前瞻電子產品可靠度分析暨技術-會後報導

電子產品的設計與應用愈趨複雜,包含處理器、記憶體、通訊等關鍵零件性能逐漸提升,也間接墊高電路板設計的難度,因此開發人員須借力電腦模擬分析軟體,進行各種可靠度測試,方可加速電路板設計時程與良率。

 

台灣現已有非常多廠商,從消費性電子產業轉型進入汽車電子領域,而其中最大不同之處在於,一般消費型產品的生命週期約3~5年,而汽車產業對於可靠性要求較高,通常生命週期要求10年以上,故須要透過可靠性驗證測試的協助,加速廠商轉型跨入汽車電子產業。

圖1、DfR Solution執行長Craig Hillman表示,元件開發商進行產品測試前,須先釐清選用的BLR測試標準。

汽車電子系統的複雜度與日俱增,更多的IC元件被運用在汽車內,板階可靠度試驗(Board Level Reliability, BLR)逐漸成為汽車重要測試項目之一。DfR Solution執行長Craig Hillman(圖1)表示,為了保障行車安全,汽車廠商積極尋求兼具高可靠性、高效能,同時又能保障安全性的電子設計。因此,須要透過BLR測試,快速找出失效的介面,協助開發者快速改版重新驗證。

BLR五大測試手段

 

BLR的測試方法可分成五大類,包含熱循環(Thermal Cycling)、振動(Vibration)、落摔(Drop)、循環式彎曲(Bending Cyclic)、靜態式彎曲(Bending Static)等測試手法。

Hillman指出,並非所有汽車測試標準都已經標準化,這意味著OEM在測試BLR之前,需要先確認好自己的BLR要如何設計?客戶希望BLR通過哪些測試?換句話說,有時後OEM所需要的BLR測試是基於產業標準或客戶標準,而客戶BLR測試的依據,也可能來自於產業、客戶或是客戶的客戶標準,故釐清選用的BLR測試標準是首要之道。

整體而言,PCB設計與材料、系統級效應(System-level Effects)是影響BLR測試的主要問題。在進行功能、特性設計的同時,針對電路產品在以後工作條件和應用環境下,以及在規定的工作時間內可能出現的失效模式,採取相應的設計技術,使這些失效模式能得到控制/消除,以減小/消除這些失效模式的影響。其中最基本的工作是在設計階段類比模擬產品在以後工作條件和應用環境下,以及在規定工作時間內的可靠度狀態,進而確定應採用的可靠度強化措施,並模擬驗證可靠度強化的效果。

隨著電子產品的設計與應用日趨複雜,使得電路板設計面臨更艱鉅的挑戰,包含更密集的電路繞線、更高的板材層數,導致電路板在產品中出問題的機率增加。

預防板彎翹曲問題 PCB板設計有訣竅

 

圖2、士盟科技應用工程師王妙郡認為,透過CAE模擬技術,可初步預防PCB板彎翹曲問題。

士盟科技應用工程師王妙郡(圖2)指出,電路板翹曲變形的原因有多種,首先,當電路板中不同材料因不均勻的收縮,將導致嚴重板翹;其次,電路板中的各層連結點限制電路板變形;最後,電路板上的重量造成板凹。

王妙郡談到,市場上許多電子產品損壞,有可能受到長期震動、溫度循環(熱漲冷縮)或摔落等因素,使電路板產生短路或失效;為了避免這問題,可透過Sherlock電腦模擬分析軟體,進行電路板各種可靠度測試,例如溫度循環/溫度衝擊試驗、振動與機械衝擊試驗、可靠度壽命試驗,將協助工程師在初期設計時,即能有效調整參數設計,降低電路板損傷或失效等問題。

整體而言,Sherlock電腦模擬分析軟體具備四大功能:
1. EDA轉換成CAE分析用檔案
2. 可靠度預測:包含熱循環損耗、振動損耗與衝擊
3. 製造可靠度優化
4. 優化可靠度流程:可輸出報告,並提供失效模式、效應與關鍵性分析(DFMEA)功能。

圖3、工研院電光系統所工程師李暐談到,Sherlock不僅容易打造FEM模組,其模組還具備機械結構與熱反應功能。

工研院電光系統所工程師李暐(圖3)談到,除了Sherlock軟體可進行PCB的模擬分析外,還可以從PCB Warpage Analysis Website、SiP Modeler等網站或軟體,進行PCB的分析與建模。

從ODB++與Gerber File的應用、彈性化建構焊球有限元素模擬(FEM)模組、等效PCB FEM模組等三項指標來看,Sherlock在不同類型的PCB模擬工具中脫穎而出,可同時滿足PCB模擬設計時的三項指標,不僅易於打造FEM模組,其模組還包含機械結構與熱反應等功能。

值得一提的是,Sherlock內建詳細元件資料庫,包含製造商資料、尺寸與特定設定等內容,協助開發商快速設計所需要的零件。與此同時,Sherlock具備完整的可靠度測試資料庫,此資料庫的內容主要參考IPC-2581與Mil-217規範作為判斷準則,故除了提供建模之外,還可以快速進行可靠度分析。

整體而言,車廠零組件測試面臨到測試時間過長且過程繁雜,加上成本高等問題,使得汽車產業開始尋求RPA(Reliability Physics Analysis)汽車電子的SAE J3168標準,期能加快測試時程,並降低測試成本。據了解,SAE J3168標準預計於2018年底發布,可望協助車廠擺脫在汽車在測試階段的時間與金錢泥淖。

出處:新通訊 2018 年 10 月號 212 期《 趨勢眺望 》    【PDF檔】