产品可靠性试验

产品可靠性试验质量部Prepareby:Chasteli李凤设环境应力筛选试验技术(ESS)高加速寿命测试（HALT）课程重点可靠性的重要如果我们的产品有高的可靠性，那就能打入激烈竞争的世界市场，从而获得巨大经济效益；相反，则会被挤出市场电子产品的复杂程度在不断增加一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重提高产品的信誉，企业的信誉产品的技术性能指标作为衡量电子元器件质量好坏的标志，这只反映了产品质量好坏的一个方面，还不能反映产品质量的全貌。可靠性就是信誉，就是市场。高可靠性产品可获得高的经济效益减少设备故障导致的停产损失，设备故障影响生产，造成巨大经济损失，特别是大型流程企业，关键设备的故障导致工厂停产导致巨大损失；高可靠性减少设备的维修费用高可靠性产品，才有高的竞争能力什么是可靠性？可靠性的定义：产品在规定的条件下和规定的时间区间（或操作次数）内完成规定规定功能的能力。规定的条件：以时间为尺度度量产品的可靠特性，它是可靠性区别与产品其他特性的重要特性。产品的可靠性与规定的时间是密切相关的。产品的可靠性随着其使用时间的增长而降低。负载和维护条件：如供电电压、输出功率、载荷、使用方法、使用频率、操作人员的技术水平、维修方法等。环境条件：如气候环境（温度、湿度、压力等）、生物和化学环境（生物作用物质霉菌、化学作用物质盐雾等）、机械环境（振动、冲击等）、电磁环境（电场、磁场、电磁场等）。储存条件：如运输和保管等条件。规定的功能：指产品标准或产品技术条件中所规定的各项技术性能（技术指标），如仪器仪表的准确度及其他静态、动态性能指标等。规定的条件使用可靠性：产品在使用中表现出的一种能力特性，它与固有可靠性、安装、操作、维修等有关。可靠性的分类&定义

固有可靠性：产品在设计制造中赋予的可靠性。基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。

失效率早夭期随机失效期老化期产品寿命期韦布尔分布指数分布正态分布产品失效的三个时期浴缸曲线什么是失效率曲线（浴盘曲线）？产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点，根据长期以来的理论研究和数据统计，发现多数设备失效率曲线形同浴盘的剖面，它明显地分为三段，分别对元器件的三个不同阶段或时期。早夭期随机失效期老化期表明器件在开始使用时，失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验进行筛选，剔除不合格品。偶然失效期，也称随机失效期；这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段。耗损失效期；该阶段的失效率随时间的延长而急速增加，主要原因是器件的损失己非常的严重，寿命快到尽头了，可适当的维修或直接更换了。早夭期故障率高:时间增加时,故障率减少.故障原因:1.设计缺陷.2.制程错误.3.使用不当.4.组件不良.故障消除法:1.除错(Debugging)2.烧机(Burn~in)3.筛选(Screening)老化期/磨耗期故障率高:时间增加,故障率增加.故障原因:1.疲乏2.老化3.劣化4.磨耗(Wear-out)故障消除法:1.预防保养(PreventiveMaintenance)2.预先更换零件.3.翻修(Overhaul)随机失效期/可用期故障率为一定常数,故障率稳定且低.故障原因:1.偶发的(ChanceFailure).2.设计先天限制.3.使用造成意外.4.保养,维修不良.故障消除法:1.重新设计.2.制程管制.3.维修保养.失效时期早夭期随机失效期老化期常见失效机理设计不够完善环境条件的变化波动氧化,腐蚀选用有缺陷的原材料误用疲劳,磨损制程,工艺不够完善

性能退化各个失效期的原因及预防措施各个阶段可靠性试验--目的（1）在研制阶段：使产品达到预定的可靠性指标发现设计缺陷、零组件缺陷、工艺技术缺陷、环境适应性方面存在的问题，经过反复实验与改进，达到预定的要求。（2）在产品研制定型时：进行可靠性鉴定新产品研制定型时，要根据产品标准（或产品技术条件）进行鉴定实验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。（3）在生产过程中：控制产品的质量因原材料质量较差或工艺流程失控等原因造成产品质量下降，在产品的可靠性实验中就能反映出来，从而及时采取纠正措施使产品质量恢复正常。（4）出货前，进行可靠性筛选：提高整批产品的可靠性水平将各种原因如原材料有缺陷、工艺措施不当、操作人员疏忽、生产设备发生故障、质量检验不合格等）造成早期失效的产品剔除掉，从而提高整批产品的可靠性水平。以免该产品于日后使用过程中,遭受环境应力时而导致失效发生（5）研制、售后：研究产品的失效机理发现产品潜在失效模式，找出引起产品失效机理，产品的薄弱环节，采取相应的措施来提高产品的可靠性水平。老化试验(老炼试验)环境应力筛选试验ESS可靠性增长试验可靠性验收试验可靠性鉴定试验(MTBF)高加速寿命试验HALT高加速环境应力筛选试验HASS寿命试验耐久性试验

