1、： 87236376 ： 87237185 ：510610地址：廣州市天河區東莞莊路110號信息產業部電子第五研討所元器件可靠性研討分析中心授課：馮敬東老化、環境及可靠性實驗1. 1 概述 產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的才干，就叫做電子產品的可靠性。可靠性實驗是為產品的可靠性進展調查、分析和評價的一種手段。 可靠性實驗目的：(a)發現產品在設計、資料和工藝方面的各種 缺陷。(b)為改善產品完好性、減少維修費用及保證 費用 提供信息。(c)確認能否符合可靠性定量要求。(c)評價產品的運用壽命。 一、可靠性實驗及目的21. 1 概述10 規那么： 當討論產品在不同環境下的運用壽命時,

2、普通采用“規那么的表達方式。詳細運用時可以表達為“10規那么，即當周圍環境溫度上升10時，產品壽命就會減少一半；當周圍環境溫度上升20時，產品壽命就會減少到四分之一。這種規那么可以闡明溫度是如何影響產品壽命失效的。 二、根本知識和術語31. 1 概述二、根本知識和術語浴盆曲線： 通常將電子元件和設備失效率數值銜接成曲線后就會得出所示的“浴盆曲線。此圖闡明半導體元器件與電子器件失效曲線是隨著操作時間變化而變化。產品不同階段失效緣由可以用右邊表格闡明 失效時期早期失效期隨機失效期退化失效期常見失效機理和原因 不夠完善 的生產存在缺陷 的材料不合適的 環境不夠完善 的設計 外部振動使用人員 誤用環境

3、條件 的變化波 動不良抗壓 性能 氧化疲勞 老化性能 退化腐蝕 4第一章 可靠性概論可靠性任務的技術內容 可靠性技術是研討如何評價、分析和提高產品可靠性的一門綜合性的學科。可靠性任務的技術內容包括： 可靠性系統分析、 可靠性設計、 可靠性消費、 可靠性維護、 可靠性失效分析、 可靠性數據搜集處置和交換技術、 可靠性實驗、5第二章 可靠性實驗的分類 可靠性實驗分類可靠性實驗對于不同的運用有不同的分類方法實驗目的分類、實驗場地分類、實驗方法分類是常用的3種分類方法普通工程和系統人員大部分采用第一種按實驗目的分類元器件采用第三種按實驗方法分類6第二章 可靠性實驗的分類1 可靠性實驗按實驗目的可分為工

4、程實驗與統計實驗兩大類可靠性實驗工程實驗統計實驗環境應力挑選可靠性增長可靠性鑒定可靠性驗收實驗目的分類7第二章 可靠性實驗的分類1工程實驗的內容： 包括挑選實驗和可靠性增長實驗。工程實驗的目的： 暴露產品設計、工藝、元器件、原資料的可靠性缺陷，對產品的缺點緣由進展分析并采取有效的針對性糾正措施加以排除。工程實驗由承制方進展，以研制樣機為受試產品 工程實驗8第二章 可靠性實驗的分類1 挑選實驗挑選實驗的內容： 常規條件挑選實驗、老化挑選實驗和環境應力挑選實驗包括機械應力、電應力、熱應力、嚴寒等。美軍方實驗方法挑選實驗的目的： 經過檢驗剔除不合格的或有能夠早期失效的產品，消除在早期失效期發生的產品

5、缺陷及不良問題，提高產品的可靠性。挑選實驗的方法： 規定條件下的目視檢查、功能丈量、參數檢測、密封性檢查等。9第二章 可靠性實驗的分類1 可靠性增長實驗可靠性增長實驗的定義： 經過實驗逐漸矯正產品設計和制造中的缺陷，不斷提高產品可靠性的過程。可靠性增長實驗的特點： a. 針對產品的薄弱環節進展 b. 改良后產品原來的薄弱環節不重現或出 現率低于允許的程度 c. 驗證條件與原缺點發生的條件一致或更嚴酷 可靠性增長實驗的過程：再設計缺點發生10第二章 可靠性實驗的分類1統計實驗的內容： 可靠性鑒定實驗和可靠性驗收實驗，還有一種目的不在驗收與否的實驗可靠性測定實驗，是研制方對本身產品當前到達的可靠性

