老化可靠性试验

第 1 页 共 19 页老化、环境及可靠性试验技术中心：徐文斌2009-10-26技术中心培训讲义第 2 页 共 19 页目录概述1 环境应力与失效的关系11 温度应力对产品的影响12 湿度对产品的影响13 冷热温度冲击对产品的影响14 机械冲击和振动对产品的影响2 可靠性试验分类21 试验形式21 筛选试验 22 老化试验23 型式试验（验证试验、定型试验）24 例行试验25 寿命试验26 其他试验3 环境试验内容高温试验低温试验温度循环温度冲击恒温恒湿交变潮热（湿热）机械振动冲击和碰撞高压蒸煮试验盐雾试验气体腐蚀试验技术中心培训讲义第 3 页 共 19 页其他试验试验系统4 寿命试验概述41 寿命试验类别：42 寿命试验设计方法5 如何使用环境试验(电子电工产品)标准制定环境试验方案51 电子类环境试验标准52 有具体标准规定的环境试验53 无具体标准规定的环境试验方法54 针对失效机理的试验方法55 列举具有代表性的冷热冲击试验条件以供参考第 4 页 共 19 页概 述评价产品价值不应仅仅局限于对产品自身功能与性能进行评价。换句话说质量是产品价值的基础，产品价值取决于其自身质量。产品投放到市场后发生质量问题时，性能的损坏程度并不直接影响产品成本，对厂家来讲最大损失莫过于品牌信誉的损失。为了避免这些损失，在产品投放市场之前，就必须要对产品作质量鉴定。环境试验不仅能够通过模拟试验和产品寿命老化试验对产品进行质量鉴定，同时还是质量保证体系中必不可少的先决条件。环境试验始见于第二次世界大战，当时美军出现了诸如从美国运至东南亚 60%的机载电子设备到达目的地后不能正常使用、将近一半以上的备用电子设备储备在仓库时就已经失效等问题引起美军的极大重视。经确认大多数设备失效问题是起因于亚洲热带多雨潮湿环境下湿热应力混合作用。环境试验可大致可分为“气候环境试验“、“ 机械环境试验“ 和“ 综合环境试验“。与气候有关的环境试验包括温度，湿度与压力等环境应力试验，而机械环境试验则包括冲击和振动等环境应力试验。机械环境试验：所处环境应力 冲击、碰撞、振动、加速、高噪音、疾风。综合环境试验：所处环境应力 机械环境和气候环境相结合的环境因素。气候环境试验：所处环境应力 温度、湿度、气体、盐雾、风雨、压力、太阳辐射。第 5 页 共 19 页1 环境应力与失效的关系1 1 温度应力对产品的影响当讨论产品寿命时,一般采用“规则“的表达方式。具体应用时可以表达为“10规则“ 等，当周围环境温度上升 10时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升 20时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。高温对产品的影响：老化、氧化、化学变化、热扩散、电迁移、金属迁移、熔化、汽化变型等低温对产品的影响：脆化、结冰、粘度增大和固化、机械强度的降低、物理性收缩等12 湿度对产品的影响高温高湿条件作用试验样品上，可以构成水气吸附、吸收和扩散等作用。许多材料在吸湿后膨胀、性能变坏、引起物质强度降低及其他主要机械性能的下降，吸附了水气的绝缘材料不但会引起电性能下降，在一定条件下还会引发各种不同的失效，是影响电子产品最主要的失效环境。湿度对产品的影响：腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌、湿度引起塑封半导体器件腐蚀的失效：在硅片上集成有大量电子元件的集成电路芯片及其元件通过导线连接起来构成电路。由于铝和铝合金价格便宜，加工工艺简单，因此通常被使用为集成电路的金属线。从进行集成电路塑封工序开始，水气便会通过环氧树脂渗入引起铝金属导线产生腐蚀进而产生开路现象，成为品质工程最为头痛的问题。人们虽然通过各种改善包括采用不同环氧树脂材料、改进塑封技术和提高非活性塑封膜为提高产品质量进行了各种努力，但是随着日新月异的半导体电子器件小型化发展，塑封铝金属导线腐蚀问题至今仍然是电子行业非常重要的技术课题。铝线中产生腐蚀过程： 水气渗透入塑封壳内湿气渗透到树脂和导线间隙之中 水气渗透到晶片表面引起铝化学反应加速铝腐蚀的一些因素（铝金属导线腐蚀反应随着是否施加偏压而变化）树脂材料与晶片框架接口之间连接不够好（由于各种材料之间存在膨胀率的差第 6 页 共 19 页异） 。封装时，封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染（由于杂质离子的出现） 。非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。非活性塑封膜中存在的缺陷。13 冷热温度冲击对产品的影响高温和低温的失效都会反映在冷热温度冲击试验中，冷热冲击试验只是加速了高温和低温失效的产生。下面归纳了实际生产或使用环境中存在的具有代表性的冷热温度冲击环境，这些冷热冲击环境常常是导致产品失效的主要原因。