可靠性試驗與壽命試驗?

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　　可靠性試驗是為了確定已通過可靠性鑒定試驗而轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)的產(chǎn)品在規(guī)定的條件下是否達到規(guī)定可靠性要求，企業(yè)在為了評價分析產(chǎn)品可靠性而進行的試驗稱，是為預(yù)測從產(chǎn)品出廠到其使用壽命結(jié)束期間的質(zhì)量情況，選定與市場環(huán)境相似度較高的環(huán)境應(yīng)力后，設(shè)定環(huán)境應(yīng)力程度與施加的時間，主要目的是盡可能在短時間內(nèi)，正確評估產(chǎn)品的可靠性。

　　產(chǎn)品設(shè)計成型后，必須對產(chǎn)品進行可靠性試驗，產(chǎn)品可靠性試驗是激發(fā)潛在失效模式，提出改進措施，確定項目或系統(tǒng)是否滿足預(yù)先制定的可靠性要求的必須步驟。

　　可靠性試驗與壽命試驗方案有哪些?

　　1、高溫存儲試驗

　　試驗?zāi)康模嚎己水a(chǎn)品在高溫存儲的情況下對產(chǎn)品的影響。有嚴(yán)重缺陷的產(chǎn)品處于非平衡態(tài)，是一種不穩(wěn)定態(tài)，由非平衡態(tài)向平衡態(tài)的過渡過程既是誘發(fā)有嚴(yán)重缺陷產(chǎn)品失效的過程，也是促使產(chǎn)品從非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)的過渡過程。

　　試驗條件：一般選定一恒定的溫度應(yīng)力和保持時間。微電路溫度應(yīng)力范圍為75℃至400℃，試驗時間為24h以上。試驗前后被試樣品要在標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境中，既溫度為25土10℃的環(huán)境中放置一定時間。多數(shù)的情況下，要求試驗后在規(guī)定的時間內(nèi)完成終點測試。

　　2、溫度循環(huán)試驗

　　試驗?zāi)康模嚎己水a(chǎn)品承受一定溫度變化速率的能力及對極端高溫和極端低溫環(huán)境的承受能力.是針對產(chǎn)品熱機械性能設(shè)置的。當(dāng)構(gòu)成產(chǎn)品各部件的材料熱匹配較差，或部件內(nèi)應(yīng)力較大時，溫度循環(huán)試驗可引發(fā)產(chǎn)品由機械結(jié)構(gòu)缺陷劣化產(chǎn)生的失效。如漏氣、內(nèi)引線斷裂、芯片裂紋等。

　　驗條件：在氣體環(huán)境下進行。主要是控制產(chǎn)品處于高溫和低溫時的溫度和時間及高低溫狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速率。試驗箱內(nèi)氣體的流通情況、溫度傳感器的位置、夾具的熱容量都是保證試驗條件的重要因素。

　　3、熱沖擊試驗

　　試驗?zāi)康模嚎己水a(chǎn)品承受溫度劇烈變化，即承受大溫度變化速率的能力。試驗可引發(fā)產(chǎn)品由機械結(jié)構(gòu)缺陷劣化產(chǎn)生的失效.熱沖擊試驗與溫度循環(huán)試驗的目的基本一致，但熱沖擊試驗的條件比溫度循環(huán)試驗要嚴(yán)酷得多。

　　試驗條件：被試樣品是置于液體中。主要是控制樣品處于高溫和低溫狀態(tài)的溫度和時間及高低溫狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速率。試驗箱內(nèi)液體的流通情況、溫度傳感器的位置、夾具的熱容量都是保證試驗條件的重要因素。

　　4、低氣壓試驗

　　試驗?zāi)康模嚎己水a(chǎn)品對低氣壓工作環(huán)境(如高空工作環(huán)境)的適應(yīng)能力。當(dāng)氣壓減小時空氣或絕緣材料的絕緣強度會減弱;易產(chǎn)生電暈放電、介質(zhì)損耗增加、電離;氣壓減小使散熱條件變差，會使元器件溫度上升。這些因素都會使被試樣品在低氣壓條件下喪失規(guī)定的功能，有時會產(chǎn)生永久性損傷。