6、程度的信息獲取。統計實驗的目的： 驗證產品能否到達規定的可靠性規范 ，統計實驗11第二章 可靠性實驗的分類1鑒定實驗 可靠性鑒定實驗的目的是為了驗證產品的可靠性，確定產品可靠性與設計要求可靠性的一致性，而不是在于暴露產品的可靠性缺陷 ，同時鑒定實驗在很大程度上可作為產品定型實驗。 可靠性鑒定實驗方案和實驗內容主要是由承制方制定。12第二章 可靠性實驗的分類1 驗收實驗驗收實驗的目的： 是確定產品能否符合規定的可靠性要求驗收實驗對產品的要求： 用已交付產品或可交付的產品。驗收實驗的前期任務： 在系統或設備的可靠性驗收實驗開場以前，必需對元器件、零部件及設備完成環境實驗包括沖擊、振動、離心、溫度、

7、濕度、沙劣、鹽霧、核梅射、電磁干擾等等 ，和單項實驗抗靜電實驗、電磁輻射、平安性實驗，允許的邊緣環境條件考核產品。13第二章 可靠性實驗的分類2 可靠性實驗按實驗場地分可以是實驗室實驗也可以是運用現場實驗實驗室實驗：在實驗室內模擬實踐運用條件或在規定的任務及環境條件下進展的實驗。運用現場實驗： 原那么上現場實驗最能忠實地反映產品的實踐可靠性程度。只需做好統計，不用另外找樣品做實驗。實驗場地分類14 從廣義上來說，凡屬與可靠性有關的實驗都屬于可靠性實驗。例如，挑選實驗、質量認證實驗、產品的交收驗收實驗、產品的質量檢驗等等。本節可靠性實驗分類，指專門用來評價產品可靠性特征量或用來確定產品失效方式而

8、作的各類實驗。 實驗主要有壽命實驗、評價鑒定實驗、環境順應性實驗等 。第二章 可靠性實驗的分類3實驗方法分類15第二章 可靠性實驗的分類3壽命實驗耐久性實驗)： 壽命實驗為了評價分析產品在規定運用和維護條件下的運用壽命而進展的一種實驗。用于調查分析何時出現電子元器件和機械零件的摩耗和運用壽命的問題，運用壽命的缺點分布函數呈什么樣的外形；以及分析失效率上升的緣由。專門用來評價產品可靠性特征量或用來確定產品失效方式而進展的一種實驗。實驗內容包括：儲存壽命實驗任務壽命實驗加速壽命實驗壽命實驗16第二章 可靠性實驗的分類3序進應力加速壽命實驗長期任務儲存 評價鑒定 試 驗環境順應性 試 驗設備MTBF

9、實驗元器件失效率實驗常規加速人工模擬現場運用實驗天然暴露實驗非截尾截尾定時定數恒定應力步進應力實驗分類圖17 在失效率實驗和驗收實驗中常采用截尾實驗和非試尾實驗 實驗不斷進展到全部實驗樣品都失效才截止的實驗，稱為非截尾實驗; 實驗進展到規定的時間就截止的實驗，稱為定時截尾實驗，實驗進展到規定失效數就截止的實驗，稱為定數截尾實驗。 根據實驗過程中失效樣品能否可以交換的情況，還可分為有交換實驗和無交換實驗 截尾和非截尾實驗第二章 可靠性實驗的分類318比對實驗：1。選擇同種產品中可靠性最好的2。選擇同種產品中技術目的最好的3。選擇同種產品中某項技術目的最好的4。選擇幾個消費批次中最好的 對產品優劣

10、的評價必需綜合思索，在比對實驗中為了盡快地出結果，可以思索加速實驗方法。第二章 可靠性實驗的分類3消費中常用的實驗19型式實驗驗證實驗、定型實驗 型式實驗在產品研制和開發階段同步或后期進展，實驗目的是考核研制的產品在滿足技術目的情況下對各種環境條件的順應性。為消費的產品獲得相應質量答應作預備。第二章 可靠性實驗的分類消費中常用的實驗階段材料和內容常用的環境條件開發階段元件、器件高溫、低溫集成電路高溫、靜電連接器高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱PCB板濕熱、濕熱加電、氣體腐蝕生產階段焊接材料溫度沖擊、機械振動樹脂材料高溫、溫度沖擊器件、集成電路靜電防護成品環境適應性高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱老化高溫加