可靠性强化试验可靠性试验的类型筛选试验：增长试验：温度循环随机振动高温冷热冲击单频正弦振动体温机械冲击湿度加速度暴露材料和制造工艺中的缺陷，剔除产品早期故障；激发产品故障隐患，进行设计改进，提高其固有可靠性；验证设计可行性，通常是在实验室标准状况下，及早发现设计上的缺陷及弱点统计试验工程试验验收试验（批接收）鉴定试验（评价MTBF）试验的分类对产品的可靠性水平进行评价时，它运用抽样方案，在保证生产者不致使质量符合标准的产品被拒收的条件下进行鉴定实验。试验项目环境应力筛选ESS可靠性增长RGT目的消除早期故障消除系统性故障时间/阶段交付使用前研发/使用期间试样全体产品样品方法试验--激发故障试验-改进-试验故障处理修复/更换设计/工艺改进处理对象个别问题产品全体产品可靠度(Reliability)：可靠度表示示产品在规规定的工作作条件下和和规定的时时间内完成成规定功能能的概率，定义为产品的“可靠度””。假设有N个零件，经经过时间t后有NQ(t)个零件失失效，NR(t)个零件仍仍能正常常工作，，则该零零件可靠靠度R(t)失效率，，故障率率(FailureRate)：产品工作到t时刻后，在下下一单位时间间内失效的概概率。即产品工作到t时刻后，在单单位时间内发发生故障的产产品数与在时时刻t时仍在正常工工作的产品数数之比。N个产品t=0时开始工作，，到时刻t失效数为n(t)，t时刻的残存产产品数为N-n(t),在(t,t+∆t)时间区间内有有∆n(t)个产品失效，，则时刻t的失效率为平均无故障工工作时间/平均寿命(平均失效时间间,MeanTimeBetweenFailures-MTBF)：是指相邻两次故故障之间的平平均工作时间间，也称为平平均故障间隔,失效的平均间间隔时间，即即平均无故障工工作时间。它仅适用于可可维修产品。。同时也规定定产品在总的的使用阶段累累计工作时间间与故障次数数的比值为MTBF。如何评价可靠靠度？衡量产品可靠性的的指标定义：EnvironmentalStressScreening一种对产品进进行全数检验的非破坏性试试验，其目的是为选选择具有一定定特性的产品品或剔除早期失效效的产品，以提高产品品的使用可靠靠性。产品在在制造过程中中，由于材料料的缺陷，或或由于工艺失失控，使部分分产品出现所所谓早期缺陷陷或故障，这这些缺陷或故故障若能及早早剔除，就可可以保证在实实际使用时产产品的可靠性性水平。环境境应力筛选是是一种利用环环境应力进行行产品质量管管理的程序，，其主要目的的是利用特定定且低于产品设计强度度的环境应力，，使产品潜在在的疵病提早早暴露出来而而加以剔除，，使出厂产品其有稳定定的设计质量量，避免在正正常使用时因因这类疵病的的存在而发生失效，减少维修成成本及因失效效引起的不必必要损失。为了决定理想想的筛选试验验应力，必须须首先分析早早期失效和确确定最有可能能引起这些失失效的应力类类型。针对进料检验合格格之零件，仿真实际使用状况，引用适当的环境应力，剔除次级零件，减少修理服务花费费的大量修理理时间与成本本.检验合格之零件，若不经筛选试验验装配于系统统中之最初一年，早夭期将有2%~6%之之失效率参考标准：MIL-HDBK-338B《Electronic

Reliability

DesignHandbook》GJB/Z34-93《《电子产品定量量环境应力筛筛选指南》环境应力筛选选试验(ESS)的定义Environmental

StressScreening，ESS应力筛选是产品在在设计强度极极限下，运用用加速技巧外外加环境应力力，如：预烧烧(burnin)、温度循环(temperature