　　試驗條件：被試樣品置于密封室內(nèi)，加規(guī)定的的電壓，從密封室降低氣壓前20min直至試驗結(jié)束的一段時間內(nèi)，要求樣品溫度保持在25+-1.0℃的范圍。密封室從常壓降低到規(guī)定的氣壓再恢復(fù)到常壓，并監(jiān)視這‘過程中被試樣品能否正常工作，微電路被試樣品所施加電壓的頻率在直流到20MHz的范圍內(nèi)，電壓引出端出現(xiàn)電暈放電被視為失效。試驗的低氣壓值是與海拔高度相對應(yīng)的，并分若干檔.如微電路低氣壓試驗的A檔氣壓值是58kPa，對應(yīng)高度是4572m，E檔氣壓值是1.1kPa，對應(yīng)高度是30480m等等。

　　5、耐濕試驗

　　試驗?zāi)康模阂允┘蛹铀賾?yīng)力的方法評定微電路在潮濕和炎熱條件下抗衰變的能力，是針對典型的熱帶氣候環(huán)境設(shè)計的。微電路在潮濕和炎熱條件下衰變的主要機理是由化學(xué)過程產(chǎn)生的腐蝕和由水汽的浸入、凝露、結(jié)冰引起微裂縫增大的物理過程。試驗也考核在潮濕和炎熱條件下構(gòu)成微電路材料發(fā)生或加劇電解的可能性，電解會使絕緣材料電阻宰發(fā)生變化，使抗介質(zhì)擊穿的能力變?nèi)酢?/p>

　　試驗條件：潮熱試驗有兩種，即文變潮熱試驗和恒定潮熱試驗。交受潮熱試驗要求被試樣品在相對濕度為90%～100%的范圍內(nèi)，用一定的時間(‘般2.5h)使溫度從25℃上升到65℃，井保持3h以上;然后再在相對濕度為80%一100%的范圍內(nèi)，用一定的時間(—般2.5 h)使溫度從6s℃下降到25℃，再進行一次這樣的循環(huán)后再在任意濕度的情況下將溫度下降到一10 c，并保持3h以上‘再恢復(fù)到溫度為25℃，相對濕度等于或大于80%的狀態(tài)。這就完成了一次文變潮熱的大循環(huán)，大約需要24h。

　　6、鹽霧試驗

　　試驗?zāi)康模阂约铀俚姆椒ㄔu定元器件外露部分在鹽霧、潮濕和炎熱條件下抗腐蝕的能力，是針對熱帶海邊或海上氣候環(huán)境設(shè)計的.表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)差的元器件在鹽霧、湘濕和炎熱條件下外露部分會產(chǎn)生腐蝕。

　　試驗條件：鹽霧試驗要求被試樣品上不同方位的外露部分都要在溫度、濕度及接收的鹽淀積速率等方面處于相同的規(guī)定條件。這一要求是通過樣品在試驗箱內(nèi)放置的相互間的最小距離和樣品的放置角度來滿足的。

　　7、輻照試驗

　　試驗?zāi)康模嚎己宋㈦娐吩诟吣芰Ｗ虞椪窄h(huán)境下的工作能力。高能粒子進入微電路會使微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化產(chǎn)生缺陷或產(chǎn)生附加電荷或電流。從而導(dǎo)致微電路參數(shù)退化、發(fā)生鎖定、電路翻轉(zhuǎn)或產(chǎn)生浪涌電流引起燒毀失效。輻照超過某一界限會使微電路產(chǎn)生永久性損傷。

　　試驗條件：微電路的輻照試驗主要有中子輻照和γ射線輻照兩大類。又分總劑量輻照試驗和劑量率輻照試驗。劑量率輻照試驗都是以脈沖的形式對披試微電路進行輻照的。

　　在試驗中要依據(jù)不同的微電路和不同的試驗?zāi)康膰?yán)格控制輻照的劑量串和總劑量。否則會由于輻照超過界限而損壞樣品或得不到要尋求的閩值。輻照試驗要有防止人體損傷的安全措施。

　　二、壽命試驗

　　壽命試驗就是研究產(chǎn)品壽命特征的方法，這種方法可在實驗室模擬各種使用條件來進行。壽命試驗是可靠性試驗中最重要最基本的項目之一，它是將產(chǎn)品放在特定的試驗條件下考察其失效(損壞)隨時間變化規(guī)律。

