可靠性测试工作流程与实验

可靠性基础知识培训可靠性的历史1.起源

1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭没有起飞就在起飞台上爆炸，还有不少火箭没有达到伦敦就掉进英吉利海峡。同期，据美国海军统计，在二战期间，美军因可靠性问题损失飞机2100架，是被击落飞机的1.5倍。通过大量现场调查和故障分析，采取对策，诞生了可靠性这门学科。

可靠性的历史2.可靠性的血泪史（1）1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者号”起飞76秒后爆炸，其中7名宇航员丧生，直接经济损失达12亿美元，美国的民族精神受到了严重创伤。这次事故的直接原因是因为一个密封圈不密封而引起的。

（2）“永不沉没的”Titanic,1912年4月15日处女航中，在北大西洋撞上冰山而沉没，1500人葬生海底，造成迄今为止最著名的一次海难。泰坦尼克号上所使用的钢板含有许多化学杂质硫化锌，加上长期浸泡在冰冷的海水中，使得钢板变脆。遭遇冰山只是“泰坦尼克”号沉没的诱因可靠性基础知识1可靠性工作程序2可靠性试验3一可靠性基础知识一.可靠性1.定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。可靠性的概率量度成为可靠度。规定条件：包括使用时的环境条件和工作条件（条件越恶劣，产品可靠性越低）；规定时间：广义，除时间外还可以是里程，次数，循环等（产品的可靠性和时间的关系呈递减函数的关系）；规定能力：产品规格书中给出的正常工作的性能指标（衡量一个产品的可靠性水平时一定要给出故障/失效判据）

二.浴盆曲线大多数不可修复产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，故将故障率曲线成为浴盆曲线。产品失效机理虽然不同，但产品的失效率随时间的变化大致可以分为三个阶段：1.早期失效期：产品投入使用的初期产品的失效率高，且具有迅速下降的特征。故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷等。产品投入使用后很容易较快暴露出来，可筛选。2.偶然失效期：产品投入使用一段时间后产品的失效率降到一个较低水平，且基本稳定，可近似认为失效率为常数。故障主要是由偶然因素引起的。偶然失效阶段是产品的主要工作阶段。3.耗损失效期：产品投入使用相当长时间后产品的失效率迅速上升，很快出现产品故障大量增加直至报废。故障主要是由老化、磨损、疲劳、腐蚀等引起。可通过试验数据分析，确定耗损阶段的起始点。对耗损的零件、部分予以维修、更换，降低产品的失效率，延长产品的寿命浴盆曲线三.失效率的计算1.试验数据计算根据实验数据来进行失效率的预计。随机失效率：2.元器件记数法元器件记数法中的器件失效率是固定的，不随产品或环境而变化。二可靠性基本工作程序1.可靠性的工作可靠性可靠性验证可靠性控制新产品EVT：可靠性增长实验DVT&PVT：可靠性验证实验新工艺针对单点工艺进行验证生产异常针对异常点进行可靠性评估例行试验每两年对生产工艺进行验证ORT每月抽样进行HTOLIPD流程中可靠性工作的开展概念计划EVTDVTPVT提交可靠性试验计划可靠性增长试验可靠性验证试验在立项阶段，针对项目开发计划制定相关可靠性要求及指标IPD流程中可靠性工作的开展1.概念阶段在项目开发的立项阶段，可靠性工作即参与其中，针对项目开发计划，制定产品可靠性预计需要满足的可靠性指标，包括：产品FIT率的要求；产品的ESD等级；产品的安规级别；特殊实验项目的要求（GR-468之外的标准）IPD流程中可靠性工作的开展2.计划阶段在IPD计划阶段，制定相关的可靠性试验计划，包括：产品需要进行的可靠性试验；各单项试验的条件；试验前后样品失效的判据；试验所需要的样本数；各试验相关的时间点测试资源提请（如设备、夹具、软件等）IPD流程中可靠性工作的开展3.EVT---可靠性增长试验（1）目的

为暴露产品设计中可能隐含的设计缺陷和工艺薄弱环节等所进行的，具有针对性的可靠性试验。（2）要求

样品在增长试验过程中，若出现失效，可靠性工程师需将信息反馈给项目组，项目负责人针对失效样品进行分析，改进。改进后的样品重新进行可靠性增长试验至满足要求。（3）说明可靠性增长试验是否要做，做什么，怎么做，由项目负责人与可靠性工程师根据方案共同商讨确定，故此处不限定实验项目

