产品可靠性试验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,产品可靠性试验,质量部,Prepare by : Chaste li,1,环境应力筛选试验技术,(ESS),高加速寿命测试（,HALT,）,课程重点,2,可靠,性,的,重要,如果我们的产品有高的可靠性，那就能打入激烈竞争的世界市场，从而获得巨大经济效益；相反，则会被挤出市场,电子产品的复杂程度在不断增加,一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重,提高产品的信誉,，企业的信誉,产品的技术性能指标作为衡量电子元器件质量好坏的标志，这只反映了产品质量好坏的一个方面，还不能反映产品质量的全貌。,可靠性就是信誉，就是市场。,高可靠性产品可获得高的经济效益,减少设备故障导致的停产损失，设备故障影响生产，造成巨大经济损失，特别是大型流程企业，关键设备的故障导致工厂停产导致巨大损失；高可靠性减少设备的维修费用,高可靠性产品，才有高的竞争能力,3,什么是可靠性？,可靠性的定义：,产品在规定的条件下和规定的时间区间（或操作次数）内,完成规定规定功能的能力,。,规定的条件：,以时间为尺度度量产品的可靠特性，它是可靠性区别与产品其他特性的重要特性。产品的可靠性与规定的时间是密切相关的。产品的可靠性随着其使用时间的增长而降低。,负载和维护条件：,如供电电压、输出功率、载荷、使用方法、使用频率、操作人员的技术水平、维修方法等。,环境条件,：如气候环境（温度、湿度、压力等）、生物和化学环境（生物作用物质霉菌、化学作用物质盐雾等）、机械环境（振动、冲击等）、电磁环境（电场、磁场、电磁场等）。,储存条件,：如运输和保管等条件。,规定的功能：,指产品标准或产品技术条件中所规定的各项技术性能（技术指标），如仪器仪表的准确度及其他静态、动态性能指标等。,规定的条件,4,使用可靠性：,产品在使用中表现出的一种能力特性，它与固有可靠性、安装、操作、维修等有关。,可靠性的,分类,&,定义,固有可靠性：,产品在设计制造中赋予的可靠性。,基本可靠性：,产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。,任务可靠性：,产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。,5,失,效,率,早 夭期,随机失效期,老 化 期,产品寿命期,韦布尔分布,指数分布,正态分布,产品失效的三个时期,浴缸曲线,什么是失效率曲线（浴盘曲线）？,产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点，根据长期以来的理论研究和数据统计，发现多数设备失效率曲线形同浴盘的剖面，它明显地分为三段，分别对元器件的三个不同阶段或时期。,早夭期,随机失效期,老化期,表明器件在开始使用时，,失效率很高,，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前,进行试运转,，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验,进行筛选,，剔除不合格品。,偶然失效期，,也称随机失效期；这一阶段的特点是,失效率较低,，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段。,耗损失效期；,该阶段的失效率随时间的延长而,急速增加，,主要原因是器件的损失己非常的严重，寿命快到尽头了，可适当的,维修或直接更换,了。,6,早夭期,故障率高:时间增加时,故障率减少.,故障原因:,1.设计缺陷.,2.,制程错误.,3.使用不当.,4.组件不良.,故障消除法:,1.除错(,Debugging),2.,烧,机,(,Burnin),3.,筛选(,Screening),老化期,/,磨耗期,故障率高:时间增加,故障率增加.,故障原因:,1.