11、電耐久性高溫時間 20其他實驗在實踐任務中常發生 在用戶的運用中往往會提出比某一項原定技術目的更高要求的運用條件，因此必需進展超額運用的實驗。例如230、10秒的耐焊接熱元器件，能否在260、6秒的條件下運用消費中常用的實驗第二章 可靠性實驗的分類21第三章 可靠性實驗 可靠性實驗的要素1. 實驗條件：可靠性實驗的條件既要思索到受試產品的固有特性，還要思索到影響受試產品缺點出現的其他要素。在選定產品可靠性實驗的條件時，應思索下述內容: (a)要求或進展可靠性實驗的根本理由； (b)預期產品運用條件的變化； (c)運用條件中的不同應力要素引起產品缺點的能夠性； (d)不同實驗條件下需求的實驗費用

12、； (e)可供可靠性實驗用的實驗設備； (f)可供實驗用的時間； (g)估計的不同實驗條件下的產品可靠性特征值。222. 缺點判據 對于產品的每一個需求監測的參數應規定它的容差限 。 由于丈量錯誤或外部測試設備出缺點而產的缺點景象不能以為是受試產品的缺點。 假設出現兩個或更多的獨立缺點緣由，那么每一個缺點緣由都以為是受試產品的一個缺點。 對產品施加了超出其規定忍受才干范圍的應力而呵斥的缺點稱為誤用缺點，屬非關聯缺點。 關聯缺點 和非關聯缺點與產品可靠性鑒定或驗收實驗的關系。第三章 可靠性實驗可靠性實驗的要素233. 1可靠性實驗的根本原那么可靠性測定實驗、驗證實驗、增長實驗的環境條件應盡能夠反

13、映產品在現場運用與義務環境的特征投人可靠性實驗的受試產品應該曾經過挑選、老煉，排除了產品早期缺點，應該己經經過環境順應性實驗。因此，環境順應性實驗和應力挑選應排在可靠性實驗之前。在進展可靠性實驗之前應該獲得實驗設備、儀器、儀表任務符合規定要求的報告。 第三章 可靠性實驗可靠性實驗的根本原那么24第三章 可靠性實驗 3. 2 可靠性實驗的綜合安排 實驗方案的安排應該盡能夠把可靠性實驗、性能實驗、環境實驗和耐久性實驗結合起來，構成一個比較全面的可靠性的綜合實驗方案 產品的性能測試普通在產品的樣機消費出來之后就立刻進展。產品的性能特性參數有規定的允許限。假設性能特性參數落入允許限，產品的性能是合格的

14、 在實驗前、實驗中、實驗后，都應進展產品性能測試，并記錄實驗前、中、后的技術參數。 先進展產品的挑選、老煉，排除產品的早期缺點，使產品的缺點率趨于穩定，這樣在可靠性實驗中可反映出產品的固有可靠性，而不是暴露產品的早期缺點。 可靠性實驗的綜合安排25挑選的定義：采用非破壞性應力檢查一切產品消 除隱患.挑選的作用：在消費期間排除良好設計的產品在 制造過程中引入缺陷的工藝手段。挑選的適用范圍：包括產品研制階段工程設計 人員、批消費階段和出廠前挑選的特點：環境應力挑選是一種工藝，而不是 一種實驗。挑選是100對產品進展挑選的目的：是迫使存在于產品中的會變成早期 缺點的缺陷提早變成缺點 參照規范：國軍標

15、GJB1032“電子產品環境應力挑選方法 第四章 挑選實驗環境應力挑選定義及其闡明 26 挑選實驗可以在元件、器件、銜接器等產品或整機系統中進展，根據要求不同可以有不同的應力挑選實驗，環境應力挑選的主要實驗為： 電應力挑選： 加電任務實驗、加電加負荷實驗溫度應力挑選： 高溫、低溫、高溫任務或低溫任務環境應力挑選： 溫度變化機械應力挑選： 沖擊或振動其他挑選： 參數挑選、一致性挑選挑選實驗也可分為普通挑選一次挑選、精細挑選二次挑選第四章 挑選實驗環境應力挑選定義及其闡明 27不存在一個通用的，對一切產品都具有最正確效果的挑選方法，挑選是一個動態的閉環過程，消費早期確定的挑選方法同樣需求進展改動。