1温度的极度升高导致焊锡回流现象出现；2启动马达时周围器件的温度急速升高，关闭马达时周围器件会出现温度骤然下降；3设备从温度较高的室内移到温度相对较低的室外，或者从温度相对较低的室外移到温度较高的室内；4设备可能在温度较低的环境中连接到电源上，导致设备内部产生陡峭的温度梯度。在温度较低的环境中切断电源可能会导致设备内部产生相反方向陡峭的温度梯度；5设备可能会因为降雨而突然冷却；6当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材可能会出现温度的急剧变化。14 机械冲击和振动对产品的影响 机械冲击和振动主要是针对处于剧烈振动环境中的车用电子设备。可是最近由于一般电子设备也因为其便携化而变得易受振动，因此机械应力的应用范围也广泛了。机械应力所造成的失效主要是连接器、继电器等连接部件，当然对装配工艺不合理的设计也容易引起元器件的脱落和引线短裂，对元器件内部工艺不良的产品会引起开路、短路、间歇连接。第 7 页 共 19 页2 可靠性试验分类可靠性试验大体可以分为筛选试验、评价鉴定试验及寿命试验（耐久性试验）等。所有的可靠性试验都离不了环境试验，因此环境试验是可靠性试验的重要组成部分，目前环境试验被认为是确认与改善工业产品质量主要方法。筛选试验：消除在早期失效期发生的产品缺陷及不良问题，提高产品可靠性的试验。评价鉴定试验：产品选择的比对试验、产品的质量认证试验、交收验收试验（失效率试验） 。失效率试验是可以确定一定失效率的期间内进行的试验，常被用于交收试验和质量认证。寿命试验： 用于调查分析何时出现电子元器件和机械零件的摩耗和使用寿命的问题，使用寿命的故障分布函数呈什么样的形状以及分析失效率上升的原因而进行的试验。21 试验形式21 筛选试验 筛选(Screening )： 采用非破坏性应力检查所有产品消除隐患。筛选测试：主要用于消除早期失效和减少不合格产品数目。筛选测试经常被生产方作为出厂检查，使用方作为使用前的检查。包括高温条件下的测试和其他应力测试，筛选测试被广泛采用在高可靠产品所使用的各类元器件、组件。筛选试验： 为了决定理想的筛选试验应力，必须首先分析早期失效和确定最有可能引起这些失效的应力类型。22 老化试验老化(Burn-in)： 产品或元器件在投入使用之前试工作一段时间用于稳定产品性能。老化试验：目的是为了通过试验剔除浴盆曲线中的早期失效，常用于整机、组件。为了保证试验时不使产品劣化变质，达到甄选缺陷品的目的，其重点是试验条件如何设定。第 8 页 共 19 页23 型式试验（验证试验、定型试验）型式试验在产品研制和开发阶段同步或后期进行，试验目的是考核研制的产品在满足技术指标情况下对各种环境条件的适应性。为生产的产品取得相应质量许可作准备。型式试验应尽量涵盖环境试验的内容。在开发阶段对元器件、PCB 板、连接器等易产生问题的部件要通过试验做到心中有数，生产过程中的部分试验（如焊接温度、焊接时间、固化温度、固化时间、静电防护） ，成品阶段的产品环境适应性。24 例行试验例行试验在产品稳定生产的过程中进行，分批次的例行试验，定期的例行试验，试验内容以高低温、温循、温冲、湿热为主。可以对产品也可对半成品、组件、或关键件进行试验25 寿命试验研制和生产单位最为关心的问题是产品定型生产后，产品的可靠性和长期工作寿命，寿命试验作为评价产品的使用时间是非常必要的。寿命试验和相应的统计计算相结合可以得出产品的可靠性指标，因此产品的可靠性是和寿命试验紧密相连的。对不同产品的可靠性可以有以下不同的关注：1、短期可靠性2、长期可靠性3、无故障工作时间26 其他试验（在实际工作中常发生）在用户的使用中往往会提出比某一项原定技术指标更高要求的使用条件，因此必须进行超额使用的试验。例如 230、10 秒的耐焊接热元器件，能否在 260、6 秒的条件下使用。思考题：某厂开关稳压电源最大输出功率 1000W，最大输出电流 25A，最大输出电压48V。出厂前 100常温老化 48 小时，老化功率 960W，输出电压 48V、输出电流第 9 页 共 19 页20A。产品出厂 3 个月失效 2.5。改变老化条件为老化功率 1189W，输出电压 47V，输出电流 27A，时间 48 小时。产品出厂 3 个月失效 1.5。当需要你确定老化条件时如何制定，为什么？第 10 页 共 19 页3 环境试验内容高温试验产品寿命遵循“10规则“，因而高温试验作为最常用的试验，用于元器件和整机的筛选、老化试验、寿命试验、加速寿命试验、评价试验、同时在失效分析的验证上起重要作用。高温试验的技术指标包括：温度、时间、上升速率。注意产品和元器件的最大耐受温度极限。低温试验低温试验用于考核产品在低温环境条件下贮存和使用的适应性，常用于产品在开发阶段的型式试验、元器件的筛选试验。高温试验的技术指标包括：温度、时间、上升速率。注意产品从低温箱取出时由于温度突变会产生冷凝水。 （对温度循环、温度冲击、湿热试验均适用）温度循环温度循环作为自然环境的模拟，可以考核产品在不同环境条件下的适应能力，常用于产品在开发阶段的型式试验、元器件的筛选试验。温度循环的技术指标包括：高温温度、高温保持时间、下降速率、低温温度、低温保持时间、上升速率、循环