华碧培训教材-第四讲-可靠性与环境试验技术2

华碧检测技术有限公司苏州实验室中国电子产品失效分析论坛：苏州分公司地址：苏州工业园区通园路25号D幢联系电话：[phone],传真：[phone]联系人：齐振权13771850837邮箱：[e-mail],[e-mail]培训教材-上海华碧检测技术有限公司苏州分公司　华碧检测技术有限公司苏州实验室2总目录第一讲电子产品可靠性与失效分析概论第二讲失效分析机理与失效分析程序第三讲失效分析技术与设备第四讲可靠性试验与设备第五讲可靠性设计技术第六讲微电子工艺可靠性评价技术第七讲PCBA无铅工艺可靠性与失效分析专题第八讲元器件常见失效机理与案例专题第九讲可靠性与失效分析技术应用案例专题第十讲RoHS与绿色制造相关专题华碧检测技术有限公司苏州实验室3第四讲可靠性试验标准与设备•高温高湿•冷热冲击•盐雾试验•紫外与太阳辐射•淋雨试验•振动试验•冲击试验•碰撞试验•回流试验华碧检测技术有限公司苏州实验室4国外：40年代重视可靠性，50年代调查分析、统计试验，60年代失效分析，强调环境试验的重要性70年代可靠性工程国内：50年代建立环境适应性试验基地60年代提出可靠性问题、70年代开展可靠性研究80年代以后可靠性保证、管理、系统工程78年电视机的MTBF300～500小时，年返修率95％从可靠性的发展历史看可靠性是战争的产物；是产品的重要指标；是企业的命脉。环境试验的发展一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室5可靠性的两种思路及产生的原因可靠性发展的历史1、通过强化试验保证产品的可靠性2、从失效机理控制入手保证产品的可靠性。不要割裂的看这两种思路一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室6环境试验的发展历程1、环境试验的发展由模拟自然环境到创造环境条件，由简单的环境条件到复杂环境条件。2、通过试验发现问题到通过试验确定问题和不出问题。3、目前进行的大多数是单项试验，组合试验和综合试验正在研究和发展中。4、试验监测技术的发展使得环境试验在不断向高精度短时间迈进，是目前国内外进行主要研究的环境试验技术，这种技术构成了环境试验系统。5、一些新的环境因素的模拟试验方法（虚拟试验）有待我们去研究，环境试验的方法也在不断的修改和补充，以提高其科学性和先进性。6、试验室的试验结果与实际环境条件下的使用结果更加一致和等效，不断提高试验的再现性，在较短的时间内得到与产品在长期实际环境条件下相同的结果，摸清试验与使用之间的关系。一、概述环境试验的发展华碧检测技术有限公司苏州实验室7一、概述环境试验的发展环境试验方法的变化1.模拟自然环境的变化温度、湿度交变试验，雨淋试验。2.加强的环境适应性试验提高温度、湿度的应力水平；模拟运输振动。3.针对失效机理进行的环境试验加速性试验、辐射试验、腐蚀、尘封试验4.由单项试验向组合试验、综合试验发展多应力同时作用，真实模拟应用环境。5.环境试验与试验监测技术运用加速试验与快速评价技术以退化为判据，数据实时处理技术华碧检测技术有限公司苏州实验室8环境试验时间的变化1、加大试验的环境应力，缩短试验时间。2、减少测量和试验作业工序所需的时间3、高精度测试与时间的关系。环境试验的发展一、概述缩短时间的方法在寿命试验的情况下，昀普通的评价方法是从每隔一定时间所测定的数据，来判断故障情况以及产品的优劣状况。这时，用于判断的试验数据的测量间隔越短，对寿命评价以及异常的判断也就越快，同时试验时间也能缩短。加大试验应力作加速寿命试验，那么试验时间的短缩效果就更大了。但是传统的每隔一定时间的测量方法，还是不能满足对产品进行快速可靠性评价的要求。华碧检测技术有限公司苏州实验室9缩短时间的方法（续）在可靠性评价试验中加大试验应力的加速寿命试验可以缩短试验时间，但试验应力受到一定的限制不可能无限加大，那么只能将测量间隔缩短。因此发展出在线试验技术，该技术通过实时测试，取得试样的特性变化与时间、温度及湿度等环境条件之间有比较性的数据，从而改善判定方法、缩短了试验时间和试验作业工序所需时间，也增加了评价试验的信息量。高精度的实时监测技术1、加大试验应力，缩短试验时间2、实时监测试验变化3、改变以往的失效判定方法环境试验的发展一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室10试验系统简介能够将环境试验与电气测量相结合，并在环境试验中对电子零部件及设备的电气特性进行实时测量、数据处理的系统。