cycling)、随机振动(random

vibration)、开闭循环(power

cycle)等方法，透过加加速应力来使使潜存于产品品的瑕疵浮现现[潜在零件材料料瑕疵、设计计瑕疵、制程程瑕疵、工艺艺瑕疵]，以及消除电电子或机械类类残留应力，，还有消除多多层电路板间间的杂散电容容，将澡盆曲曲线里面的早早夭期阶段的的产品事先剔剔除与修里，，使产品透过过适度的筛选选，保存澡盆盆曲线的正常常期与衰退期期的产品，以以避免该产品品于使用过程程中，受到环环境应力的考考验时而导致致失效，造成成不必要的损损失，虽然使使用ESS应力筛选会增增加成本与时时间，但是对对于提高产品品出货良率与与降低返修次次数，有显著著的效果，对对于总成本反反而会降低，，另外客户信信任度也会有有所提升，一一般针对于电电子零件的应应力筛选方式式有预烧、温温度循环、高高温、低温，，PCB印刷电路板的的应力筛选方方式为温度循循环，针对于于电子成本的的的应力筛选选为：通电预预烧、温度循循环、随机振振动，另外应应力筛本身是是一种制程阶阶段的过程，，而不是一种种试验，筛选选是100％对产品进行行的程序。应力筛选适用产品品阶段：研发阶段、批批量生产阶段段、出厂前(筛选试验可以以在组件、器器件、连接器器等产品或整整机系统中进进行，根据要要求不同可以有不同的筛选应应力)应力筛选比较较：恒定高温预烧(Burnin)的应力筛选，，是目前电子子IT产业常用析出出电子元器件件缺陷的方法法，但是这种种方式比较不不适合用于筛筛选零件(PCB、IC、电阻、电容容)，根据统计在在美国使用温温度循环对零零件进行筛选选的公司数要要比使用恒定定高温预烧对对组件进行筛筛选的公司数数多5倍。通过在产品上施加加一定的环境境应力，以剔剔除由不良元元器件、零部部件或工艺缺缺陷引起的产产品早期故障障的一种工序序或方法。√不是抽样的，而是是100%试验筛选试验是一种非破坏性性实验，不影影响整批产品品失效机理、、失效模式和和正常工作。环境应力筛选选不改变产品品的固有可靠靠度。由筛选试验分出出的等级是相应应于寿命要求求和产品预期期应用的工作作条件而定的的，但筛选实实验条件不必必准确的模拟拟真实的工作作条件和环境境条件。√不能提高产品品的固有可靠靠性可提高合格品的总的的可靠性水平，不能提高每个产品品的寿命。对单个产品来来说，可靠性性实验不能提提高其可靠性性，相反，若若筛选项目和和所用的“应应力”水平选选择不当，还还会使单个产产品的可靠性性降低，同时时，对于生产产部门来说，，可靠性筛选选实验还要付付一定的代价：成品率降低、成本增增加、生产周周期加长等，但由于通过可可靠性筛选实实验剔除了整整批产品中的的早期失效产产品，因此可可提高整批产产品的可靠性性。√不能简单地以以筛选淘汰率率的高低来评评价筛选效果果淘汰率高，有有可能是产品品本身的设计计、元件、工工艺等方面存存在严重缺陷陷，但也有可可能是筛选应应力强度太高高。淘汰率低，有有可能产品缺缺陷少，但也也可能是筛选选应力的强度度和试验时间间不足造成的的。通常以筛筛选淘汰率Q和筛选效果ββ值来评价筛筛选方法的优优劣：合理的的筛选方法应应该是β值较较大，而Q值适中。环境应力筛选选试验的特点环境应力筛选的目的在在于发现和排排除产品的早早期失效，使使其在出厂时便进进入随机失效效阶段，以固有的可靠性性水平交付用户使用用。发现、排除不良元元器件，制造造工艺缺陷造造成的早期故故障（1）确认具有潜潜伏性疵病的的零组件。（2）发掘作业人人员不纯熟或或疏忽所造成成的工艺不良良。（3）降低产品失失效退修或报废的机率，节省省产品制造和和维修整体成成本。（4）降低使用时时的失效率，，提高MTBF或可靠度，增强使用者的的信心。（5）在研发阶段段可协助发现现设计问题，，提高设计之之可靠度，并并可藉此缩短短研发时程。通过对生产出出的产品100%地进行筛选实实验，把“早早期失效”的的产品尽可能能予以淘汰和和剔除，以确确保出厂的整整批产品具有有较高的可靠靠性。暴露产品固有的以以及生产、工工艺过程引进进和那些一般般在正常质量量检验和实验验过程中不会会出现的缺陷陷。应力定义：导致产品开始始劣化直至失失效的诱因，，环境条件、、工作条件等等称为应力。。通俗地说，，应力就是对对产品的功能能有影响的各各种因数。环境应力筛选选目的(1)功能疵病(functionalqualitydefects)由于制程中材材料或工艺不不良而产生、、能够以一般般简单的功能测试发现的产品疵疵病。(2)潜在疵病(latentqualitydefects)也是由于制程程中材料或工工艺不良而产产生，但必须外外加应应力，才能使使缺陷提提早暴暴露出出来的的产品品疵病病。(3)可靠度度疵病病(reliabilitydefects)设计时时所赋赋予的的产品品疵病病，在在产品品的生生命周周期(lifecycle)中随机机发生生，除非修修改设设计，，否则则无法法以任任何适适当的的程序序消除除这种疵病。环境应应力筛筛ESS选早夭期的的产品在一般般功能能测试试时，，很快快就可可以发发现而而加以以修正正。须靠设设计的的改良良，提提高产产品的的设计计能力力，才才能降降低其发生生的机率率。如果没没有经经过适适当的的ESS处理，则会会在使使用初期渐渐渐地出现现，使使产品品发生生失效效。由由于于这些些疵病病的存存在，，在生生产厂厂内应应采采取适适当的的措施施或处处理，，使这这一类类的疵疵病提提早暴暴露出出来并并予以以检修修剔除除或或报废废，使使出厂厂产品品维持持稳定定的质质量，，使用用时具具有设设计时时所赋赋与的的强强度，，如此此既可可降低低维修修成本本，又又可避避免因因失效效而导导致的的不必必要损损失失，此此即为为ESS最主要要的目目的。。采用筛筛选工工艺的的产品品测试试失效效率比比未经经过筛筛选工艺的产品品的测测试失失效率率低3.5倍经过ESS的产品品在顾客手手中使用时时的失失效率率较低低，可可提高高顾客客对公公司产产品的的信心心，这这是一种无形形但却却非常常重要要的效效益。批量生生产阶阶段：：-明显改改善可可靠性性鉴别出出低质质量元元件及及供应应源采用筛筛选工工艺的的产品品测试试失效效率，，比未未经过过筛选选的工工艺的的产品品失效效率低低3.5倍温度（高温烘烤、高温温存储储）湿度盐雾撞击振动加速度度冷热冲击温度循循环综合环境应应力环境应应力类型诱发故故障和和筛选选机理理当温度在在上、、下限限温度度内循循环时时，设设备交交替膨膨胀和和收缩缩，使使设备备中产产生热热应力力和应应变。。如果果某产产品内内部有有瞬时时的热热梯度度（温温度不不均匀匀性）），或或产品品内部部邻接接材料料的热膨膨胀胀系系数数不不匹匹配配，则则这这些些热热应应力力和和应应变变将将会会加加剧剧。。这这种种应应力力和和应应变变在在缺缺陷陷处处最最大大，，它它起起着着应应力力集集中中者者（（““提提升升者者””））的的作作用用，，这这种种循循环环加加载载使使缺缺陷陷长长大大，，最最终终可可大大到到能能造造成成结结构构故故障障并并产产生生电电故故障障。。例例如如，，有有裂裂纹纹的的电电镀镀通通孔孔其其周周围围最最终终完完全全裂裂开开，，引引起起开开路路。。热热循循环环是是使使钎钎焊焊接接头头和和印印制制电电路路板板上上电电镀镀通通孔孔等等产产生生故故障障的的首首要要原原因因。环环境境应应力力筛选选又又可可看看作作是是产产品品质质量量控控制制检查查和和测测试试过过程程的的延延伸伸。温度度循环环激激发发出出的的主主要要故故障障模模式式如如下下：：使涂层层、、材材料料或或线线头头上上各各种种微微观观裂裂纹纹扩扩大大；；使粘结结不不好好的的接接头头松松弛弛；；使螺钉钉连连接接不不当当的的接接头头松松弛弛；；使机械械张张力力不不足足的的压压配配接接头头松松弛弛；；使质差差的的钎钎焊焊接接触触电电阻阻加加大大或或造造成成开开路路；；由于于缺陷陷在在应应力力条条件件下下的的失失效效速速度度远远高高于于正正常常部部位位，，因因此此使使有有缺缺陷陷的的产产品品出出故故障障要要比比使使完完好好产产品品出出故故障障所所需需循循环环次次数数少少许许多多，，适当当地地确确定定热热应应力力大大小小，，就就能能析析出出故故障障而而不不消消耗耗使使用用寿寿命命。。温度度循循环环诸诸参参数数中中，，对对筛筛选选效效果果最最有有影影响响的的是是温温度度变变化化范范围围R、温度度变化化速率率V以及循循环次次数N。提高高温度度变化化范围围和变变化速速率能能加强强产品品的热热胀冷冷缩程程度和和缩短短这一一过程程的时时间，，增强强热应应力，，而循循环次次数的的增加加则能能积累累这种种激发发效应应。因因此加加大上上述参参数中中任一一参数数的量量值均均有利利于提提高温温度循循环筛筛选效效果。。缩缩短在在上、、下限限温度度值上上的停停留时时间有有利于于缩短短整个个温度度循环环的周周期，，提高高筛选选的效效率。。产品品温度度达到到稳定定的时时间可可以以以产品品中的的关键键部件件为准准，必必要时时要特特别监监测该该部件件的温温度，，以保保证筛筛选有有效和和防止止其损损坏。。温温度循循环中中试验验箱内内气流流速度度是关关键因因素，，因为为它直直接影影响到到产品品的温温度变变化速速率。。产品温温度变变化速速率一一般远远低于于试验验箱内内空气气温度度的变变化速速率，提高高箱内内气流流速度度能使使产品品温度度变化化速率率加大大。温度循循环ESS筛选机机理传统的老化化、恒恒温筛筛选，，对暴暴露产产品的的缺陷陷有一一定作作用，，但是是其筛筛选度度、故故障率率很小小，效效率低低，需需要较较长时时间才才能达达到消消除早早期失失效，，因而而可能能会影影响产产品的的使用用寿命命，有有必要要使用用更合合理筛筛选方方法1）快速速温度度变化化2）带电电应力力筛选选：加加电的的应力力筛选选比不不带电电的应应力筛筛选更更有效效好的ESS的特点点：使缺陷陷快速速暴露露潜在的的缺陷陷的暴暴露比比率足足够不会导导致额额外的的缺陷陷不会消消耗产产品大大部分分寿命如何选选择筛筛选条条件ESS温度循循环应应力参参数应力强度取决于于（1）温度度范围：：一般选选-20到100℃℃（2）温度变化化率温度循环时温度快速变化使湿度变得难难以控制，，所以一般般不加湿度度，而是带带电或加上上振动。（3）循环数受筛产品在温温度箱空气气温度中停停留时间包包括元器件件（零部件件）温度达达到稳定所所需要时间间和在温度度极值下浸浸泡所需要要的时间，，该时间会会影响筛选选持续时间间和效果，，从而也影影响筛选费费用。由于于在温度循循环筛选中中，最主要要的激发应应力是温度度变化，因因此高低温温浸泡时间间主要目的的是使产品温度度与空气温温度到达均衡有以下两种选选取准则：：a、当受筛产产品中响应最慢的的部分的温度与最最终温度之之差在规定定值△Te（一般选择择△Te=10℃）之内时，，就认为实实现了稳定定。