疲乏,2.,老化,3.劣化,4.磨耗(,Wear-out),故障消除法:,1.预防保养(,Preventive Maintenance),2.,预先更换零件.,3.翻修(,Overhaul),随机失效期,/,可用期,故障率为一定常,数,故障率,稳,定且低.,故障原因:,1.偶,发,的(,Chance Failure).,2.,设计,先天限制.,3.使用造成意外.,4.保,养,维,修不良.,故障消除法:,1.重新设计,.,2.,制,程管制.,3.,维,修保,养,.,各个失效期的原因及预防措施,7,各个阶段可靠性试验,-,目的,（,1,）在研制阶段：使产品达到预定的可靠性指标,发现,设计缺陷、零组件缺陷、工艺技术缺陷、环境适应性,方面存在的问题，经过反复实验与改进，达到预定的要求。,（,2,）在产品研制定型时：进行可靠性鉴定,新产品研制定型时，要根据产品标准（或产品技术条件）进行鉴定实验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。,（,3,）在生产过程中：控制产品的质量,因,原材料质量较差或工艺流程,失控等原因造成产品质量下降，在产品的可靠性实验中就能反映出来，从而及时采取纠正措施使产品质量恢复正常。,（,4,）出货前，进行可靠性筛选：提高整批产品的可靠性水平,将各种原因如原材料有缺陷、工艺措施不当、操作人员疏忽、生产设备发生故障、质量检验不合格等）,造成早期失效的产品剔除掉,，从而提高整批产品的可靠性水平。以免该产品于日后使用过程中,遭受环境应力时而导致失效发生,（,5,）研制、售后：研究产品的失效机理,发现产品潜在失效模式，找出引起产品失效机理，产品的薄弱环节，采取相应的措施来提高产品的可靠性水平。,8,老化,试验,(,老炼试验,),环境应力筛选试验,ESS,可靠性增长试验,可靠性验收试验,可靠性鉴定试验,(MTBF),高加速寿命试验,HALT,高加速环境应力筛选试验,HASS,寿命试验,耐久性试验,可靠性强化试验,可靠性试验,的类型,9,筛选试验：,增长试验：,温度循环,随机振动,高温,冷热冲击,单频正弦振动,体温,机械冲击,湿度,加速度,暴露材料和制造工艺中的缺陷，,剔除产品早期故障；,激发产品故障隐患，进行设计改进,，提高其固有可靠性；,验证设计可行性，通常是在实验室标准状况下，及早发现设计上的缺陷及弱点,统计试验,工程试验,验收试验（批接收）,鉴定试验（评价,MTBF,）,试验的分类,对产品的可靠性水平进行评价时，它运用,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实验,。,10,试验项目,环境应力筛选,ESS,可靠性增长,RGT,目的,消除早期故障,消除系统性故障,时间,/,阶段,交付使用前,研发/使用期间,试样,全体产品,样品,方法,试验-激发故障,试验-改进-试验,故障处理,修复/更换,设计/工艺改进,处理对象,个别问题产品,全体产品,11,可靠度,(Reliability),：,可靠度表示产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率，,定义为产品的“可靠度”,。假设有,N,个零件，经过时间,t,后有,N,Q,(,t,),个零件失效，,N,R,(,t,),个零件仍能正常工作，则该零件可靠度,R,(,t,),失效率，故障率,(Failure Rate),：,产品工作到,t,时刻后，在下一单位时间内失效的概率。,即产品工作到,t,时刻后，在单位时间内发生故障的产品数与在时刻,t,时仍在正常工作的产品数之比。,N,个产品,t,=0,时开始工作，到时刻,t,失效数为,n,(,t,),，,t,时刻的残存产品数为,N,-,n,(,t,),在,(,t,t,+,t,),时间区间内有,n,(,t,),个产品失效，则时刻,t,的失效率为,平均无故障工作时间,/,平均寿命,(,平均失效时间, Mean Time Between Failures-MTBF),：,是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔,失效的平均间隔时间，即平均无故障工作时间,。