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何重军

电子PCBA&元器件可靠性设计与失效分析

何重军 / 前华为研发质量工程资深技术专家

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课程大纲

【课程背景】

当前,产品或系统的设计不再仅仅追求性能和功能,产品可靠性已成为产品设计中非常重要的组成部分。对于高精密、高可靠性、高技术含量、高附加值的“四高”电子产品而言,首先对产品本身的可靠性提出更高要求。

电子产品的可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。而电子产品是由PCBA这个控制中心起关键功能实现模块,而PCBA又由元器件电子组装而成。若PCBA或者器件可靠性不过关,产品整机可靠性就无法保证,因此提升PCBA和元器件这两个核心部件的可靠性势在必行。

PCBA和元器件既要提升固有可靠性,从PCB与元器件本身材料的设计、制造、发运过程提升可靠性,同时又要提升使用可靠性,从元器件、PCBA电子组装制造,到发运物流,直到产品服役售后环节,提升其使用可靠性。产品在设计端的可靠性设计是“防病”,产品制造或者售后阶段失效分析是“治病”,“防病”和“治病”双管齐下,形成完整的PDCA循环,从而有效的从整个产品生命周期全面提升产品可靠性。

【适合对象】

1.电子硬件、结构、整机、工艺、新产品导入经理主管及工程师;

2.研发质量管理、质量总监、质量经理、QA经理、项目管理经理主管、测试经理、流程体系管理人员;

3.研发总监、经理等产品研发管理人员;

4.产品经理、项目经理。

【课程收益】

1. **学习,学员可以解说可靠性设计和失效分析的起源和发展方向。

2.**学习,应用可靠性设计及失效分析的方法,学员在产品设计、制造、维护工作中提升产品质量、缩短产品上市时间、降低产品综合成本。

3.**学习,针对案例问题进行研讨, 学员可以应用一些可靠性设计的方法在具体的产品开发中。

4.**学习,学员可以借鉴标杆企业可靠性工程和失效分析应用方法,学员应用一些可靠性工程和失效分析落地的方法。

5.**学习,学员可以借鉴标杆企业PCBA DFR GUIDELINE,学员能够应用PCBA DFR规范建立的实操方法,并且应用于PCBA可靠性设计审查工作中,改进可靠性设计工作绩效。

【教学形式】

50%理论讲授 30%研讨练习 20%点评答疑

【课程时长】

两天/12小时

【课程大纲】

一、高密度、高可靠性PCBA可靠性设计基础

1.PCB制造技术基础认知

2.PCB叠层设计要求:Core叠法与Foil叠法的比较

3.PCB阻焊与线宽/线距

4.PCB板材的选择:Tg参数和介电常数的考虑

5.PCB表面处理应用比较:HASL vs ENIG vs OSP

6、PCBA的DFM&DFR工艺的基本原则

1)PCB外形及尺寸      

2)基准点    

3)阻焊膜              

4)PCB器件布局

5)孔设计及布局要求  

6)阻焊设计  

7)走线设计          

8)表面涂层  

9)焊盘设计            

7.案例解析

1)PCB QFP和SOP部分区域起泡分层失效解析

2)DSP BGA器件焊点早期失效解析

3)PCB器件腐蚀失效案例解析

二、高密度、高可靠性PCBA焊盘设计和热设计

1.焊盘设计的重要性

2.PCBA焊接的质量标准

3.不同封装的焊盘设计

1)表面安装焊盘的阻焊设计

2)插装元件的孔盘设计

3)特殊器件的焊盘设计

4.焊盘优化设计案例解析:双排QFN的焊盘设计

5.热设计在DFR设计的重要性

6.高温造成器件和焊点失效的机理

7.CTE热温度系数匹配问题和解决方法

8.散热和冷却的考量

9.热设计对焊盘与布线的影响

10.常用热设计方案

11.热设计在DFR设计中的案例解析

1)陶瓷电容典型开裂失效解析

2)BGA在热设计中的典型失效解析

3)Met产品散热不良导致失效解析

三、PCBA失效分析流程体系以及失效分析设备仪器

1.失效分析的产生与发展

2.失效分析流程体系主要内容

3.工艺失效分析业务范畴

4.DFR&FA业务架

-H公司DFR&FA流程图

5.失效分析的常见误区

6.失效分析基础

7.失效分析主要方法技术手段

8.失效分析基本过程和九大通用原则

9.PCBA失效分析仪器设备

-成像技术、形貌观察仪器:立体显微镜,金相显微镜,扫描电子显微镜,x光机,C-SAM声学扫描显微镜简介

10.PCBA失效分析仪器设备

-成份技术:化学分析(CA),电子能谱/波谱(EDX/WDX),等离子发射光谱(ICP),液相、气相色谱(LC),离子色谱(IC),俄歇电子能谱简介

11.力学与热力学分析

-物理性能测试设备:动态热机械分析(DMA),差示扫描量热法(DSC),热机械分析(TMA),动态介电分析(DDA),离子污染测试仪,可焊性测试仪,热重法(TG),温度测试仪简介

12.表面材料污染、材料微区成份分析简介

13.失效分析设备仪器介绍-试样制备设备简介

14.案例: 高速高频单板PCB NiAu镀层可焊性问题失效解析

四、标杆企业PCBA设计指南及失效案例

1.环境适应性设计设计规则和应用

2.结构与热设计规则和应用

3.现场演练:H公司元器件工艺应用设计指南重点把握和排序

4.案例:SIP元器件封装可靠性仿真

5.案例:温度变化产生的应力导致元器件基板断裂失效分析

6.焊盘设计规则和应用

7.PCB工艺设计基本要求和应用

8.案例:多层PCB通孔失效分析

9.PCB制作要求设计规则和应用要点

10.组装过程设计规则和应用要点

11.案例:高速光传输PCBA组装过程失效解析  

12.可靠性试验与筛选设计规则和应用

13.案例:智能手机可靠性试验Failure分析

14.案例:高速高频PCBA可靠性设计案例及失效分析

15.案例:E公司可靠性设计应用发展历程介绍

16.工作坊:现场演练,企业如何建立自己的DFR GUIDELINE?

五、元器件可靠应用、元器件选型及元器件失效案例

1.元器件工程需求符合度分析

2.元器件质量可靠性典型需求与分析

1)机械应力

2)可加工性

3)电应力分析

4)环境应力分析

5)温度应力分析

6)寿命与可维护性

3.固有失效率较高元器件改进对策

4.新元器件选用基本原则和要求

5.元器件风险防范(可采购性)考虑要素  

6.元器件品质(可用性)考虑要素

7.元器件可生产性考虑要素

8.元器件成本考虑要素        

9.元器件在板测试基本项目

10.元器件品质控制体系与规范介绍

1)体系简介

2)元器件规范类别与查找方法

11.案例研讨

1)芯片封装设计问题导致FT测试Failure解析

2)表贴保险管可焊性不良案例解析

3)光传输产品集成电路早期短路失效解析

4)电源模块电阻硫化导致电源模块早期失效解析

5)I/O调制器早期失效解析

六、企业如何推行PCBA&元器件DFR

1.可靠性和失效分析主导责任部门

2.可靠性和失效分析部门分工和职责要求

3.可靠性和失效分析执行和落实问题

4.两个思路和四件事

5.企业推行三步骤

6.案例:S公司DFX提升咨询项目介绍


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