不推推荐把受筛筛产品中具具有最高热热惯性（最最慢热响应应或最大热滞后后）的元、部部（器）件件作为确定定温度稳定定的部位，，因为这样样会要求用用过多的时时间来使那那些不重要要的大质量量元、部（（器）件作作为确定温温度稳定的部位；这这样做可能能使一些重重要的元、、部（器））件经受不不到适当的的热应力来来析出其内内部缺陷。。b、当受筛产产品中响应应最慢的部部分的温度度变化速率率达到某一一规定最小小值时，就就认为实现现了稳定。。经验表明明，这一准准则会导致致筛选持续时时间太长，筛选费用用太大，因因此一般不不采用。上、下限温温度的持续时间(极限温度停停留时间)确定准则温度变化速率以以复杂的方方式影响筛筛选强度，，也影响筛筛选持续时时间，从而而影响筛选选费用。温度变化速率的的选择取决决于受筛产产品特性和和预期的缺缺陷性质。。对析出像像电镀通孔孔这样一类类结构部分分的缺陷而而言，高的的温度变化化速率预期期最为有效效；相反，，对析出锡锡焊接头处处的缺陷而而言，低的的温度变化化速率和在在高温下长长的停留时时间预期最最为有效。。筛选强度度不会随着着温度变化化速率的增增加而无限限增加。温度变化速率不不小于5℃/min，这一速率是指指试验箱内内空气温度度变化的平平均速率，，由于受筛产产品本身的的热惯性，，其实际温温度变化速速率远低于于5℃/min，具体取决于受筛筛产品本身身的热惯性，产品在箱内内的安装，，风速和试试验箱的能能力等，温度变化速率低低于5℃/min，筛选效果果将降低。。温度循环环下限温度度高于0℃的筛选效果果不大，宁宁可进行长长时间恒定定高温筛选选。温度变化速速率确定准准则温度循环次数影影响筛选的的有效性和和持续时间间，从而影影响筛选费用。