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为,MTBF,。,如何评价可靠度？,衡量产品可靠性的指标,12,定义：,Environmental Stress Screening,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,剔除早期失效的产品,，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。环境应力筛选是一种利用环境应力进行产品质量管理的程序，其主要目的是利用特定且,低于,产品设计强度,的环境应力，使产品潜在的疵病提早暴露出来而加以剔除，使出厂产品其有稳定的设计质量，避免在正常使用时因这类疵病的存在而发生失效，减少维修成本及因失效引起的不必要损失。,为了决定理想的筛选试验应力，必须首先分析早期失效和确定最有可能引起这些失效的应力类型。,针对进料检验合格之零件,，,仿真实际使用状况,，,引用适当的环境应力,，,剔除次级零件,，,减少修理服务花费的大量修理时间与成本.,检验合格之零件,，,若不经筛选试验装配于系统中之最初一年,，,早夭期,将,有2%6%之失效率,参考标准：,MIL-HDBK-338B,ElectronicReliabilityDesignHandbook,GJB/Z34-93 ,电子产品定量环境应力筛选指南,环境应力筛选试验(,ESS),的定义,13,EnvironmentalStressScreening,，,ESS,应力筛选是产品在设计强度极限下，运用加速技巧外加环境应力，如：预烧,(burnin),、温度循环,(temperaturecycling),、随机振动,(randomvibration),、开闭循环,(powercycle),等方法，透过加速应力来使潜存于产品的瑕疵浮现,潜在零件材料瑕疵、设计瑕疵、制程瑕疵、工艺瑕疵,，以及消除电子或机械类残留应力，还有消除多层电路板间的杂散电容，将澡盆曲线里面的早夭期阶段的产品事先剔除与修里，使产品透过适度的筛选，保存澡盆曲线的正常期与衰退期的产品，以避免该产品于使用过程中，受到环境应力的考验时而导致失效，造成不必要的损失，虽然使用,ESS,应力筛选会增加成本与时间，但是对于提高产品出货良率与降低返修次数，有显著的效果，对于总成本反而会降低，另外客户信任度也会有所提升，一般针对于电子零件的应力筛选方式有预烧、温度循环、高温、低温，,PCB,印刷电路板的应力筛选方式为温度循环，针对于电子成本的的应力筛选为：通电预烧、温度循环、随机振动，另外应力筛本身是一种制程阶段的过程，而不是一种试验，筛选是,100,对产品进行的程序。,应力筛选适用产品阶段：,研发阶段、批量生产阶段、出厂前,(,筛选试验可以在组件、器件、连接器等产品或整机系统中进行，根据要求不同可以有不同的筛选应力,),应力筛选比较：恒定高温预烧,(Burnin),的应力筛选，是目前电子,IT,产业常用析出电子元器件缺陷的方法，但是这种方式比较不适合用于筛选零件,(PCB,、,IC,、电阻、电容,),，根据统计在美国使用温度循环对零件进行筛选的公司数要比使用恒定高温预烧对组件进行筛选的公司数多,5,倍。,14,通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不良元器件、零部件或工艺缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。,不是抽样的，而是,100%,试验,筛选试验是一种非破坏性实验，不影响整批产品失效机理、失效模式和正常工作。,环境应力筛选不改变产品的固有可靠度。,由筛选试验分出的等级是相应于寿命要求和产品预期应用的工作条件而定的，但筛选实验条件不必准确的模拟真实的工作条件和环境条件。