电子产品的可靠性试验

一般来说为了评价分析电子产品可靠性而进行的试验称为可靠性试验，是为预测从产品出厂到其使用寿命结束期间的质量情况，选定与市场环境相似度较高的环境应力后，设定环境应力程度与施加的时间，主要目的是尽可能在短时间内，正确评估产品可靠性。

产品设计成型后，必须对产品进行可靠性试验，产品可靠性试验是激发潜在失效模式，提出改进措施，确定项目或系统是否满足预先制定的可靠性要求的必须步骤。可靠性试验的基本原理如图。

可靠性试验是为了确定已通过可靠性鉴定试验而转入批量生产的产品在规定的条件下是否达到规定可靠性要求，验证产品的可靠性是否随批量生产期间工艺，工装，工作流程，零部件质量等因素的变化而降低。只有经过这些，产品性能才是可以信任的，产品的质量才是过硬的。

电子产品可靠性试验目的通常有如下几方面：

1、在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产品可靠性达到预定指标的情况；

2、生产阶段为监控生产过程提供信息；

3、对定型产品进行可靠性鉴定或验收；

4、暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律及有关的失效模式和失效机理；

5、为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为用户选用产品提供依据。

电子产品可靠性试验的方法及分类

一、如以环境条件来划分，可分为包括各种应力条件下的模拟试验和现场试验；

二、以试验项目划分，可分为环境试验、寿命试验、加速试验和各种特殊试验；

三、若按试验目的来划分，则可分为筛选试验、鉴定试验和验收试验；

四、若按试验性质来划分，也可分为破坏性试验和非破坏性试验两大类。

通常惯用的分类法，是把可靠性试验归纳为五大类:

A.环境试验B.寿命试验C.筛选试验D.现场使用试验E.鉴定试验

一、环境试验

部分可靠性专著把样品置于自然或人工模拟的储存、运输和工作环境中的试验统称为环境试验，是考核产品在各种环境（振动、冲击、离心、温度、热冲击、潮热、盐雾、低气压等）条件下的适应能力，是评价产品可靠性的重要试验方法之一。一般主要有以下几种：

• 1、稳定性烘培，即高温存储试验

试验目的：考核在不施加电应力的情况下，高温存储对产品的影响。有严重缺陷的产品处于非平衡态，是一种不稳定态，由非平衡态向平衡态的过渡过程既是诱发有严重缺陷产品失效的过程，也是促使产品从非稳定态向稳定态的过渡过程。

这种过渡一般情况下是物理化学变化，其速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．所以该实验又可以视为一项稳定产品性能的工艺。

试验条件：一般选定一恒定的温度应力和保持时间。微电路温度应力范围为75℃至400℃，试验时间为24h以上。试验前后被试样品要在标准试验环境中，既温度为25土10℃、气压为86kPa~100kPa的环境中放置一定时间。多数的情况下，要求试验后在规定的时间内完成终点测试。

• 2、温度循环试验

试验目的：考核产品承受一定温度变化速率的能力及对极端高温和极端低温环境的承受能力．是针对产品热机械性能设置的。当构成产品各部件的材料热匹配较差，或部件内应力较大时，温度循环试验可引发产品由机械结构缺陷劣化产生的失效。如漏气、内引线断裂、芯片裂纹等。

验条件：在气体环境下进行。主要是控制产品处于高温和低温时的温度和时间及高低温状态转换的速率。试验箱内气体的流通情况、温度传感器的位置、夹具的热容量都是保证试验条件的重要因素。

其控制原则是试验所要求的温度、时间和转换速率都是指被试产品，不是试验的局部环境。微电路的转换时间要求不大于1min在高温或低温状态下的保持时间要求不小于10min；低温为-55℃或-65-10℃，高温从85+10℃到300+10℃不等。