对电电子设备来来说，由于于基本上是是结构件和和电子元器器件组成，，其失效率率水平一般般都在10－6/h水平，因此此环境应力力筛选所消消耗的元器器件寿命可可以忽略不不计，不必必担心ESS持续时间对对产品可靠靠性的影响响。选选择筛选循循环次数的的时间需要要根据筛选选效果要求求或时间要要求确定。温度循环次次数（或筛筛选时间））选择准则则筛选中是否否通电和进进行性能测试：从提高筛选效效果出发，，筛选中应尽尽量通电并并进行性能能检测。这是因为电电应力本身身将受筛产产品中某些些缺陷加速速发展成为为故障；另另一方面，，筛选出的的故障中，，有50%左右的故障障是在环境境应力下才才能发现的的间歇故障障，必须在在筛选环境境应力作用用下通过通通电检测才才能找出来来。从从可能性和和经济性出出发，一般般在高组装装级（单元元或系统级级）进行通通电和检测测，低组装装级（印刷刷电路组件件）不进行行通电和检检测，这是是因为低组组装级往往往不具备检检测性能的的条件。对对于通通断电筛选选，因为通通电使产品品发热，会会影响产品品温度变化化速率，所所以从低温温升向高温温和高温保保温期间，，应通电并并检测性能能；工作时时处于最大大电源负载载状态，高高温向低温温下降且达达到温度稳稳定以前应应断电。在在温度循环环筛选中，，在高高低低温温温温度度稳稳定定后后应应通通断断电电源源各各三三次次，同同时时应应尽尽量量增增加加性性能能检检测测次次数数，，以以及及时时发发现现故故障障和和进进行行修修复复，，节省省筛筛选选时时间间。设备备状态态（通断断电电和和性性能能测测试试）确确定定准则则环境境应应力力相相对对筛筛选选效效率率其筛选选效率率依依次次为为：：温温度度循环环、、随随机机振振动动、、高高温温、、电电性性应应力、热热冲冲击击、、定定频频正正弦弦振振动动、、低低温温、、正正弦扫描描振振动动、、复复合合环环境境、、机机械械冲冲击击、、湿湿度、加加速速度度、、高高度度，，其其中中温度度循循环环和随机振动动的效效率率最最佳佳，疵疵病病筛筛选选效效率率温温度度循环环约约77%——79%，随随机机振振动则为为21%——23%。筛选选度度（（ScreenStrength）：：产品品中中存存在在对对某某一一特特定定筛筛选选敏敏感感的的潜潜在在缺缺陷陷时时，，该该筛筛选选将将该该缺缺陷陷以以故故障障形形式式析析出出的的概概率率。经典典的老老炼炼工工艺艺与与常常规规的的恒恒温温筛筛选选，加加电的应应力力筛选选比比不不带带电电的的应应力力筛筛选选更更有效效试验验要要求求：：箱箱体体内温温度度均均匀匀，，被被试试验验产产品品各各部部位位受受力力均匀匀，，应应力力能快快速速传传递递到到产产品品的的关关键键部部位位，，关关键键位位置置获获取取的的应应力力强强度度接接近近试试验验箱箱提提供供的的应力力美国国曾曾对对42家企企业业进进行行调调查查统统计计，，随机机振振动动应应力力可筛筛出出15～25%的缺缺陷陷，，而而温度度循循环环可可筛筛选选出出75～85%，如如果果两两者者结结合合的的话话可可达达90%。藉由温温度度循循环环所所检检测测出出的的产产品品瑕瑕疵疵类类型型比比例例：：设设计计裕裕度度不不足足：：5%、生生产产做做工工失失误误：：33%、瑕瑕疵疵零零件件：：62%筛选选度筛选选的的环环境境应应力力（1）筛筛选选的的环环境境应应力力同同使使用用及及设设计计的的环环境境规规格格无无直直接接关关系系，，只只要要不不超过过产品品的的环环境境设设计计规规格格，，且且能能有有效效的的达达到到筛筛选选目目的的，，皆皆可可做做为为筛筛选选的的环环境境应应力力。。（2）筛选的应力力水平不可超过产品品设计强度，以免对正常常的产品造成伤害，所以要及早早了解产品的的设计强度，，作为拟订筛筛选应力水平平的依据。。但是，要注注意的是设计计产品时不能能以ESS的规格为依据据，必须以生生命周期可可能遭遇的环环境应力为主主。有些设计计者为了满足足合约上的ESS需求，设计计产品时只根根据ESS规格为设计依依据，这是一一种本末倒置置的作法，，绝对要避免免。（3）制定筛选的的应力时，先先要对产品的的振动特性及及热传性作深深入的分析后，才能设计计出有效而安安全的筛选程程序。（4）复合环境的效益与与单一环境并并没有很大的的差异，但却却比单一环环境所花费的的经费高出甚甚多，所以没没有必要以复复合环境应力力来筛选。（5）在愈低组合层层次发现疵病病愈好，而较较适当的做法法是从零组件件、印刷电路路板、模块块，甚至到系系统层次，都都要有不同应应力水平的筛筛选。（6）决定ESS应力的主要条条件在于其效效率，分析在不同应力水水平下的筛选选结果，找出较有效率的应力。（7）产品的外壳在整机筛筛选严重影响响了试验区内内的温度场场，也就影响了了筛选效果。。所以若将控控制板、功能能板和电源板板从整机中中拿出来单独独进行环境应应力筛选环境应力筛选制度体系系（1）有效率的筛筛选环境应力力，能使产品品中潜在的疵疵病很快的暴暴露出来。（2）符合成本效效益。（3）适当的检验验与功能测试试。（4）选用的环境境应力不超过过产品之设计计强度，以致致使正常的产产品损耗太多多的可用寿命或遭遭受破坏。（5）具有健全的的失效处理与与改正行动体体系和完备的的质量与可靠靠度信息系统统。产品安装受受筛产品在箱箱内的安装，，除必要的支支点外，产品品应被空气包包围，不能直直接放在箱底底，也不能放放在实心垫板板上，以保证证受筛产品四四周都能直接接与空气进行行热交换。受受筛产品品体积不能大大于温度箱有有效容积的1/5（不发热产品品）或1/10（发热产品）），受筛产品品必须置于温温度箱的有效效容积内。一一台产品品进行筛选时时，尽量置于于试验箱中央央，多台产品品同时进行筛筛选时，除了了其总体积不不能违反上述述规定外，各各台产品之间间应保持一定定距离，以利利于箱内空气气的流动，保保持试验箱内内温度均匀。。温度循环