　　通過壽命試驗，可以了解產(chǎn)品的壽命特征、失效規(guī)律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗過程中可能出現(xiàn)的各種失效模式。如結(jié)合失效分析，可進一步弄清導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要失效機理，作為可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)測、改進新產(chǎn)品質(zhì)量和確定合理的篩選、例行(批量保證)試驗條件等的依據(jù)。

　　如果為了縮短試驗時間可在不改變失效機理的條件下用加大應(yīng)力的方法進行試驗，這就是加速壽命試驗。通過壽命試驗可以對產(chǎn)品的可靠性水平進行評價，并通過質(zhì)量反饋來提高新產(chǎn)品可靠性水平。

　　壽命試驗?zāi)康模嚎己水a(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在全過程工作時間內(nèi)的質(zhì)量和可靠性。為了使試驗結(jié)果有較好代表性，參試的樣品要有足夠的數(shù)量。

　　試驗條件：微電路的壽命試驗分穩(wěn)態(tài)壽命試驗、間歇壽命試驗和模擬壽命試驗。

　　穩(wěn)態(tài)壽命試驗是微電路必須進行的試驗，試驗時要求被試樣品要施加適當(dāng)?shù)碾娫矗蛊涮幱谡５墓ぷ鳡顟B(tài)。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)壽命試驗環(huán)境溫度為125℃，時間為l 000h。加速試驗可以提高溫度，縮短時間。

　　功率型微電路管殼的溫度一般大于環(huán)境溫度，試驗時保持環(huán)境溫度可以低于125℃.微電路穩(wěn)態(tài)壽命試驗的環(huán)境溫度或管殼的溫度要以微電路結(jié)溫等于額定結(jié)溫為基點<一般在175℃一200℃之間)進行調(diào)整。

　　間歇壽命試驗要求以一定的頻率對被試微電路切斷或突然施加偏壓和信號，其它試驗條件與穩(wěn)態(tài)壽命試驗相同。

　　模擬壽命試驗是一種模擬徽電路應(yīng)用環(huán)境的組合試驗。它的組合應(yīng)力有機械、濕度和低氣壓四應(yīng)力試驗：機械、溫度、濕度和電四應(yīng)力試驗等。

　　三、篩選試驗

　　篩選試驗是一種對產(chǎn)品進行全數(shù)檢驗的非破壞性試驗

　　其目的是為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔早期失效的產(chǎn)品，以提高產(chǎn)品的使用可靠性。產(chǎn)品在制造過程中，由于材料的缺陷，或由于工藝失控,使部分產(chǎn)品出現(xiàn)所謂早期缺陷或故障，這些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保證在實際使用時產(chǎn)品的可靠性水平。

　　可靠性篩選試驗的特點是：

　　1、這種試驗不是抽樣的，而是100%試驗;

　　2、 該試驗可以提高合格品的總的可靠性水平，但不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，即不能提高每個產(chǎn)品的壽命;

　　3、不能簡單地以篩選淘汰率的高低來評價篩選效果。淘汰率高，有可能是產(chǎn)品本身的設(shè)計、元件、工藝等方面存在嚴(yán)重缺陷，但也有可能是篩選應(yīng)力強度太高。

　　淘汰率低，有可能產(chǎn)品缺陷少，但也可能是篩選應(yīng)力的強度和試驗時間不足造成的。通常以篩選淘汰率Q和篩選效果β值來評價篩選方法的優(yōu)劣：合理的篩選方法應(yīng)該是β值較大，而Q值適中。

　　四、現(xiàn)場使用試驗

　　上述各種試驗都是通過模擬現(xiàn)場條件來進行的。模擬試驗由于受設(shè)備條件的限制，往往只能對產(chǎn)品施加單一應(yīng)力，有時也可以施加雙應(yīng)力，這與實際使用環(huán)境條件有很大差異，因而未能如實地、全面地暴露產(chǎn)品的質(zhì)量情況。

　　現(xiàn)場使用試驗則不同，因為它是在使用現(xiàn)場進行，故最能真實地反映產(chǎn)品的可靠性問題，所獲得的數(shù)據(jù)對于產(chǎn)品的可靠性預(yù)測、設(shè)計和保證有很高價值。對制定可靠性試驗計劃、驗證可靠性試驗方法和評價試驗精確性，現(xiàn)場使用試驗的作用則更大。