• 3、热冲击试验

试验目的：考核产品承受温度剧烈变化，即承受大温度变化速率的能力。试验可引发产品由机械结构缺陷劣化产生的失效．热冲击试验与温度循环试验的目的基本一致，但热冲击试验的条件比温度循环试验要严酷得多。

试验条件：被试样品是置于液体中。主要是控制样品处于高温和低温状态的温度和时间及高低温状态转换的速率。试验箱内液体的流通情况、温度传感器的位置、夹具的热容量都是保证试验条件的重要因素。

其控制原则与温度循环试验一样，试验所要求的温度、时间和转换速率都是指被试样品，不是试验的局部环境。微电路的转换时间要求不大于lo，：转换时被试样品要在5 min内达到规定的温度；在高温或低温状态下的停留时间要求不小于2 min；高低温条件分为三档，A档为0+2-10℃~100+10-2℃，B档为一55”llc～125+10℃，c档为-655,0℃一150+10℃．A档一般用水作载体，B档和C档用过碳氟化合物作载体。作载体的物质不得含有氯和氢等腐蚀性物质或强氧化剂物质。

• 4、低气压试验

试验目的：考核产品对低气压工作环境(如高空工作环境)的适应能力。当气压减小时空气或绝缘材料的绝缘强度会减弱；易产生电晕放电、介质损耗增加、电离；气压减小使散热条件变差，会使元器件温度上升。这些因素都会使被试样品在低气压条件下丧失规定的功能，有时会产生永久性损伤。

试验条件：被试样品置于密封室内，加规定的的电压，从密封室降低气压前20min直至试验结束的一段时间内，要求样品温度保持在25+-1.0℃的范围。密封室从常压降低到规定的气压再恢复到常压，并监视这‘过程中被试样品能否正常工作，微电路被试样品所施加电压的频率在直流到20MHz的范围内，电压引出端出现电晕放电被视为失效。试验的低气压值是与海拔高度相对应的，并分若干档．如微电路低气压试验的A档气压值是58kPa，对应高度是4572m，E档气压值是1.1kPa，对应高度是30480m等等。

• 5、耐湿试验

试验目的：以施加加速应力的方法评定微电路在潮湿和炎热条件下抗衰变的能力，是针对典型的热带气候环境设计的。微电路在潮湿和炎热条件下衰变的主要机理是由化学过程产生的腐蚀和由水汽的浸入、凝露、结冰引起微裂缝增大的物理过程。试验也考核在潮湿和炎热条件下构成微电路材料发生或加剧电解的可能性，电解会使绝缘材料电阻宰发生变化，使抗介质击穿的能力变弱。

试验条件：潮热试验有两种，即文变潮热试验和恒定潮热试验。交受潮热试验要求被试样品在相对湿度为90％～100％的范围内，用一定的时间(‘般2．5h)使温度从25℃上升到65℃，井保持3h以上；然后再在相对湿度为80％一100％的范围内，用一定的时间(—般2.5 h)使温度从6s℃下降到25℃，再进行一次这样的循环后再在任意湿度的情况下将温度下降到一10 c，并保持3h以上‘再恢复到温度为25℃，相对湿度等于或大于80％的状态。这就完成了一次文变潮热的大循环，大约需要24h。

一般一次耐湿试验，上述交变潮热的大循环要进行10次．试验时被试样品要施加—定的电压。试验箱内每分钟的换气量要求大于试验箱容积的5倍。被试样品应该是经受过非破坏性引线牢固性试验的样品。

• 6、盐雾试验

试验目的：以加速的方法评定元器件外露部分在盐雾、潮湿和炎热条件下抗腐蚀的能力，是针对热带海边或海上气候环境设计的．表面结构状态差的元器件在盐雾、湘湿和炎热条件下外露部分会产生腐蚀。

试验条件：盐雾试验要求被试样品上不同方位的外露部分都要在温度、湿度及接收的盐淀积速率等方面处于相同的规定条件。这一要求是通过样品在试验箱内放置的相互间的最小距离和样品的放置角度来满足的。