IPD流程中可靠性工作的开展（3）说明（续）通常，以下情况可能需要进行增长实验：

a.采用了新材料或新组件：胶水、TO、芯片等例如更改了胶水后增加了可靠性风险，故针对薄弱环节，通过高温高湿，温度循环等实验判定胶水可靠性，直到满足预期要求。

b.更换了新工艺：焊接、贴片、耦合、封装等例如在焊接工艺更改后，通过温度循环，冲击振动等实验判定机械完整性，直到满足预期要求。实验项目由产品具体情况讨论决定，此处不能一一列举。IPD流程中可靠性工作的开展4.DVT&PVT---可靠性鉴定试验（1）目的为确定产品的可靠性特征量是否达到所要求的水平而进行的试验，各级别实验项目见下表，并非所有项目都需进行：（2）要求

根据具体的产品设计，试验项目以Bellcore相关标准为主，综合其他与客户协商、承诺的可靠性试验要求。（3）说明具体试验在DVT和PVT两个阶段的分配，需与各项目组内部讨论决定；可靠性增长试验的结果可用于鉴定试验(如果影响此试验结果的产品设计、工艺因素没有变化)。

凡试验后又做了设计变更的均要评价变更影响，可靠性工程师与项目负责人共同确定是否需要重新进行可靠性验证。可靠性输出概念计划EVTDVTPVT样品可靠性要求及指标（融入项目任务书中）可靠性试验计划（大体实验项目及时间安排）完成全部试验后输出可靠性实验报告详细可靠性试验计划（若进行了增长实验，则还需增长实验报告）三可靠性试验BellcoreGR-468BellcoreGR-468BellcoreGR-468BellcoreGR-468机械完整性试验１.机械冲击MechanicalShock试验目的：确定电子元器件受到机械冲击时的适应性或评定其结构的牢靠性。试验条件：500g,1ms,5times/direction-----BellcoreGR-468Issue21500g,0.5ms,5times/direction-----722船舶重工研究所试验原理：短时间极大的冲量转化为短时间内试验样品动量的变化。在试验样品内产生极大的应力和应变，抗冲击能力弱的试验样品就会因冲击而损坏或性能降低。试验地点：722船舶重工研究所；试验时间：1小时（不包括预约实验室及夹具安装时间）机械完整性试验2.变频震动Vibration试验目的：确定电子元器件受到在一定频率下振动时的适应性或评定其结构的牢靠性。试验条件：20~2000~20HZ，4min/cy，4cy/axis,3axis试验原理：一定频率的震动对样品机械性能的影响，造成开裂，分离等。试验地点：722船舶重工研究所；试验时间：48分钟（不包括预约实验室及夹具安装时间）机械完整性试验3.热冲击ThermalShock试验目的：考核电子元器件在突然遭到温度剧烈变化时之抵抗能力及适应能力的试验。试验条件：△T≥100℃，转换时间<10s，温度稳定时间<5min，15个循环试验原理：温度的剧烈变化热量的剧烈变化

热变形的剧烈变化，从而引起剧烈的应力变化。

巨大应力可使引线断开、封装开裂等，从而电子元器件的机械性能或电性能发生变化。如：对半导体器件，热冲击可使其衬底开裂、引线封接断开和管帽产生裂纹，以及由于半导体绝缘体机械位移或硅气影响引起电特性的变化。试验地点：可靠性与失效分析实验室；试验时间：3小时物理特性实验1.内部水汽InternalMoisture试验目的：测定在金属或陶瓷气密封装器件内的气体中水汽的含量

试验步骤：（1）预处理：(100土5)℃下烘焙；（2）放真空箱后在(100土5)℃下抽气，直至真空箱内压力达到不妨碍规定的测量准确度和灵敏度为止。抽气后穿刺器件外壳或盖帽，用质谱仪测量腔内释放气体。

试验地点：第三方实验室（赛宝）；试验时间：（从寄出之日起）2~3周物理特性实验2.气密性Hermeticity试验目的：确定具有内空腔的电子元器件和含有封装的电子元器件的气密性。

