的耐久限制，導(dǎo)致失效。

　這里才是長期可靠性的設(shè)計問題所在，器件本身是暴露環(huán)境中的，持續(xù)長久的使用導(dǎo)致了元件材料的退化和損傷，積累到一定程度就出現(xiàn)失效。國內(nèi)的廠家，一般會采用高溫老化來進(jìn)行初步篩選，但是在這一層次，如果不能理解環(huán)境和使用條件，對于材料的損傷，對元器件的壽命，僅僅用一個失效率（平均無故障使用時間）就太理想化了。這個數(shù)值，其實是大量的實驗，對一類產(chǎn)品進(jìn)行測試，統(tǒng)計而出的。但是由于材料、工藝乃至供應(yīng)商的不同，它們的數(shù)值又豈會是一樣的，更何況你模塊所在的位置，模塊的布置和設(shè)計，這些又有很大的差異。