试验温度一般要求为(35+-3)'C、在24h内盐淀积速率为2X104mg／m2~5X104mg／m2。盐淀积速率和湿度是通过产生盐雾的盐溶液的温度、浓度及流经它的气流决定的，气流中氧气和氮气比份要与空气相同。试验时间一般分为24h、48h、96h和240h 4档。

• 7、辐照试验

试验目的：考核微电路在高能粒子辐照环境下的工作能力。高能粒子进入微电路会使微观结构发生变化产生缺陷或产生附加电荷或电流。从而导致微电路参数退化、发生锁定、电路翻转或产生浪涌电流引起烧毁失效。辐照超过某一界限会使微电路产生永久性损伤。

试验条件：微电路的辐照试验主要有中子辐照和γ射线辐照两大类。又分总剂量辐照试验和剂量率辐照试验。剂量率辐照试验都是以脉冲的形式对披试微电路进行辐照的。

在试验中要依据不同的微电路和不同的试验目的严格控制辐照的剂量串和总剂量。否则会由于辐照超过界限而损坏样品或得不到要寻求的闽值。辐照试验要有防止人体损伤的安全措施。

二、寿命试验

是研究产品寿命特征的方法，这种方法可在实验室模拟各种使用条件来进行。寿命试验是可靠性试验中最重要最基本的项目之一，它是将产品放在特定的试验条件下考察其失效（损坏）随时间变化规律。

通过寿命试验，可以了解产品的寿命特征、失效规律、失效率、平均寿命以及在寿命试验过程中可能出现的各种失效模式。如结合失效分析，可进一步弄清导致产品失效的主要失效机理，作为可靠性设计、可靠性预测、改进新产品质量和确定合理的筛选、例行（批量保证）试验条件等的依据。

如果为了缩短试验时间可在不改变失效机理的条件下用加大应力的方法进行试验，这就是加速寿命试验。通过寿命试验可以对产品的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高新产品可靠性水平。

寿命试验目的：考核产品在规定的条件下，在全过程工作时间内的质量和可靠性。为了使试验结果有较好代表性，参试的样品要有足够的数量。

试验条件：微电路的寿命试验分稳态寿命试验、间歇寿命试验和模拟寿命试验。

稳态寿命试验是微电路必须进行的试验，试验时要求被试样品要施加适当的电源，使其处于正常的工作状态。国家军用标准的稳态寿命试验环境温度为125℃，时间为l 000h。加速试验可以提高温度，缩短时间。

功率型微电路管壳的温度一般大于环境温度，试验时保持环境温度可以低于125℃．微电路稳态寿命试验的环境温度或管壳的温度要以微电路结温等于额定结温为基点<一般在175℃一200℃之间)进行调整。

间歇寿命试验要求以一定的频率对被试微电路切断或突然施加偏压和信号，其它试验条件与稳态寿命试验相同。

模拟寿命试验是一种模拟徽电路应用环境的组合试验。它的组合应力有机械、湿度和低气压四应力试验：机械、温度、湿度和电四应力试验等。

三、筛选试验

筛选试验是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验

其目的是为选择具有一定特性的产品或剔早期失效的产品，以提高产品的使用可靠性。产品在制造过程中，由于材料的缺陷，或由于工艺失控,使部分产品出现所谓早期缺陷或故障，这些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保证在实际使用时产品的可靠性水平。

• 可靠性筛选试验的特点是：

1、这种试验不是抽样的，而是100%试验；

2、 该试验可以提高合格品的总的可靠性水平，但不能提高产品的固有可靠性，即不能提高每个产品的寿命；

3、不能简单地以筛选淘汰率的高低来评价筛选效果。淘汰率高，有可能是产品本身的设计、元件、工艺等方面存在严重缺陷，但也有可能是筛选应力强度太高。

淘汰率低，有可能产品缺陷少，但也可能是筛选应力的强度和试验时间不足造成的。通常以筛选淘汰率Q和筛选效果β值来评价筛选方法的优劣：合理的筛选方法应该是β值较大，而Q值适中。

