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1、 电子整机企业的物料可靠性评估能力提升 刘天健摘要 本文基于物料原因导致电子产品失效的大量案例、开展物料可靠性评估工作的常见问题，提出了提升物料可靠性评估能力的系统性解决方案，并结合具体实例，为电子整机企业开展物料可靠性评估工作提供参考。【关键词】物料 可靠性评估据统计，50%以上的整机失效是由于物料原因引起的。对物料进行可靠性评估，并进而选择和使用可靠性适宜的物料，对于提高产品可靠性、降低产品返修率至关重要。本文基于物料原因导致电子产品失效的大量案例、开展物料可靠性评估工作的常见问题，提出了提升物料可靠性评估能力的系统性解决方案，并结合具体实例，为电子整机企业开展物料可靠性评估工作提供参考。
2、1 物料导致产品失效的案例物料原因导致的产品失效不胜枚举，主要分为以下三类：1.1 物料选型不当如采用的开关电源管理芯片内部MOS管耐压能力不足，导致芯片被击穿;电路中的钽电容短路失效，引起安全事故;大阻值大功率碳膜电阻膜层氧化腐蚀导致电阻开路;静电放电导致薄膜电阻失效;采用吸附作用显著的防潮胶涂覆电阻，防潮胶吸附空气中的硫元素与电阻银电极发生反应，导致电阻阻值增大;数码管内部环氧胶与晶粒之间热失配过大，导致正向压降增大或开路;PCB板支架所添加的防静电剂一烷基磺酸钠在潮湿环境下析出导致PCB板离子污染而短路;采用PVC材质的电控盒，电控盒析出的Cr离子在潮湿和电场环境下与铜箔发生反应导致PC
3、B开路;PCB板白色油墨与助焊剂/清洗剂不兼容，导致漂锡后白色丝印变紫。1.2 物料质量缺陷如在浪涌电压激励下，芯片内部发生闩锁效应导致芯片大电流烧毁;键合丝脱焊导致芯片输出不稳定;整流二极管台面表面PN结受沾污导致工作时反向漏电流偏大;数码管内部PCB布线间存在可导电的杂质;供应商更换镍铬电阻丝材质，导致线绕电阻工作时开路失效;不同批次的电连接器，啮合力、分离力的一致性差;连接器插针镀层脱落;绝缘体材料漏电。1.3 物料老化如使用一定时间后，铝电解电容器的电参数恶化，继电器触点接触电阻变大，光耦的CTR变小。2 开展物料可靠性评估工作的常见问题物料种类太多，不知如何下手。电子整机企业使用的物
4、料往往多达上万个编码，一般涉及以下物料类别：元器件（如半导体分立器件、集成电路、光电子器件、声表面波器件、霍尔器件、电声器件、开关、继电器、连接器、微特电机、电线、电缆、电感、变压器、电容、电阻、熔断器等）;PCB;电子辅料（如焊锡膏、助焊剂、清洗剂、胶黏剂、三防漆等）;金属构件（如铝合金立柱、金属外壳、螺钉等）;高分子构件（如注塑外壳、扇叶、滤网、支架等）。物料评估时重视作用、忽略副作用。如某公司生产耳机海运出口，受到发霉困扰;某次展会了解到防霉片，通过验证发现防霉效果不错，于是投入使用;海运到岸后防霉片相邻的耳机部件析出白色物质，（由于不了解防霉片的防霉原理）导致整批产品报废。某公司为解决
5、静电问题，直接在IGBT塑胶支架原料中添加抗静电剂（添加前，塑胶支架的表面电阻Rs1011，而添加抗静电剂后的表面电阻大幅下降），导致IGBT失效引发市场批量退货。与物料管控标准相关的问题。如无标准;有标准但不涉及可靠性的内容;标准缺乏有效性;标准缺乏可操作性;检测方法费时费财，不具备可行性等。物料可靠性评估团队的知识结构和能力结构不全面。3 怎样提升物料可靠性评估能力分类管理。梳理各物料的应用范围、工作剖面、环境剖面和可靠性要求，按照材质、结构和功能对所有物料进行分类。识别风险。对各物料的风险点，如物料自身的局限性、物料间的兼容性、物料与环境的适应性等进行识别，分析其可能产生的影响并确定高风