其硬件和软件有能力在环境试验条件下，正确捕捉评价所需的数据和故障模式特有的特性变化。其环境试验装置的控制、试验管理、数据处理，均由电脑自动完成。试验系统主要是为快速评价试验而研制的设备，设备成本和试验成本较高，但试验数据准确，试验时间短。由于试验样品在试验阶段始终处于工作状态，实时测试技术可以全面的测量难于发现的瞬间失效故障。例如热膨胀系数的差异而引起接触不良、开合现象，以及由于离子迁移而造成的绝缘劣化等。为了准确把握这时发生的阻抗值变化，就必须选择在这个试验环境中符合其故障模式的测量方法，而且还必须能对试样特性连续地进行测定。目前试验系统的应用，主要针对失效机理的研究和新产品、新工艺的开发研究。一、概述环境试验的发展华碧检测技术有限公司苏州实验室11环境试验目的和意义环境试验目的1观察产品在各种环境条件下的适应性和耐受性2排除早期失效提高产品的质量3为失效分析提供验证数据和有效的信息4为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室12环境试验意义•确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。•充分暴露产品的潜在缺陷，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。•确认是否符合产品交收的可靠性定量要求•发现－分析－纠正的循环过程，不断提高产品质量。环境试验目的和意义一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室13应用范围(1)产品的设计定型(型式)验证试验(2)可靠性增长试验(3)用于生产检查的试验（例行试验）(4)用于产品的验收试验(5)可靠性寿命试验(6)研究性试验和失效分析验证(7)环境应力筛选试验（ESS和HASS）(8)产品的极限应力试验(RET,HALT)环境试验的应用一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室14可靠性试验可靠性试验是对产品进行评价、验证的各种试验如增长、筛选、验收、鉴定、统计等。环境试验和可靠性试验一、概述环境应力筛选可靠性试验工程试验统计试验可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收暴露缺陷产品验证环境试验极限试验功能适应性试验结构完好性试验环境试验环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，常用于快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。华碧检测技术有限公司苏州实验室15一、概述极限试验不断增加某一个或某几个环境应力的水平，直至试样失效为止，但失效模式不变。比较在正常使用时相应的环境因素的应力水平，用于确定产品正常使用的安全余度和允许使用昀大环境应力范围。环境试验和可靠性试验华碧检测技术有限公司苏州实验室16功能适应性试验当产品在使用环境条件下极限应力水平已知时，给试样施加在使用中的一个或几个环境因素的极限应力，检验产品的机械、电气特性。要求产品的工作状态不变，性能参数不超差。环境试验和可靠性试验一、概述返回华碧检测技术有限公司苏州实验室17结构完好性试验在产品使用环境条件下极限应力水平已知时，给试验样品施加该应力，考核产品能否长期承受这样大的应力水平，而结构不发生损坏；或者考核产品在低于正常使用极限应力的应力水平下使用的潜在能力，验证产品结构是否已经达到昀低的安全余度要求。这种试验要求试样在试验中或应力去掉后结构完好，电气、机械性能正常，不允许有结构失效或潜在的结构失效现象。环境试验和可靠性试验一、概述返回华碧检测技术有限公司苏州实验室18筛选试验筛选试验的目的通过检验剔除不合格的或有可能早期失效的产品，消除在早期失效期发生的产品缺陷及不良问题，提高产品的可靠性。筛选试验的内容常规条件筛选试验、老化筛选试验和环境应力筛选试验（包括机械应力、电应力、热应力、严寒等）。筛选试验的方法规定条件下的目视检查、功能测量、参数检测、密封性检查等。