温度变化速率温度变化范围循环次数

°C/min△=40△=60650.52220.646100.78730.86036150.89310.94181050.73790.817810100.92420.964210150.97590.9913温度循环应力力筛选度ESS筛选强度的计计算恒定高温筛选强度SS=1-exp[-0.0017*(R+0.6)^0.6*t]式中：R—高温与室温(一般取25℃)的差值；t—恒定高温持续续时间(h)；例：用85℃对某一元器器件进行48H的筛选，则其筛选强度为:SS=1-EXP(-0.0017*((85+0.6)^0.6)*48)=44.5%；温度循环的筛选强强度SS=1-exp{-0.0017(R+0.6)^0.6[Ln(e+v)]^3*N}R：温差V：变温速率N：温度循环次数随机振动的筛选强度SS=1-exp{-0.0046(Grms)1.71·t}t—为振动时间（（min）；Grms---单位G；加速因子A的计算AF=exp{(Ea/k*[(1/Tu)-(1/Ts)]+(RHu^n-RHs^n)};Ea为激活能（根根据原材料不不同有不同取取值）=0.6eV,或0.8eV;k=8.6*10E-5eV/K(玻尔兹曼常数数);T为绝对温度RH指相对湿度（（单位％）、、下标u指常态、下标标s指加速状态（（如RHu^n指常态下相对对湿度的n次方），一般般情况下n取2MTBF的计算测试时间＝A×MTBF，A这个因子与““在这段时间间内允许失效效的次数”和和“90%的信心度”有有关系。根据据已经成熟的的体系，直接接代用公式：：A＝0.5*X2（1-a，2(r+1)）X2（1-a，2(r+1)）是自由度为2(r+1)的X卡平方分布的1-a的分位数；a是要求的信心心度，为90%；r是允许的失效效数，由你自自己决定；此分布值可以以通过EXCEL来计算，在EXCEL中对应的函数数为CHIINV；如允许失效1次时，A=0.5*CHIINV(1-0.9,2*2)=0.5*CHIINV(0.1,4)＝0.5*7.78＝3.89；所以应该测试的时时间为：3.89×2000＝7780H（324天）。也就是当设备运行7780H，最多只出现一次失效效就认为此产产品达到了要要求的可靠性性。平均故障间隔隔时间MTBF例：要求在90%CI下MTBF为20000小时，确定可可靠性测试方方案？卡平方分布，，χ2分布CHIINV=X2(1-a,2(r+1));a=90%;r=1(失效数);A=0.5*CHIINV(Excel)=0.5*CHIINV（1-a，2*（r+1））=0.5*CHIINV（10%，2*2）=3.89;测试时间：：T=A*MTBF=A*20000=20000*3.89=77800h（3242天）样品定为10台，T’=77800/10=7780hEa为激活活能（（根据据原材材料不不同有有不同同取值值）=0.6eV;k=8.6*10E-5eV/K(玻尔兹兹曼常常数);加速因因子AF=exp{(Ea/k*[(1/Tu)-(1/Ts)]+(RHu^n-RHs^n)}=33.912常态温温度Tu=25℃+273=298；加速速状态态的温温度Ts=75℃+273=343常态下相对湿湿度Rhu=75%；加速速状态态相对对湿度度RHs=85%高温加加速状状态下下测试试时间间：T”=T’’/AF=7780/33.912=228.8h（9.5天）可靠性性测试试方案：：将10台产品品在75℃℃，85%的条件件下进进行228.8小时的的测试试，如如果失失效次次数小小于等等于一一次，，就认认为此此产品品的MTBF达到了了要求求。AFEakTuTsRHuRHsn33.9120.60.00008629834875%85%2