16、一個良好的環境應力挑選具備以下特性:a) 可以很快析出潛在缺陷，包括能析出適當數量的固有(設計)缺陷； (b)不會引起不適當的設計缺點，誘發附加的缺點，耗費受篩產品壽命。 (c)不應對制造過程控制添加不適當限制。挑選實驗也分為: 普通挑選一次挑選、 精細挑選二次挑選 第四章 挑選實驗環境應力挑選的特性 28第四章 挑選實驗溫度變化挑選 與溫度變化相比，不論溫度幅度多大，恒定高溫挑選效果遠低于溫度變化。 溫度變化諸參數中，對挑選效果最有影響的是溫度變化范圍R、溫度變化速率V以及循環次數N。提高溫度變化范圍和變化速率能加強產品的熱脹冷縮程度和縮短這一過程的時間 29第四章 挑選實驗進展掃頻正弦振動

17、時，其頻率在給定頻段內慢速變化，因此能在每個諧振頻率上繼續一段時間，使激發缺陷的才干有所加強，但陷藏較深的缺陷仍不易暴露。進展隨機振動時，一切諧振頻率在整個振動時間內同時受鼓勵，激發才干大大加強。可見在振動挑選中，隨機振動是最有效的，其次為掃頻正弦振動。各種振動方式激發 缺點的曲線圖。機械振動挑選 30 (a)環境應力挑選不應改動產品失效機理； (b)由于挑選的目的是剔除早期缺點，因此不用準確模擬產品真實的環境條件； (c)挑選可以提高批產品的可靠性程度，但它不能提高產品的固有可靠性，只需改良設計、工藝等才干提高后者；(d)對于關鍵設備，應實施三級(元器件級、電路板級、設備級)100%的環境應

18、力挑選；(e)它不是可靠性鑒定、驗收實驗，但經過挑選的產品有利于鑒定和驗收實驗的順利進展。第四章 挑選實驗挑選實驗的本卷須知 31通電老化實驗： 目的是為了經過實驗剔除浴盆曲線中的早期失效，常用于整機、組件。為了保證實驗時不使產品劣化蛻變，到達甄選缺陷品的目的，其重點是實驗條件如何設定。通電老化實驗時要留意的問題： 運用的應力類型及應力參數； 老化時間； 通/斷電要求； 檢測要求； 無缺點數量要求。第四章 挑選實驗老化實驗32環境應力條件可以引起產品失效，Hughes航空公司美國技術資料明確地表示了失效與環境應力的關系。圖中可見在各種應力影響之中溫度和濕度所引發的失效占一切環境應力引發失效的6

19、0%左右。第五章 環境實驗33第五章 環境實驗環境實驗目的： 1 察看產品在各種環境下的順應性和耐受性 2 排除早期失效提高產品的質量 3 為失效分析提供驗證和有效的信息 4 為壽命實驗和加速壽命實驗提供實驗手段環境實驗的意義： 環境實驗貫穿于電子電工產品的設計、試制、消費、銷售、運用的全過程，通常是設計 環境實驗 改良 再環境實驗 直至投產。環境實驗做得越仔細越嚴厲，改良提高得越好，在運用中越可靠。因此環境實驗是可靠性實驗的根底和最常用的技術手段 34第五章 環境實驗環境實驗的實驗順序 電子電工產品的環境實驗方法很多，這就有一個實驗順序的問題。所謂實驗順序，是指對同一產品進展二種或二種以上的

20、單要素人工模擬實驗時，應先進展什么實驗，后進展什么實驗。實驗順序通常對實驗結果是有影響的，假設選擇不當會呵斥實驗結果不真實，甚至呵斥實驗中斷，所以必需合理確實定實驗順序。(1)根據實驗目的來確定實驗順序(2)根據實踐遇到的環境要素來確定實驗順序(3)根據能對產品產生最大的影響來確定實驗順序 (4)根據實驗的經費和時間確定實驗順序 35 溫度應力失效環境應力條件敏感元件和材料分類（原因）失效模式老化抗拉強度老化絕緣強度老化溫度時間塑料、樹脂化學變化熱分解溫度塑料、樹脂高溫氧化氧化層的結構溫度連接點材料、連接器熱擴散引線斷裂溫度時間異金屬連接部位擊穿內在的短路，絕緣性差高溫（200-400）銀，金