返回一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室19可靠性增长试验可靠性增长试验的定义通过试验逐步改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。可靠性增长试验的特点a.针对产品的薄弱环节进行b.改进后产品原来的薄弱环节不重现或出现率低于允许的水平c.验证条件与原故障发生的条件一致或更严酷可靠性增长试验的过程（再）设计故障发生返回一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室20鉴定试验鉴定试验的目的是为了验证产品的可靠性，确定产品可靠性与设计要求可靠性的一致性，而不是在于暴露产品的可靠性缺陷，同时鉴定试验在很大程度上可作为产品定型试验。可靠性鉴定试验方案和试验内容主要是由承制方制定。返回一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室21验收试验验收试验的目的确定产品是否符合规定的可靠性要求验收试验对产品的要求用已交付产品或可交付的产品。验收试验的前期工作在系统或设备的可靠性验收试验开始以前，必须对元器件、零部件及设备完成环境试验（包括冲击、振动、离心、温度、湿度、沙劣、盐雾、核梅射、电磁干扰等等），和单项试验（抗静电试验、电磁辐射、安全性试验）。一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室22环境试验和可靠性试验试验类别人工模拟试验单因素试验综合试验组合试验气候条件高低温、湿度、气压、风雨、冰霜机械条件冲击、碰撞、振动、摇摆、噪声、恒加速度、跌落生物条件霉菌、有害生物、海洋生物辐射条件太阳辐射、电磁辐射、核辐射化学活性物硫化氢、二氧化硫、混合气体、盐雾、防爆试验机械活性物沙粒、沙尘一、概述环境试验类型环境试验共有约25～30种试验类型华碧检测技术有限公司苏州实验室23环境试验和可靠性试验环境试验和可靠性试验1、目的不同2、可靠性试验过程可以不加环境应力3、环境试验可以不考虑试验的样本量和抽样数量4、可以通过环境试验确定产品的极限应力5、可以通过提高环境应力对产品进行加速试验6、环境试验主要用于快速暴露产品的缺陷，可靠性试验主要通过统计计算评价产品的可靠度。一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室24环境应力就是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85℃下工作受到的应力,比在25℃下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了。快速的温差变化，宽范围的温差、强烈的振动、冲击都是环境应力的表现形式。基本知识和术语一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室2510℃规则当讨论产品在不同环境下的使用寿命时,一般采用“10℃规则”的表达方式。即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。基本知识和术语电容器的估计寿命用下述公式表示：其中，L0表示昀高工作温度下的寿命，Tmax表示昀高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍！一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室26本章小结环境试验的发展历程环境试验目的、意义应用范围环境试验和可靠性试验的不同环境试验的基本概念一、概述华碧检测技术有限公司苏州实验室27二、可靠性基础知识可靠寿命、中位寿命与特征寿命产品的可靠度R（t）是时间的函数，随着时间的延长，产品的可靠度会越来越小。假定开始工作时t＝0，可靠度R（0）＝1。以后在不同的时刻，产品的可靠度将具有不同的r值。在可靠性工作中经常需要知道，对于给定可靠水平r，产品的可靠度下降到r时的时间是多少?这个时间就称为产品的可靠寿命R(tr)＝r产品失效数与可靠寿命tr的关系为：失效数n（r）＝100（1－r）％由上面的公式可求出可靠寿命与失效的样品数指数分布时可靠寿命与失效率的关系：tr＝－lnr-1/λ＝2.302(lg1/r)/λr:可靠度水平，λ：失效率，tr:寿命时间可靠性学科的寿命华碧检测技术有限公司苏州实验室28二、可靠性