可靠性和环境试验讲义

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1、老化、环境及可靠性试验技术中心：徐文斌2009-10-26目录概述1环境应力与失效的关系1．1温度应力对产品的影响1．2湿度对产品的影响1．3冷热温度冲击对产品的影响1．4机械冲击和振动对产品的影响2可靠性试验分类2．1试验形式2．1筛选试验 2．2老化试验2．3型式试验（验证试验、定型试验）2．4例行试验2．5寿命试验2．6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其他试验试验系统4寿命试验概述4．1寿命试验类别：4．2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

2、案5．1电子类环境试验标准5．2有具体标准规定的环境试验5．3无具体标准规定的环境试验方法5．4针对失效机理的试验方法5．5列举具有代表性的冷热冲击试验条件以供参考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

3、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

4、、盐雾、风雨、压力、太阳辐射。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"θ℃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1．2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

5、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

6、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：①水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中②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）①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异）。②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）。③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。④非活性塑封膜中存在的缺陷。1．3冷热温度冲击对产品的影响高温和低温的失效都会

7、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