四、现场使用试验

上述各种试验都是通过模拟现场条件来进行的。模拟试验由于受设备条件的限制，往往只能对产品施加单一应力，有时也可以施加双应力，这与实际使用环境条件有很大差异，因而未能如实地、全面地暴露产品的质量情况。

现场使用试验则不同，因为它是在使用现场进行，故最能真实地反映产品的可靠性问题，所获得的数据对于产品的可靠性预测、设计和保证有很高价值。对制定可靠性试验计划、验证可靠性试验方法和评价试验精确性，现场使用试验的作用则更大。

五、鉴定试验

鉴定试验是对产品的可靠性水平进行评价时而做的试验。它是根据抽样理论制定出来的抽样方案。在保证生产者不致使质量符合标准的产品被拒收的条件下进行鉴定试验。

可靠性鉴定试验分两类：一类为产品可靠性鉴定试验，一类为工艺(含材料)的可靠性鉴定试验。

产品可靠性鉴定试验一般是在新产品设计定型和生产定型时进行。目的是考核产品的指标是否全面达到了设计要求，考核产品是否达到了预定的可靠性要求。试验的内容一般与质量一致性检验一致，既A、B、c、D四组试验都做，有抗辐射强度规定产品也做要E组试验。当产品的设计、结构、材料或工艺有重大改变时也要做可靠性鉴定试验。

工艺(含材料)的可靠性鉴定试验用于考核生产线对材料和工艺的选择及控制能力是否能保证所制造的产品的质量和可靠性，是否能满足某种质景保证等级的要求。

其他常用的电子产品可靠性试验介绍

• 恒定加速度试验

该试验目的是考核傲电路承受恒定加速度的能力。它可以暴露由微电路结构强度低和机械缺陷引起的失效。如芯片脱落、内引线开路、管壳变形、漏气等。

试验条件：在微电路芯片脱出方向、压紧方向和与该方向垂直的方向施加大于1 mm的恒定加速度，加速度取值范围一般取为49 000m／s：-1 225 000m／sV5 000~125 000z)之间。试验时微电路的壳体应刚性固定在恒定加速器上。

• 机械冲击试验

该试验目的是考核微电路承受机械冲击的能力。即考核微电路承受突然受力的能力。在装卸、运输、现场工作过程中会使微电路突然受力。如跌落、碰撞时微电路会受到突发的机械应力．这些应力可能引起微电路的芯片脱落、内引线开路、管壳变形、漏气等失效。

试验条件：试验时微电路的壳体应刚性固定在试验台基上，外引线要施加保护。对微电路的芯片脱出方向、压紧方向和与该方向垂直的方向各施加五次半正弦波的机械冲击脉冲。冲击脉冲的峰值加速度取值范围—般取为4900m／s2~294 000m／s2(500g~30 000g)脉冲持续时间为0.1ms—1.0ms，允许失真不大于峰值加速度的20％。

• 机械振动试验

振动试验主要有四种，即扫频振动试验、振动疲劳试验。振动噪声试验和随机振动试验。目的是考核微电路在不同振动条件下的结构牢固性和电特性的稳定性。

扫频振动试验使微电路作等幅谐振动，其加速度峰值一般分为196 m／s：(20e)、490m／s2(50g)和686m/s2(70g)三档．振动频率从20Hz一2 000Hz范围内随时间校对数变化。振动频率从20Hz~2 000Hz再回到20Hz的时间要求不小于4mm，并且在互相垂直的三个方向上(其中一个方向与芯片垂直)各进行五次。

振动疲劳试验也要使微电路作等幅谐振动，但是其振动频率是固定的，一般为几十到几百赫兹，其加速度峰值一般也分为196m／s2(20g)、490m／s2(50g)和686m／s2(70g)三档。在互相垂直的三个方向上(其中一个方向与芯片垂直)各进行一次，每次的时间大约为32h。