,不能提高产品的固有可靠性,可提高合格品的总的可靠性水平，不能提高每个产品的寿命,。,对单个产品来说，可靠性实验不能提高其可靠性，相反，若筛选项目和所用的“应力”水平选择不当，还会使单个产品的可靠性降低，同时，对于生产部门来说，可靠性筛选实验还要付一定的代价：成品率降低、成本增加、生产周期加长等，但由于通过可靠性筛选实验剔除了整批产品中的早期失效产品，因此可提高整批产品的可靠性。,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,和筛选效果值来评价筛选方法的优劣：合理的筛选方法应该是值较大，而,Q,值适中。,环境应力筛选试验,的特点,15,环境应力筛选的目的在于发现和排除产品的早期失效，使其,在出厂时便进入随机失效阶段，,以,固有的可靠性水平,交付用户使用。发现、排除不良元器件，制造工艺缺陷造成的早期故障,（,1,）确认具有潜伏性疵病的零组件。,（,2,）发掘作业人员不纯熟或疏忽所造成的工艺不良。,（,3,）降低产品失效,退修或报废,的机率，节省产品制造和维修整体成本。,（,4,）降低使用时的失效率，提高,MTBF,或可靠度，,增强使用者的信心,。,（,5,）在研发阶段可协助发现设计问题，提高设计之可靠度，并可藉此缩短研发时程。,通过对生产出的产品,100%,地进行筛选实验，把“早期失效”的产品尽可能予以淘汰和剔除，以确保出厂的整批产品具有较高的可靠性。,暴露产品固有的以及生产、工艺过程引进和那些一般在正常质量检验和实验过程中不会出现的缺陷。,应力定义,：导致产品开始劣化直至失效的诱因，环境条件、工作条件等称为应力。通俗地说，应力就是对产品的功能有影响的各种因数。,环境应力筛选目的,16,(1),功能疵病,(functional quality defects),由于制程中材料或工艺不良而产生、能够以一般简单的,功能测试,发现的产品疵病。,(2),潜在疵病,(latent quality defects),也是由于制程中材料或工艺不良而产生，但,必须外加应力,，才能使缺陷提早暴露出来的产品疵病。,(3),可靠度疵病,(reliability defects),设计时所赋予的产品疵病，在产品的生命周期,(life cycle),中随机发生，,除非修改设计，否则无法以任何适当的程序消除这种疵病,。,环境应力筛,ESS,选早夭期的产品,在一般功能测试时，很快就可以发现而加以修正。,须靠设计的改良，提高产品的设计能力，才能降低其发生的机率。,如果没有经过适当的,ESS,处理,，则会在使用初期渐渐地出现，使产品发生失效。 由于这些疵病的存在，在生产厂内应 采取适当的措施或处理，使这一类的疵病提早暴露出来并予以检修剔 除或报废，使出厂产品维持稳定的质量，使用时具有设计时所赋与的 强度，如此既可降低维修成本，又可避免因失效而导致的不必要损 失，此即为,ESS,最主要的目的。,17,采用筛选工艺的产品测试失效率比未经过筛选工艺的产品的测试失效率低,3.5,倍,经过,ESS,的产品在顾客手中使用时的失效率较低，可提高顾客对公司产品的信心，这是 一种无形但却非常重要的效益。,批量生产阶段：,-,明显改善可靠性,鉴别出低质量元件及供应源,采用筛选工艺的产品测试失效率，比未经过筛选的工艺的产品失效率低,3.5,倍,18,温度,（,高温烘烤,、高温存储）,湿度,盐雾,撞击,振动,加速度,冷热,冲击,温度循环,综合,环境应力,环境应力,类型,19,诱发故障和筛选机理,当温度在上、下限温度内循环时，设备交替膨胀和收缩，使设备中产生热应力和应变。如果某产品内部有瞬时的热梯度（温度不均匀性），或产品内部邻接材料的,热膨胀系数不匹配,，则这些热应力和应变将会加剧。这种应力和应变在缺陷处最大，它起着应力集中者（“提升者”）的作用，这种循环加载使缺陷长大，最终可大到能造成结构故障并产生电故障。例如，有裂纹的电镀通孔其周围最终完全裂开，引起开路。热循环是使钎焊接头和印制电路板上电镀通孔等产生故障的首要原因。