電子產(chǎn)品可靠性試驗的方法及分類

一、如以環(huán)境條件來劃分，可分為包括各種應(yīng)力條件下的模擬試驗和現(xiàn)場試驗；

二、以試驗項目劃分，可分為環(huán)境試驗、壽命試驗、加速試驗和各種特殊試驗；

三、若按試驗?zāi)康膩韯澐?，則可分為篩選試驗、鑒定試驗和驗收試驗；

四、若按試驗性質(zhì)來劃分，也可分為破壞性試驗和非破壞性試驗兩大類。

通常慣用的分類法，是把可靠性試驗歸納為五大類:

A.環(huán)境試驗B.壽命試驗C.篩選試驗D.現(xiàn)場使用試驗E.鑒定試驗

一、環(huán)境試驗

部分可靠性專著把樣品置于自然或人工模擬的儲存、運(yùn)輸和工作環(huán)境中的試驗統(tǒng)稱為環(huán)境試驗，是考核產(chǎn)品在各種環(huán)境（振動、沖擊、離心、溫度、熱沖擊、潮熱、鹽霧、低氣壓等）條件下的適應(yīng)能力，是評價產(chǎn)品可靠性的重要試驗方法之一。一般主要有以下幾種：

• 1、穩(wěn)定性烘培，即高溫存儲試驗

試驗?zāi)康模嚎己嗽诓皇┘与姂?yīng)力的情況下，高溫存儲對產(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。

這種過渡一般情況下是物理化學(xué)變化，其速率遵循阿倫尼烏斯公式，隨溫度成指數(shù)增加．高溫應(yīng)力的目的是為了縮短這種變化的時間．所以該實驗又可以視為一項穩(wěn)定產(chǎn)品性能的工藝。

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℃、氣壓為86kPa~100kPa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(jī)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(jī)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(jìn)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。

其控制原則是試驗所要求的溫度、時間和轉(zhuǎn)換速率都是指被試產(chǎn)品，不是試驗的局部環(huán)境。微電路的轉(zhuǎn)換時間要求不大于1min在高溫或低溫狀態(tài)下的保持時間要求不小于10min；低溫為-55℃或-65-10℃，高溫從85+10℃到300+10℃不等。

• 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(jī)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(qiáng)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。

• 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(jī)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?/span>

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(jìn)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。

一般一次耐濕試驗，上述交變潮熱的大循環(huán)要進(jìn)行10次．試驗時被試樣品要施加—定的電壓。試驗箱內(nèi)每分鐘的換氣量要求大于試驗箱容積的5倍。被試樣品應(yīng)該是經(jīng)受過非破壞性引線牢固性試驗的樣品。

• 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(jìn)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(jìn)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

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(jìn)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(jìn)一步弄清導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要失效機(jī)理，作為可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)測、改進(jìn)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(jī)理的條件下用加大應(yīng)力的方法進(jìn)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(jìn)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。

三、篩選試驗

篩選試驗是一種對產(chǎn)品進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行。目的是考核產(chǎn)品的指標(biāo)是否全面達(dá)到了設(shè)計要求，考核產(chǎn)品是否達(dá)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(qiáng)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?。它可以暴露由微電路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低和機(jī)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。

• 機(jī)械沖擊試驗

該試驗?zāi)康氖强己宋㈦娐烦惺軝C(jī)械沖擊的能力。即考核微電路承受突然受力的能力。

• 機(jī)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(jī)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。

• 鍵合強(qiáng)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(qiáng)度．分為破壞性鍵合強(qiáng)度試驗和非破壞性鍵合強(qiáng)度試驗．鍵合強(qiáng)度差的微電路會出現(xiàn)內(nèi)引線開路失效。

• 芯片附著強(qiáng)度試驗

該試驗?zāi)康氖强己诵酒c管殼或基片結(jié)合的機(jī)械強(qiáng)度。芯片附著強(qiáng)度試驗有兩個，即芯片與基片／底座附著強(qiáng)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。

• 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。

• 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。