淺談失效機理

發(fā)表時間：2022-03-25 14:12

失效機理（ Failure mechanism）是化學/物理過程，導致產品出現(xiàn)瞬時或累積的損傷。

在產品研發(fā)過程中，如汽車，從整車架構、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商了。

所以做產品的工程師，需要掌握的不僅僅是失效模式、設計方法、而且需要理解失效機理，到底是什么原因導致元器件的失效。

　　失效機理有以下的特點：

　* 失效機理是失效模式的原因

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

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

如上圖所示，這里的失效機理，可以分兩大類：

1）過應力（OverStress）單一的應力導致部件過線

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

　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，電壓應力、靜電和熱核算的主要緣由，這些瞬間的應力，就直接對部件產生了損壞。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，比如板級的彎曲應力，作用在元器件上，焊點和內部的構造，就會產生一定的損傷。

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

　這里才是長期可靠性的設計問題所在，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。國內的廠家，一般會采用高溫老化來進行初步篩選，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，對一類產品進行測試，統(tǒng)計而出的。但是由于材料、工藝乃至供應商的不同，它們的數(shù)值又豈會是一樣的，更何況你模塊所在的位置，模塊的布置和設計，這些又有很大的差異。