环境应力筛选又可看作是产品质量控制,检查和测试过程的延伸,。,温度循环激发出的主要故障模式如下：,使涂层、材料或线头上各种微观裂纹扩大；,使粘结不好的接头松弛；,使螺钉连接不当的接头松弛；,使机械张力不足的压配接头松弛；,使质差的钎焊接触电阻加大或造成开路；,由于缺陷在应力条件下的失效速度远高于正常部位，因此使有缺陷的产品出故障要比使完好产品出故障所需循环次数少许多，,适当地确定热应力大小，就能析出故障而不消耗使用寿命。,温度循环诸参数中，对筛选效果最有影响的是温度变化范围,R,、温度变化速率,V,以及循环次数,N,。提高温度变化范围和变化速率能加强产品的热胀冷缩程度和缩短这一过程的时间，增强热应力，而循环次数的增加则能积累这种激发效应。因此加大上述参数中任一参数的量值均有利于提高温度循环筛选效果。缩短在上、下限温度值上的停留时间有利于缩短整个温度循环的周期，提高筛选的效率。产品温度达到稳定的时间可以以产品中的关键部件为准，必要时要特别监测该部件的温度，以保证筛选有效和防止其损坏。温度循环中试验箱内气流速度是关键因素，因为它直接影响到产品的温度变化速率。,产品温度变化速率一般远低于试验箱内空气温度的变化速率,，提高箱内气流速度能使产品温度变化速率加大。,温度循环,ESS,筛选机理,20,传统的老化、恒温筛选，对暴露产品的缺陷有一定作用，但是其筛选度、故障率很小，效率低，需要较长时间才能达到消除早期失效，因而可能会影响产品的使用寿命，有必要使用更合理筛选方法,1,）快速温度变化,2,）带电应力筛选：加电的应力筛选比不带电的应力筛选更有效,好的,ESS,的特点：,使缺陷快速暴露,潜在的缺陷的暴露比率足够,不会导致额外的缺陷,不会消耗产品大部分寿命,如何选择筛选条件,ESS,温度循环应力参数,应力强度取决于,（,1,）温度范围：一般选,-20,到,100 ,（,2,）温度变化率,温度循环时,温度快速变化使湿度变得难以控制，所以一般不加湿度，而是带电或加上振动。,（,3,）循环数,21,受筛产品在温度箱空气温度中停留时间包括元器件（零部件）温度达到稳定所需要时间和在温度极值下浸泡所需要的时间，该时间会影响筛选持续时间和效果，从而也影响筛选费用。由于在温度循环筛选中，最主要的激发应力是温度变化，因此高低温浸泡时间主要目的是,使产品温度与空气温度到达均衡,有以下两种选取准则：,a,、当受筛产品中,响应最慢的部分,的温度与最终温度之差在规定值,Te,（一般选择,Te=10,）之内时，就认为实现了稳定。不推荐把受筛产品中具有最高热惯性（最慢热响应或,最大热滞后,）的元、部（器）件作为确定温度稳定的部位，因为这样会要求用过多的时间来使那些不重要的大质量元、部（器）件作为确定温度稳定,的部位；这样做可能使一些重要的元、部（器）件经受不到适当的热应力来析出其内部缺陷。,b,、当受筛产品中响应最慢的部分的温度变化速率达到某一规定最小值时，就认为实现了稳定。经验表明，这一准则会导致,筛选持续时间太长,，筛选费用太大，因此一般不采用。,上、下限温度的持续时间,(,极限温度停留时间,),确定准则,22,温度变化速率以复杂的方式影响筛选强度，也影响筛选持续时间，从而影响筛选费用。温度变化速率的选择取决于受筛产品特性和预期的缺陷性质。对析出像电镀通孔这样一类结构部分的缺陷而言，高的温度变化速率预期最为有效；相反，对析出锡焊接头处的缺陷而言，低的温度变化速率和在高温下长的停留时间预期最为有效。筛选强度不会随着温度变化速率的增加而无限增加。,温度变化速率不小于,5/min,，这一速率是指试验箱内空气温度变化的平均速率，,由于受筛产品本身的热惯性，其实际温度变化速率远低于,5/min,，具体,取决于受筛产品本身的,热惯性,，,产品在箱内的安装，风速和试验箱的能力等，温度变化速率低于,5/min,，筛选效果将降低。温度循环下限温度高于,0,的筛选效果不大，宁可进行长时间恒定高温筛选。,温度变化速率确定准则,23,温度循环次数影响筛选的有效性和持续时间，从而影响,筛选费用,。