常温高温

2575

AFEakTuTsRHuRHsn49.1680.60.00008629835375%90%2

常温高温

2580

高温加加速状状态下下测试试时间间：T”=T’’/AF=7780/49.168=158.23h（6.6天）试验温度、、湿度度越高，加加速因因子AF越大，，所需需试验验时间间越短短将温度度提高高到80°°C，湿度度提高高到90%，计算算结果果：测试时时间＝MTBF/A.F=加速因因子AccelerationFactorAF=Ta=AccelerationTemperature(ChamberTa=60℃)Tb=AmbientTemperature(ForInverterTb=40℃)Confidencelevel=90%Numberoffailures=0=>2.30259FollowMIL-STD-781Confidence=60%Numberoffailure=0=>>0.92高温和低温温的失失效都都会反反映在在冷热热温度度冲击击试验验中，，冷热热冲击击试验验只是是加速速了高高温和和低温温失效效的产产生。。下面面归纳纳了实实际生生产或或使用用环境境中存存在的的具有有代表表性的的冷热热温度度冲击击环境境，这这些冷冷热冲冲击环环境常常常是是导致致产品品失效效的主主要原原因。。1．温度度的极极度升升高导导致焊焊锡回回流现现象出出现；；2．启动动马达达时周周围器器件的的温度度急速速升高高，关关闭马马达时时周围围器件件会出出现温温度骤骤然下下降；；3．设备从从温度较较高的室室内移到到温度相相对较低低的室外外，或者者从温度度相对较较低的室室外移到到温度较较高的室室内；4．设备可可靠性试试验可能能在温度度较低的的环境中中连接到到电源上上，导致致设备内内部产生生陡峭的的温度梯梯度。在在温度较较低的环环境中切切断电源源可能会会导致设设备内部部产生相相反方向向陡峭的的温度梯梯度；5．设备可可能会因因为降雨雨而突然然冷却；；6．当航空空器起飞飞或者降降落时，，航空器器机载外外部器材材可能会会出现温温度的急急剧变化化。1．4机械冲击击和振动动对产品品的影响响机机械冲击击和振动动主要是是针对处处于剧烈烈振动环环境中的的车用电电子设备备。可是是最近由由于一般般电子设设备也因因为其便便携化而而变得易易受振动动，因此此机械应应力的应应用范围围也广泛泛了。机机械应应力所造造成的失失效主要要是连接接器、继继电器等等连接部部件，当当然对装装配工艺艺不合理理的设计计也容易易引起元元器件的的脱落和和引线短短裂，对对元器件件内部工工艺不良良的产品品会引起起开路、、短路、、间歇连连接。冷热温度度冲击对对产品的的影响a.使涂层、、材料或或线头上上各种微微观裂纹纹扩大b.使粘接不不好的接接头松弛弛c.使螺钉连连接或铆铆接不当当的接头头松弛d.使机械张张力不足足的压配配接头松松弛e.使质量差差的焊点点接触电电阻加大大或造成成开路f.粒子、化化学污染染g.密封失效效h.包装问题题，例如如保护涂涂层的连连结i.变压器和和线圈短短路或断路j.电位计有有瑕疵k.焊接和熔熔接点接接续不良良l.冷焊接点点m.多层板因因处理不不当而开开路、短路n.功率晶体体管短路路o.电容器、、晶体管管不良p.双列式集集成电路路破损q.因毁损或或不当组组装，造造成几乎乎短路的的线匣或或电缆r.因处理不不当造成成材质的的断裂、、破裂、、刻痕..等s.超差零件件与材质质t.电阻器因因缺乏合合成橡胶胶缓冲涂涂层而破破裂u.晶体管发发涉及金金属带接接地出现现发样裂纹v.云母绝缘缘垫片破破裂，导导致晶体体管短路路w.调协线圈圈金属片片固定方方式不当当，导致致不规律律输出x.两极真空空管在低低温下内内部开路路y.线圈间接接性的短短路z.没有接地地的接线线头a1.元器件参参数漂移移a2.元器件安安装不当当a3.错用元器器件a4.密封失效温度循环环所激发发出的故障模式式热循环应应力对产品的影影响温度循环环应力激激发的故故障模式式或影响响使使涂层、、材料或或线头上上各种微微细裂纹纹扩大；；使粘接接不好的的接头松松驰；使使螺钉连连接或铆铆接不当当的接头头松驰；；使机械械张力不不足的压压配接头头松驰；；使质量量差的焊焊点接触触电阻加加大或开开路；粒粒子污染染；密封封失效。。当讨论产品品寿命时时,一般采用用"θ℃规则"的表达方方式。具具体应用用时可以以表达为为"10℃℃规则"等，当周周围环境境温度上上升10℃时，产品品寿命就就会减少少一半；；当周围围环境温温度上升升20℃时，产品品寿命就就会减少少到四分分之一。。这种规规则可以以说明温温度是如如何影响响产品寿寿命（失失效）的的。高高温对产产品的影影响：老老化、氧氧化、化化学变化化、热扩扩散、电电迁移、、金属迁迁移、熔熔化、汽汽化变型型等低低温对产产品的影影响：脆脆化、结结冰、粘粘度增大大和固化化、机械械强度的的降低、、物理性性收缩等等温度应力力对产品品的影响响高温高湿条件件作用试试验样品品上，可可以构成成水气吸吸附、吸吸收和扩扩散等作作用。许许多材料料在吸湿湿后膨胀胀、性能能变坏、、引起物物质强度度降低及及其他主主要机械械性能的的下降，，吸附了了水气的的绝缘材材料不但但会引起起电性能能下降，，在一定定条件下下还会引引发各种种不同的的失效，，是影响响电子产产品最主主要的失失效环境境。湿湿度对产产品的影影响：腐腐蚀、离离子迁移移、扩散散、水解解、爆裂裂、霉菌菌、湿湿度引起起塑封半半导体器器件腐蚀蚀的失效效：在在硅片上上集成有有大量电电子元件件的集成成电路芯芯片及其其元件通通过导线线连接起起来构成成电路。。由于铝铝和铝合合金价格格便宜，，加工工工艺简单单，因此此通常被被使用为为集成电电路的金金属线。。从进行行集成电电路塑封封工序开开始，水水气便会会通过环环氧树脂脂渗入引引起铝金金属导线线产生腐腐蚀进而而产生开开路现象象，成为为品质工工程最为为头痛的的问题。。人们虽虽然通过过各种改改善包括括采用不不同环氧氧树脂材材料、改改进塑封封技术和和提高非非活性塑塑封膜为为提高产产品质量量进行了了各种努努力，但但是随着着日新月月异的半半导体电电子器件件小型化化发展，，塑封铝铝金属导导线腐蚀蚀问题至至今仍然然是电子子行业非非常重要要的技术术课题。。

