原创 【可靠性】失效机理

本篇为可靠性之三， 失效机理（ Failure mechanism）是化学/物理过程，导致产品出现瞬时或累积的损伤。这个概念阐述的最为深刻还是Larry写的清晰，我来谈一下我的理解。

汽车里面，从整车架构、子系统、部件等层次，做失效模式影响分析的时候，一级牵涉一级，每个结果都有失效模式，推理到了最后，如果Root Cause发现电容坏掉了，出现短路的情况，这时候怎么办呢？其实还是需要把真正的原因找出来，到底是什么原因让它失效了。这个是我以前理解的DFMEA 里面做不到的，因为以前只能做到电源没有了，是因为电容短路了，电容为什么短路，可能的原因要问电容供应商了。

所以做产品的工程师，特别是汽车电子一线的，你需要掌握的不仅仅是失效模式、设计方法、而且需要理解失效机理，到底是什么原因导致元器件的失效。失效机理有以下的特点：

* 失效机理是失效模式的原因

* 失效机理是有限的，能够被容易识别出来
* 对失效机理积累下的工程知识，能够应用到所有产品和所有行业
所以我个人理解，真要理解清楚汽车的环境条件为什么导致那么多失效，能够真实的将产品和DV、PV的各个Leg整合出来，将未来产品所经历的物理世界抽象成仿真条件，对产品进行有效的测试验证，那算是出师了。

如上图所示，这里的失效机理，可以分两大类：
1）过应力（OverStress）单一的应力导致部件过线

这里还是分两种，一种是非材料损伤的问题，如电气、机械和热。典型的例子为供电不足或者是达不到启动条件。

第二中是材料损伤，有以下的种类

* 断裂 Fracture
* 弯曲 Buckling
* 弯曲和硬度 Yielding and Brinnelling
* 过压 Electrical Overstress
* 静电 Electrostatic Discharge
* 电离击穿 Dielectric Breakdown
* 热击穿 Thermal Breakdown

这里就是我以前的主要最坏情况分析的三种，电压应力、静电和热核算的主要缘由，这些瞬间的应力，就直接对部件产生了损坏。这里最重要的一个概念是，所有的 电阻和电容，其实都是由材料工艺做成的，比如板级的弯曲应力，作用在元器件上，焊点和内部的构造，就会产生一定的损伤。

2）累积损伤（Cumulative Damage）：持续的使用达到了部件的耐久限制，导致失效。

这里才是长期可靠性的设计问题所在，器件本身是暴露环境中的，持续长久的使用导致了元件材料的退化和损伤，积累到一定程度就出现失效。国内的厂家，一般会 采用高温老化来进行初步筛选，但是在这一层次，如果不能理解环境和使用条件，对于材料的损伤，对元器件的寿命，仅仅用一个失效率（平均无故障使用时间）就 太理想化了。这个数值，其实是大量的实验，对一类产品进行测试，统计而出的。但是由于材料、工艺乃至供应商的不同，它们的数值又岂会是一样的，更何况你模 块所在的位置，模块的布置和设计，这些又有很大的差异。

• 磨损 Wear

• 腐蚀 Corrosion

• 疲劳 Fatigue

• 金属迁移 Metal Migration

• 蠕变 Creep

• 老化 Aging

•  

  • 互扩散 Interdiffusion

  • 解聚 Depolymerization

  • 脆化 Embrittlement

对于以上的内容，有些我也不太理解。在梳理出基本的概念以后，在下周下次连载，我将努力来阐述这些内容，并在测试框图中（Validation Test Flow）努力找到Larry先生的一些见解。

最后废话一句，我最近一直在鼓励其他工程师一起学习和投稿，通过发表自己的见解，来获取讨论的可能，一个人蒙头学习研究问题，还是不如学习小组来得有效率。