对电子设备来说，由于基本上是结构件和电子元器件组成，其失效率水平一般都在,10,6/h,水平，因此环境应力筛选所消耗的元器件寿命可以忽略不计，不必担心,ESS,持续时间对产品可靠性的影响。选择筛选循环次数的时间需要根据筛选效果要求或时间要求确定。,温度循环次数（或筛选时间）选择准则,24,筛选中是否通电和进行性能测试：从提高筛选效果出发，,筛选中应尽量通电并进行性能检测。,这是因为电应力本身将受筛产品中某些缺陷加速发展成为故障；另一方面，筛选出的故障中，有,50%,左右的故障是在环境应力下才能发现的间歇故障，必须在筛选环境应力作用下通过通电检测才能找出来。从可能性和经济性出发，一般在高组装级（单元或系统级）进行通电和检测，低组装级（印刷电路组件）不进行通电和检测，这是因为低组装级往往不具备检测性能的条件。对于通断电筛选，因为通电使产品发热，会影响产品温度变化速率，所以从低温升向高温和高温保温期间，应通电并检测性能；工作时处于最大电源负载状态，高温向低温下降且达到温度稳定以前应断电。在温度循环筛选中，,在高低温温度稳定后应通断电源各三次,，同时应尽量增加性能检测次数，以及时发现故障和进行修复，,节省筛选时间,。,设备状态,（通断电和性能测试）确定准则,25,环境应力相对筛选效率,其筛选效率依次为：温度循环、 随机振动、高温、电性应 力、热冲击、定频正弦振动、低温、正 弦扫描振动、复合环境、机械冲击、湿 度、加速度、高度，其中,温度循环,和,随 机振动,的效率最佳，疵病筛选效率温度循环约,77%79%,，随机振 动则为,21%23%,。,26,筛选度（,ScreenStrength,）：,产品中存在对某一特定筛选敏感的潜在缺陷时，该筛选将该缺陷以故障形式析出的概率。,经典的老炼工艺与常规的恒温筛选，加电的应力筛选比不带电的应力筛选更有效,试验要求：箱体内温度均匀，被试验产品各部位受力均匀，应力能快速传递到产品的关键部位，关键位置获取的应力强度接近试验箱提供的应力,美国曾对,42,家企业进行调查统计，,随机振动应力,可筛出,15,25%,的缺陷，而,温度循环可筛选出,75,85%,，如果两者结合的话可达,90%,。,藉由温度循环所检测出的产品瑕疵类型比例：设计裕度不足：,5%,、生产做工失误：,33%,、瑕疵零件：,62%,筛选度,27,筛选的环境应力,（,1,）筛选的环境应力同使用及设计的环境规格无直接关系，只要不超过产品的环境设计规格，且能有效的达到筛选目的，皆可做为筛选的 环境应力。,（,2,）筛选的应力水平,不可超过产品设计强度,，以免对正常的产品造成伤害，所以要及早了解产品的设计强度，作为拟订筛选应力水平的依 据。但是，要注意的是设计产品时不能以,ESS,的规格为依据，必须以生 命周期可能遭遇的环境应力为主。有些设计者为了满足合约上的,ESS,需 求，设计产品时只根据,ESS,规格为设计依据，这是一种本末倒置的作 法，绝对要避免。,（,3,）制定筛选的应力时，先要对产品的振动特性及热传性作深入的分析后，才能设计出有效而安全的筛选程序。,（,4,）复合环境的效益与单一环境并没有很大的差异，但却比单一 环境所花费的经费高出甚多，所以没有必要以复合环境应力来筛选。,（,5,）在愈 低组合层次发现疵病愈好，而较适当的做法是从零组件、印刷电路板、 模块，甚至到系统层次，都要有不同应力水平的筛选。,（,6,）决定,ESS,应力的主要条件在于其效率，分析在不同应力水平下的筛选结果，找出较有效率的应力。,（,7,）产品的,外壳在整机筛选严重影响了试验区内的 温度场,，也就影响了筛选效果。所以若将控制板、功能板和电源板从整机 中拿出来单独进行环境应力筛选,28,环境应力筛选制度体系,（,1,）有效率的筛选环境应力，能使产品中潜在的疵病很快的暴露出来。,（,2,）符合成本效益。,（,3,）适当的检验与功能测试。,（,4,）选用的环境应力不超过产品之设计强度，以致使正常的产品损耗太多的,可用寿命或遭受破坏。,（,5,）具有健全的失效处理与改正行动体系和完备的质量与可靠度信息系统。