铝线线中产生生腐蚀过过程：①①水水气渗透透入塑封封壳内→→湿气渗渗透到树树脂和导导线间隙隙之中②②水水气渗透透到晶片片表面引引起铝化化学反应应

加速速铝腐蚀蚀的一些些因素（（铝金属属导线腐腐蚀反应应随着是是否施加加偏压而而变化））

①树树脂材料料与晶片片框架接接口之间间连接不不够好（（由于各各种材料料之间存存在膨胀胀率的差差异）。。②②封装时时，封装装材料掺掺有杂质质或者杂杂质离子子的污染染（由于于杂质离离子的出出现）。。③③非活性性塑封膜膜中所使使用的高高浓度磷磷。④④非活活性塑封封膜中存存在的缺缺陷。湿度对产品品可靠性的的影响低温应力对对产品的影响元器件参数数漂移，材材料硬化、、脆化，部部件间热膨膨胀系数不不同卡死高温应力对对产品的影响恒定高温应应力激发的的故障模式式或影响恒定高温能激发发的故障模模式(或对产品的的影响)主要有：使未加防护护的金属表表面氧化，，导致接触触不良或机机械卡死，，在螺钉连连接操作时时用力不当当或保护涂涂层上有小小孔和裂纹纹都会出现现这种未防防护的表面面。加速金属之之间的扩散散，如基体体金属与外外包金属，，钎焊焊料料与元件，，以及隔离离层薄弱的的半导体与与喷镀金属属之间的扩扩散；使液体干涸，，如电解电电容和电池池因高温造造成泄漏而而干涸；使热塑料软化化，如该热热塑料件处处于太高的的机械力作作用下，则则产生蠕变变；使某些保护性性化合物与与灌封蜡软软化或蠕变变；提高化学反应速速度，加速速与内部污污染物的反反应过程；使部分绝缘损损坏处绝缘缘击穿。粘结不牢牢固化学腐蚀元件参数漂漂移氧化变形尺寸改改变部件间热膨膨胀系数不不同卡死改变产品各各个元件、、部件的相相对位置关关系产品部分结结构、引线线松动、磨磨损、脱落落；振动使使得原来有有微小缺陷陷和损伤经经多次交应应力作用使使其扩大，，产品结构构破坏正弦振动应应力激发的的故障模式式或影响使结构部件、、引线或元元器件接头头产生疲劳劳，特别是是导线上有有微裂纹或或类似缺陷陷的情况下下；使使电电缆磨损，，如在松驰驰的电缆结结处存在尖尖缘似的缺缺陷时；使使制造不不当的螺钉钉接头松驰驰；使使安安装加工不不当的IC离开插座；；使使受到到高压力的的汇流条与与电路板的的钎焊接头头的薄弱点点故障；使使未充分分消除应力力的可作相相对运动的的桥形连接接的元器件件引线造成成损坏，例例如电路板板前板的发发光二极管管或背板散散热板上的的功率晶体体管；已已受损或安安装不当的的脆性绝缘缘材料出现现裂纹。振动应力对对产品的影响高温贮存搁置2h恢复2h时间室温55℃箱温按0.7～1℃/min的平均速率率，逐渐升升温至55±2℃℃低温贮存搁置2h恢复2h时间室温-25℃/-20℃℃试验箱温度度按0.7～1℃/min的平均速率率，逐渐下下降至-25±3℃-10℃40℃时间3h3h一个循环温度循环试验箱内的的温度按0.7～1℃/min的平均速率率，逐渐下下降至-10℃±±3℃；试验箱温度稳定后后恒温3h。然后试验验箱内的温温度以1±0.2℃/min的升温速率率升高到40℃±2℃；试验箱达到温度稳稳定后，恒恒温3h；时间温度电压-5℃25℃45℃3h3h3h3h3hONONONOFFOFFOFF额定电压3h········500h温度变化负负荷环境试验：：按照GB/T2423的要求环境境试验有以以下几点：：1、低温试验验按GB/T2423.1—89《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

低温温试验》、GB/T2423.22——87《《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

温度度变化试验验方法》进行低温试试验及温度度变化试验验。

温度度范围：-70℃～10℃。2、高温试验验按GB/T2423.2—89《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

高温温试验》、GB/T2423.22——87《《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

温度度变化试验验方法》进行高温试试验及温度度变化试验验。

温度度范围：10℃～210℃。3、湿热试验验按GB/T2423.3—93《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

恒定定湿热试验验》、GB/T2423.4—93《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

交变变湿热试验验》进行恒定湿湿热试验及及交变湿热热试验。湿湿度度范围：30%RH～100%RH4、霉菌试验验按GB/T2423.16——90《《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

长霉霉试验》进行霉菌试试验。5、盐雾试验验按GB/T2423.17——93《《电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

盐雾雾试验》进行盐雾试试验。环境应力试试验相关的的国标6、低气压压试验按GB/T2423.21—92《《电工电电子产品环环境试验第第二部部分：试验验方法低低气压试试验》、GB/T2423.25—92《电电工电子产产品环境试试验第第二部分：：试验方法法

低温温/低气压压试验》、、GB/T2423.26——92《《电工电子子产品环境境试验第第二部分分：试验方方法高高温/低气气压试验》》进行低气气压试验；；高、低温温/低气压压试验。试验范围：：-70℃℃～100℃0～760mmHg20%～95%RH。7、振动试试验按GB/T2423.10—95《《电工电电子产品环环境试验第第二部部分：试验验方法振振动试验验》进行振振动试验。。频率范围（（机械振动动台）：5～60Hz（定频频振动5～～80Hz），最大大位移振幅幅3.5mm（满载载）。频率范围（电电磁振动台））：5～3000Hz，，最大位移25mmP-P。8、冲击试验验按GB/T2423.5—95《《电工电子子产品环境试试验

第二二部分：试验验方法冲冲击试验》进进行冲击试验验。冲击加速度范范围：（50～1500）m/s2。9、碰撞试验验按GB/T2423.6—95《《电工电子子产品环境试试验

第二二部分：试验验方法碰碰撞试验》进进行碰撞试验验。10、跌落试试验按GB/T2423.7—95《《电工电子子产品环境试试验

第二二部分：试验验方法倾倾跌与翻到试试验》、GB/T2423.8—95《电工工电子产品环环境试验第第二部分：：试验方法自自由跌落落试验》进行行跌落试验。。应力类型影响结果温度应力高温对产品的影响：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、物理性收缩等湿度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、霉菌冷热温度冲击冷热温度冲击不同于普通湿热环境，它是通过冷热温度冲击来发现常温状态下难以发现的潜在故障问题。机械冲击和振动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。环境应力类型型及影响作用用高加速应力试验HAST[hæst]HighlyAcceleratedStressTestHALT的可靠性测试试验直接体现出来来的重要性，，有以下几点点：1．快速暴露产产品潜在缺陷陷；2．通过试验→→改进→→验证这这一循环方式式，有效增加加产品的极限限值；3．产品可靠性性得到明显提提升；4．大大缩短产产品研发、设设计、生产和和上市周期；；HAST高加速应力试验验高加速寿命试验验（HALT，Highlyacceleratedlifetest）高加速应力筛选（Hass，Highlyacceleratedstressscreen）HAST高加速应力试试验HighlyAcceleratedStressTest下破坏极限下工作极限产品规范破坏裕度工作裕度上工作极限上破坏极限工作裕度破坏裕度应力产品设计余量量操作极限：产产品的某应力力水平上失效效，样品不工工作或者其工工作指标超标标，但是应力力值略降低或或回复初始值值时，试样又又恢复正常工工作破坏极限：应应力上升到某某值时，样品品失效，即使使应力回落到到低于操作极极限时，试样样仍不能恢复复正常工作，，这时，应力力水平称为破破坏极限HALT可可靠性测试高加速寿命试试验（HALT[hɔːlt]，Highlyacceleratedlifetest）以HALT和HASS为主的HAST的最大特点是是时间上的压