　　五、鑒定試驗

　　鑒定試驗是對產(chǎn)品的可靠性水平進行評價時而做的試驗。它是根據(jù)抽樣理論制定出來的抽樣方案。在保證生產(chǎn)者不致使質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品被拒收的條件下進行鑒定試驗。

　　可靠性鑒定試驗分兩類：一類為產(chǎn)品可靠性鑒定試驗，一類為工藝(含材料)的可靠性鑒定試驗

　　產(chǎn)品可靠性鑒定試驗一般是在新產(chǎn)品設(shè)計定型和生產(chǎn)定型時進行。目的是考核產(chǎn)品的指標(biāo)是否全面達到了設(shè)計要求，考核產(chǎn)品是否達到了預(yù)定的可靠性要求。試驗的內(nèi)容一般與質(zhì)量一致性檢驗一致，既A、B、c、D四組試驗都做，有抗輻射強度規(guī)定產(chǎn)品也做要E組試驗。當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、材料或工藝有重大改變時也要做可靠性鑒定試驗。

　　工藝(含材料)的可靠性鑒定試驗用于考核生產(chǎn)線對材料和工藝的選擇及控制能力是否能保證所制造的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，是否能滿足某種質(zhì)景保證等級的要求。

　　其他常用的電子產(chǎn)品可靠性試驗介紹

　　恒定加速度試驗

　　該試驗?zāi)康氖强己税岭娐烦惺芎愣铀俣鹊哪芰ΑＫ梢员┞队晌㈦娐方Y(jié)構(gòu)強度低和機械缺陷引起的失效。如芯片脫落、內(nèi)引線開路、管殼變形、漏氣等。

　　試驗條件：在微電路芯片脫出方向、壓緊方向和與該方向垂直的方向施加大于1 mm的恒定加速度，加速度取值范圍一般取為49 000m/s：-1 225 000m/sV5 000~125 000z)之間。試驗時微電路的殼體應(yīng)剛性固定在恒定加速器上。

　　機械沖擊試驗

　　該試驗?zāi)康氖强己宋㈦娐烦惺軝C械沖擊的能力。即考核微電路承受突然受力的能力。在裝卸、運輸、現(xiàn)場工作過程中會使微電路突然受力。如跌落、碰撞時微電路會受到突發(fā)的機械應(yīng)力.這些應(yīng)力可能引起微電路的芯片脫落、內(nèi)引線開路、管殼變形、漏氣等失效。

　　試驗條件：試驗時微電路的殼體應(yīng)剛性固定在試驗臺基上，外引線要施加保護。對微電路的芯片脫出方向、壓緊方向和與該方向垂直的方向各施加五次半正弦波的機械沖擊脈沖。沖擊脈沖的峰值加速度取值范圍—般取為4900m/s2~294 000m/s2(500g~30 000g)脈沖持續(xù)時間為0.1ms—1.0ms，允許失真不大于峰值加速度的20%。

　　機械振動試驗

　　振動試驗主要有四種，即掃頻振動試驗、振動疲勞試驗。振動噪聲試驗和隨機振動試驗。目的是考核微電路在不同振動條件下的結(jié)構(gòu)牢固性和電特性的穩(wěn)定性。

　　掃頻振動試驗使微電路作等幅諧振動，其加速度峰值一般分為196 m/s：(20e)、490m/s2(50g)和686m/s2(70g)三檔.振動頻率從20Hz一2 000Hz范圍內(nèi)隨時間校對數(shù)變化。振動頻率從20Hz~2 000Hz再回到20Hz的時間要求不小于4mm，并且在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行五次。

　　振動疲勞試驗也要使微電路作等幅諧振動，但是其振動頻率是固定的，一般為幾十到幾百赫茲，其加速度峰值一般也分為196m/s2(20g)、490m/s2(50g)和686m/s2(70g)三檔。在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行一次，每次的時間大約為32h。

　　隨機振動試驗的試驗條件是模擬各種現(xiàn)代化現(xiàn)場環(huán)境下可能產(chǎn)生的振動。隨機振動的振幅具有高斯分布。加速度譜密度與頻率的關(guān)系是特定的。頻率范圍為幾十到2000Hz。

　　振動噪聲試驗的試驗條件與掃頗振動試驗基本相同。使微電路作等幅諧振動，其加速度峰值一般不小于196m/s2(20g).振動頻率從20Hs一2000Hz范圍內(nèi)隨時間按對數(shù)變化.振動頻率從20Hz一2000Hz再回到20Hz的時間要求不小于4min，并且在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行1次。