21、，銅，鐵，鎂，鎳，鉛，鈀，鉑，鉭，鈦，鎢，鋁半導體損壞熱點、參數漂移溫度，電壓，電子能非均質材料電遷移斷開引線斷裂溫度電流（密度為106A/cm2例如，鎢，銅，鋁（特別是集成電路中的鋁引線）第五章 環境實驗溫度應力對產品的影響36 溫度應力失效環境應力條件敏感元件和材料分類（原因）失效模式金屬遷移短路溫度應力時間銀、鉍、鎘、鋁、鉛、錫、鋅金屬蔓延疲勞，損壞溫度應力時間彈簧，結構元件軟化，熔化汽化扭曲溫度金屬，塑料，熱保險絲、金屬脆化損壞、斷裂低溫體心立方晶體（例如銅，鉬，鎢）和密排立方晶體（例如鋅，鈦，鎂）及其合金塑料脆化損壞、爆裂低溫低濕度低彈性的非晶體(例如苯乙烯，丙烯酸甲酯)、密封圈焊劑

22、流動噪聲，連接不實低溫特別是連接到印刷電路板上的元件(例如開關，連接器件第五章 環境實驗溫度應力對產品的影響37 濕度應力失效所使用的環境條件敏感元件和材料一般分類媒介分類或原因失效模式水氣吸附吸收 擴散膨脹絕緣性能變差潮解濕度使用低結晶度的極性樹脂（例如聚酰胺、聚乙烯醇、酚醛樹脂）封裝、覆蓋或者構造元件水解化學變化溫度+濕度聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、對苯二甲酸丁二酯微細爆裂（細線爆裂，吸氣）濕氣滲透絕緣性能變差 潮解濕度、溫濕度循環冷熱沖擊+濕度溫度循環+濕度用樹脂覆蓋或者封裝元件遷移 離子遷移短路絕緣性能變差濕度+直流電場鉍、鎘、銅、鉛、錫、鋅、銀濕度+直流電場+鹵素離子當與鹵素共存時，發生

23、遷移的金屬：金、銦、鈀、鉑霉菌 無絕緣性能變差質量變化分解腐蝕溫度（25-35C）+ 濕度（最小為90%）塑料材料（例如聚氨酯、聚氯乙烯、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、硅樹脂、聚酰胺、第五章 環境實驗濕度對產品的影響38 濕度應力失效所使用的環境條件敏感元件和材料一般分類媒介分類或原因失效模式腐蝕 電池腐蝕顏色變化、阻抗增加、開路濕度+與外金屬接觸所形成的電勢連接0.2伏電勢的連接器或需更加仔細選擇電解腐蝕濕度+直流電場例如電阻、封裝集成電路的樹脂、板、裂隙腐蝕濕度第五章 環境實驗濕度對產品的影響39機械應力失效現象受影響的部件振動斷裂、脫落瞬斷、瞬接共振滲漏元件、內部不良的元器件、接插件、裝配件、緊

24、固件繼電器組件、整機空腔密封的元器件沖擊斷裂、脫落、變形元器件、接插件、裝配件、緊固件碰撞斷裂、脫落、變形元器件、接插件、裝配件、緊固件第五章 環境實驗機械沖擊和振動對產品的影響40冷熱沖擊試驗溫度循環試驗溫度變化速率急劇2030/min 緩慢15/min循環次數510個循環（多至1000循環）510個循環（多至1000循環）試驗時間短長 用途 1膨脹系數不同引起的連接部剝離 1通過長期試驗發現腐蝕傾向 2膨脹系數不同龜裂后水分進入 2長時間地多次循環觀察應力疲勞現象 3水分滲入導致腐蝕及短路現象發生的加速試驗 3調查分析市場失效的相關性 使用設備 冷熱沖擊試驗箱 高低溫試驗箱冷熱沖擊與溫度循環的區別第五章 環境實驗4151 電子類環境實驗規范國標GB242189“電工電子產品根本環境實驗規程 總那么對環境實驗的規定順應于根本環境的各類實驗，并對實驗方法的規定了編號。國標GB242189“電工電子產品環境實驗 術語國標GB2423.1GB2423.44全部為實驗方法，詳細環境實驗的規范可以參照單項的實驗規范，以下為國標提供的44種環境實驗的其中4種實驗A：低溫實驗方法 GB2423.1-89實驗B：高溫實驗方法 GB2423.2-89實驗Ca：恒定濕熱實驗方法 GB/T2423.3-93實驗Db：交變濕熱實驗方法 GB/T2423.4-93等國標GB2424為實驗導那么，