随机振动试验的试验条件是模拟各种现代化现场环境下可能产生的振动。随机振动的振幅具有高斯分布。加速度谱密度与频率的关系是特定的。频率范围为几十到2000Hz。    

振动噪声试验的试验条件与扫颇振动试验基本相同。使微电路作等幅谐振动，其加速度峰值一般不小于196m／s2(20g)．振动频率从20Hs一2000Hz范围内随时间按对数变化．振动频率从20Hz一2000Hz再回到20Hz的时间要求不小于4min，并且在互相垂直的三个方向上(其中一个方向与芯片垂直)各进行1次。

但是微电路要施加规定的电压和电流。测量在试验过程中在规定负载电阻上的最大噪声输出电压是否超出了规定值。

• 键合强度试验

该试验目的是检验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键合强度．分为破坏性键合强度试验和非破坏性键合强度试验．键合强度差的微电路会出现内引线开路失效。

试验要求在键合线中部对键合线施加垂直微电路；芯片方向指向芯片反方向的力，施力要从零开始缓慢增加，避免冲击力。若设定一个力，当施力增加到该力时停止馅力，且此力应不大于最小键合力规定值的80％，则试验称为非破坏性键合强度试验。

若试验时施力增加到键合断裂时停止，称破坏性健合强度试验。健合强度试验目的是对微电路键合性能作批次性评价，所以要有足够多的试验样品．非破坏性键合强度试验有时作为筛选试验项目。

• 芯片附着强度试验

该试验目的是考核芯片与管壳或基片结合的机械强度。芯片附着强度试验有两个，即芯片与基片／底座附着强度试验和剪切力试验．前者是考核芯片承受垂直芯片脱寓基片／底座方向受力的能力。后者是考核芯片承受平行芯片与基片／底座结合面方向受力的能力。

试验要求严格控制施加力的方向，且避免冲击力。该试验的判据力与芯片面积成正比，且与脱落后界面附着痕迹面积与芯片面积的比值有关．附着痕迹面积小，意味着结合性能差，判据力要加严。

• 粒子碰撞噪声检测试验

粒子碰撞噪声检测试验(PIND：Particle Impact Noise Detection)的目的是检验微电路空腔封装腔体内是否存在可动多余物。

可动导电多余物町能导致微电路内部短路失效。试验原理是对微电路施加适当的机械冲击应力使沾附微电路腔体内的多余物成为可动多余物。再同时施加振动应力，使可动多余物产生振动，振动的多余物与腔体壁撞击产生噪声。

通过换能器检测噪声。试验要求将微电路最大的扁平面借助于粘附剂安装在换能器上，先施以峰值加速度为(9 800+-1 960)m／s2延续时间不大于100μs冲击脉冲。

然后再施以频串为40Hz一250Hz，峰值加速度为196m／s2振动，随后再使冲击应力与振动应力同时施加和单独施加振动应力，交替进行一定次数，若检测出噪声，则表示微电路腔体内有可动多余物。

有的微电路内引线较长。长引线的颤动也可能检测出噪声，改变振动频率，噪声有变化时其噪声往往是由长引线的颤动产生的。所用粘附剂应对其传送的机械能量有较小的衰减系数．冲击脉冲的峰值加速度、延续时间和次数应严格控制，否则试验可能是破坏性的。

• 静电放电敏感度试验

静电放电敏感度试验可以给出微电路承受静电放电的能力。它是破坏性试验。

试验方法是模拟人体、设备或器件放电的电流波形，按规定的组合及顺序对微电路的各引出端放电。寻找出傲电路产生损伤的阀值静电放电电压。以微电路敏感电参数的变化量超过规定值的最小静电放电电压，作为微电路抗静电放电的能力的表征值。