试验方法：先把试验样品置于密封容器内，把容器抽成真空，然后把试验样品放进含有检验介质的容器中，设法使检验介质进入电子元器件内腔。从该容器中取出试验样品后，再设法检查出有没有检验介质进入电子元器件内腔，从而判断该电子元器件密封是否完好。

试验地点：TO生产部；试验时间：2小时物理特性实验3.剪切强度DieShear试验目的：考核芯片与管壳或基片结合的机械强度

试验方法：试验地点：TO生产部；试验时间：1小时物理特性实验4.键合强度WireBondStrength试验目的：检验电子元器件键合处(如微电路封装内部的内引线与芯片和内引线与封装体内外引线端)的键合强度。

试验方法：对电子元器件的键合处施加使两部件分离的拉力，若此力达到某规定值，则合格。

试验地点：TO生产部；试验时间：0.5小时物理特性实验5.ESD阈值——HBM（人体模型，HumanBodyModel）试验目的：模拟人体放电，对半导体器件的影响。

试验方法：通过HBM模式的静电放电设备，对器件管脚或模块金手指进行放电。试验地点：第三方实验室（赛宝）；（可靠性与失效分析实验室的设备目前在海关）试验时间：2周左右。物理特性实验6.静电抗扰度试验目的：模拟静电场对模块工作的影响。

试验方法：通过满足IEC-61000-4-2规定波形的静电放电设备，对工作中的模块进行静电放电（空气放电±8KV和±15KV，接触放电±6KV和±8KV

）试验地点：可靠性与失效分析实验室试验时间：3~4小时左右。特殊实验EMI（Electro-magneticInterference）试验目的：1.检验模块对外界的电磁辐射；

2.检验模块在电磁场下工作的情况

试验地点：第三方实验室；试验时间：2~3天（不包括预约实验室的时间）特殊实验MFG（MixedFlowingGas）试验目的：检验电连接器（如金手指）的耐酸、碱腐蚀性。

试验地点：第三方实验室；试验时间：10天(issue3)/14天(issue1)（不包括样品快递时间）环境试验1.温度循环TemperatureCycling试验目的：考核电子元器件在短期内反复承受温度变化的能力及不同结构材料之间的热匹配性能。温度循环试验是模拟温度交替变化环境对电子元器件的机械性能及电气性能影响的试验。试验条件：温度范围-40℃~85℃，高、低温各停驻15分钟，温变速率为10℃/min，500个循环试验原理：使电子元器件反复承受热胀冷缩变化，产生因为热胀冷缩而引起的交变应力，这个交变应力会造成材料开裂、接触不良、性能变化等有害影响。（蠕变）对于半导体器件，主要是检验不同结构材料之间的热匹配性能是否良好。它能有效地检验粘片、键合、内涂料和封装工艺等潜在的缺陷；它能加速硅片潜在裂纹的暴露。试验地点：可靠性与失效分析实验室；试验时间：500小时（22天）环境试验2.高温存储HighTemperatureStorage

试验目的：考核高温对电子元器件的影响，确定电子元器件在高温条件下储存的适应性。试验条件：

85℃，2000小时试验原理：电子产品的退化率遵循阿伦尼乌斯公式，随温度成指数增加。高温应力的目的是为了缩短这种变化的时间。电子元器件在高温环境中，其冷却条件恶化，散热因难，将使器件的电参数发生明显变化或绝缘性能下降。如：在高温条件下，存在于半导体器件芯片表面及管壳内的杂质加速反应，促使沾污严重的产品加速退化。试验地点：可靠性与失效分析实验室；试验时间：2000小时（84天）环境试验3.低温存储LowTemperatureStorage

试验目的：考核低温对电子元器件的影响，确定电子元器件在低温条件下储存的适应性。试验条件：-40℃，72小时试验原理：低温下会使电子元器件的材料变脆，不同材料之间的收缩系数不同导致裂缝增大等。试验地点：可靠性与失效分析实验室；试验时间：72小时（3天）环境试验4.高温高湿DampHeat

试验目的（1）为了确定电子元器件在高温、高湿度条件下工作或储存的适应能力；（2）对于半导体器件而