　　但是微電路要施加規(guī)定的電壓和電流。測量在試驗過程中在規(guī)定負載電阻上的最大噪聲輸出電壓是否超出了規(guī)定值。

　　鍵合強度試驗

　　該試驗?zāi)康氖菣z驗微電路封裝內(nèi)部的內(nèi)引線與芯片和內(nèi)引線與封裝體內(nèi)外引線端鍵合強度.分為破壞性鍵合強度試驗和非破壞性鍵合強度試驗.鍵合強度差的微電路會出現(xiàn)內(nèi)引線開路失效。

　　試驗要求在鍵合線中部對鍵合線施加垂直微電路;芯片方向指向芯片反方向的力，施力要從零開始緩慢增加，避免沖擊力。若設(shè)定一個力，當(dāng)施力增加到該力時停止餡力，且此力應(yīng)不大于最小鍵合力規(guī)定值的80%，則試驗稱為非破壞性鍵合強度試驗。

　　若試驗時施力增加到鍵合斷裂時停止，稱破壞性健合強度試驗。健合強度試驗?zāi)康氖菍ξ㈦娐锋I合性能作批次性評價，所以要有足夠多的試驗樣品.非破壞性鍵合強度試驗有時作為篩選試驗項目。

　　芯片附著強度試驗

　　該試驗?zāi)康氖强己诵酒c管殼或基片結(jié)合的機械強度。芯片附著強度試驗有兩個，即芯片與基片/底座附著強度試驗和剪切力試驗.前者是考核芯片承受垂直芯片脫寓基片/底座方向受力的能力。后者是考核芯片承受平行芯片與基片/底座結(jié)合面方向受力的能力。

　　試驗要求嚴(yán)格控制施加力的方向，且避免沖擊力。該試驗的判據(jù)力與芯片面積成正比，且與脫落后界面附著痕跡面積與芯片面積的比值有關(guān).附著痕跡面積小，意味著結(jié)合性能差，判據(jù)力要加嚴(yán)。

　　粒子碰撞噪聲檢測試驗

　　粒子碰撞噪聲檢測試驗(PIND：Particle Impact Noise Detection)的目的是檢驗微電路空腔封裝腔體內(nèi)是否存在可動多余物。

　　可動導(dǎo)電多余物町能導(dǎo)致微電路內(nèi)部短路失效。試驗原理是對微電路施加適當(dāng)?shù)臋C械沖擊應(yīng)力使沾附微電路腔體內(nèi)的多余物成為可動多余物。再同時施加振動應(yīng)力，使可動多余物產(chǎn)生振動，振動的多余物與腔體壁撞擊產(chǎn)生噪聲。

　　通過換能器檢測噪聲。試驗要求將微電路最大的扁平面借助于粘附劑安裝在換能器上，先施以峰值加速度為(9 800+-1 960)m/s2延續(xù)時間不大于100μs沖擊脈沖。

　　然后再施以頻串為40Hz一250Hz，峰值加速度為196m/s2振動，隨后再使沖擊應(yīng)力與振動應(yīng)力同時施加和單獨施加振動應(yīng)力，交替進行一定次數(shù)，若檢測出噪聲，則表示微電路腔體內(nèi)有可動多余物。

　　有的微電路內(nèi)引線較長。長引線的顫動也可能檢測出噪聲，改變振動頻率，噪聲有變化時其噪聲往往是由長引線的顫動產(chǎn)生的。所用粘附劑應(yīng)對其傳送的機械能量有較小的衰減系數(shù).沖擊脈沖的峰值加速度、延續(xù)時間和次數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制，否則試驗可能是破壞性的。

　　靜電放電敏感度試驗

　　靜電放電敏感度試驗可以給出微電路承受靜電放電的能力。它是破壞性試驗。

　　試驗方法是模擬人體、設(shè)備或器件放電的電流波形，按規(guī)定的組合及順序?qū)ξ㈦娐返母饕龆朔烹姟ふ页霭岭娐樊a(chǎn)生損傷的閥值靜電放電電壓。以微電路敏感電參數(shù)的變化量超過規(guī)定值的最小靜電放電電壓，作為微電路抗靜電放電的能力的表征值。

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