淺談失效機理

• 失效機理（ Failure mechanism）是化學(xué)/物理過(guò)程，導致產(chǎn)品出現瞬時(shí)或累積的損傷。
  

在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，如汽車(chē)，從整車(chē)架構、子系統、部件等層次，做失效模式影響分析的時(shí)候，一級牽涉一級，每個(gè)結果都有失效模式，推理到了最后，如果Root Cause發(fā)現電容壞掉了，出現短路的情況，這時(shí)候怎么辦呢？其實(shí)還是需要把真正的原因找出來(lái)，到底是什么原因讓它失效了。這個(gè)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(méi)有了，是因為電容短路了，電容為什么短路，可能的原因要問(wèn)電容供應商了。

     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(diǎn)：

   　* 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(lái)
      * 對失效機理積累下的工程知識，能夠應用到所有產(chǎn)品和所有行業(yè)

　　所以我個(gè)人理解，真要理解清楚產(chǎn)品的環(huán)境條件為什么導致那么多失效，將未來(lái)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)品可靠性設計師。

   如上圖所示，這里的失效機理，可以分兩大類(lèi)：

1）過(guò)應力（OverStress）單一的應力導致部件過(guò)線(xiàn)

   　這里還是分兩種，一種是非材料損傷的問(wèn)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(dòng)條件。

    　第二中是材料損傷，有以下的種類(lèi)

      * 斷裂 Fracture* 彎曲Bucklin

      * 彎曲和硬度 Yielding and Brinnelling

      * 過(guò)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(chǎn)生了損壞。這里最重要的一個(gè)概念是，所有的電阻和電容，其實(shí)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(diǎn)和內部的構造，就會(huì )產(chǎn)生一定的損傷。

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

   　這里才是長(cháng)期可靠性的設計問(wèn)題所在，器件本身是暴露環(huán)境中的，持續長(cháng)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失效。國內的廠(chǎng)家，一般會(huì )采用高溫老化來(lái)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(gè)失效率（平均無(wú)故障使用時(shí)間）就太理想化了。這個(gè)數值，其實(shí)是大量的實(shí)驗，對一類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行測試，統計而出的。但是由于材料、工藝乃至供應商的不同，它們的數值又豈會(huì )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。

• 磨損 Wear

• 腐蝕 Corrosion

• 疲勞 Fatigue

• 金屬遷移 Metal Migration

• 蠕變 Creep

• 老化 Aging

　　　　互擴散 Interdiffusion

　　　　解聚 Depolymerization

　　　　脆化 Embrittlement