6、险物料范围。建立体系。从物料选型、物料优选和日常检验三个维度入手，通过管控物料结构设计要点、材料选用要点、可靠性敏感参数、针对失效机理的应力试验、质量一致性、试验验证方法、抽检技术方法、设备操作和注意事项构建物料可靠性评估技术体系。技术体系的内在关系如图1所示。完善标准。针对对应的物料，确定标准是否涵盖完整（涉及范围）;标准是否符合产品及设计要求（技术要求）;检验规则是否全面，检验项目选择是否合理（检验规则）;评估方法是否准确有效（检验方法）。4 物料（焊锡膏）可靠性评估实例4.1 焊锡膏的组成合金焊料成份、焊剂的组成及合金焊料与焊剂的配比;合金焊料粉末颗粒尺寸、形状和分布均匀性。4.2 焊锡
7、膏的作用提供焊点的焊料;提供助焊剂，去除锡粉、元件表面和焊盘上的氧化物;在回流之前固定SMT元件。4.3 焊锡膏使用后存在的风险点见表1。4.4 评估项目及目的锡膏自身性能：合金粉末粒度大小及形状分布（影响锡膏印刷性能）;金属含量（影响锡膏特性及焊点质量）;锡珠（存在时可引起临近导体短路）;润湿性（影响锡膏的焊接效果）;触变性（影响锡膏的印刷性、粘着力和坍塌性）。焊剂部分的性能：物理性能，如密度、黏度、闪点、物理稳定性、水萃取液电阻率;含量测试，如酸值、卤素含量、固体含量;焊接性能，如助焊剂（拓展率、相对润湿力）;腐蚀性能，如铜板腐蚀、铜镜腐蚀;焊后性能，如干燥度、离子残留度、表面绝缘电阻、电
8、迁移。合金部分的性能（成熟的焊料则选关键指标进行评估即可）：化学成份，如合金与杂质元素分析;物理性能，如密度、硬度、熔点（液相线和固相线）、润湿性、扩展率、电导率、导热系数、热膨胀系数、延展性;机械力学性能，如抗拉强度、剪切强度、弹性模量、应力应变、蠕变、热机疲劳性能;工艺性能，如润湿性（扩展率）、锡渣生成速率、溶铜速率、可维护性、工艺窗口;焊点可靠性，如金相组织稳定性、焊点强度、热疲劳寿命（温度冲击与温度循环）、机械疲劳寿命（振动、跌落）、耐腐蚀性、锡须、锡疫。锡膏与其他工艺辅料的兼容性：考察锡膏与其他配套使用的工艺辅料是否兼容。錫膏焊接后的焊点质量及可靠性：通过外观、X-ray、金相切片、
9、抗拉强度、温度循环、随机振动等手段，考察锡膏焊接后形成焊点的质量及可靠性。基于应用需求和使用风险，确定核心评估项目（如：表面绝缘电阻、电迁移、兼容性、铜板腐蚀、卤素、离子残留等）。4.5 评估方法确定每个评估项目分别应用在哪些管控环节（如：物料认证、型式检验、来料检验、制造过程、成品检验、供应商内部等）;根据每个评估项目的工作机理，参考相关的测试试验方法标准，明确各评估项目的目的、条件、设备、程序和接收判据等，并确保评估的有效性及评估效率。4.6 焊锡膏选用的一般原则根据产品的可靠性要求来确定焊锡膏中助焊剂的类型;根据PCB上布线和焊盘间距确定所使用的焊锡膏中锡粉的粒度型号;根据焊接温度、焊点
10、强度、铅要求等确定焊料主成份类型;注意组装工艺与焊锡膏粘度的配套;需关注性能参数、兼容性、工艺适用性、焊接质量与可靠性;供应商供货能力与品质保证措施。5 结语电子整机企业物料种类繁多、功能各异、工作及环境剖面复杂，因此物料可靠性评估是一项庞大的工程。本文提出了提升物料可靠性评估能力的系统性解决方案，并结合具体实例，为电子整机企业开展物料可靠性评估工作提供参考。参考文献1美 MIL-STD-883K.Test Me thodStandard for Microcircuits. 25 April 2016.2美MIL-STD-750F.Test Methods forSemiconductor Devices.16 April 2015.3美 MIL-STD-202H.Test MethodStandard for Electronic andElectrical Component Parts.16 April2015.4恩云飞编著，可靠性物理M.电子工业出版社，2015. -全文完-