,产品安装受筛产品在箱内的安装，除必要的支点外，产品应被空气包围，不能直接放在箱底，也不能放在实心垫板上，以保证受筛产品四周都能直接与空气进行热交换。受筛产品体积不能大于温度箱有效容积的,1/5,（不发热产品）或,1/10,（发热产品），受筛产品必须置于温度箱的有效容积内。一台产品进行筛选时，尽量置于试验箱中央，多台产品同时进行筛选时，除了其总体积不能违反上述规定外，各台产品之间应保持一定距离，以利于箱内空气的流动，保持试验箱内温度均匀。,29,温度循环,30,温度循环应力筛选度,31,ESS,筛选强度的计算,恒定高温筛选强度,SS=1-exp -0.0017*(R+0.6)0.6*t,式中：,R,高温与室温,(,一般取,25,),的差值；,t,恒定高温持续时间,(h),；,例：用,85,对某一元器件进行,48H,的筛选，,则其筛选强度为,: SS=1- EXP(-0.0017*(85+0.6)0.6)*48)=,44.5%,；,温度循环的筛选强度,SS=1-exp-0.0017(R+0.6)0.6Ln(e+v)3*N,R,：温差,V,：变温速率,N,：,温度循环次数,随机振动的筛选强度,SS=1-exp-0.0046(Grms)1.71t,t,为振动时间（,min,）；,Grms-,单位,G,；,32,加速因子,A,的计算,AF=exp (Ea/k*(1/Tu)-(1/Ts)+(RHun-RHsn);,Ea,为激活能（根据原材料不同有不同取值）,= 0.6eV,或,0.8eV;,k=8.6*10E-5eV/K (,玻尔兹曼常数,);,T,为绝对温度,RH,指相对湿度（单位）、下标,u,指常态、下标,s,指加速状态（如,RHun,指常态下相对湿度的,n,次方），一般情况下,n,取,2,MTBF,的计算,测试时间,AMTBF,，,A,这个因子与“在这段时间内允许失效的次数”和“,90%,的信心度”有关系。根据已经成熟的体系，直接代用公式：,A0.5*X2（1-a，2(r+1)）,X2（1-a，2(r+1)）,是自由度为,2(r+1),的,X,卡平方分布的,1-a,的分位数；,a,是要求的信心度，为,90%,；,r,是允许的失效数，由你自己决定；,此分布值可以通过,EXCEL,来计算，在,EXCEL,中对应的函数为,CHIINV,；,如允许失效,1,次时，,A=0.5*CHIINV(1-0.9,2*2)=0.5*CHIINV(0.1,4),0.5*7.78,3.89,；,所以应该测试的时间为：,3.892000,7780H,（,324,天）,。,也就是当设备运行,7780H,，最多只出现一次失效就认为此产品达到了要求的可靠性。,平均故障间隔时间,MTBF,33,例：要求在,90%CI,下,MTBF,为,20000,小时，确定可靠性测试方案？,卡平方分布，,2,分布,CHIINV=X2(1-a, 2(r+1);,a=90%; r=1(,失效数,);,A=0.5*CHIINV (Excel)=0.5*CHIINV,（,1-a,，,2*,（,r+1,）,= 0.5*CHIINV,（,10%,，,2*2,）,=3.89;,测试时间 ：,T=A*MTBF=A*20000=20000*3.89=,77800h,（,3242,天）,样品定为,10,台，,T=77800/10=,7780h,Ea,为激活能（根据原材料不同有不同取值）,= 0.6eV;,k=8.6*10E-5eV/K (,玻尔兹曼常数,);,加速因子,AF,=exp,(Ea/k*(1/Tu)-(1/Ts)+(RHun-RHsn)=33.912,常态温度,Tu=25 +273=298,；加速状态的温度,Ts = 75+273=343,常态下相对湿度,Rhu=75%,；加速状态相对湿度,RHs=85%,高温加速状态下测试时间：,T”=T/AF =7780/33.912=,228.8h,（,9.5,天）,可靠性测试方案：,将,10,台产品在,75,，,85%,的条件下进行,228.8,小时的测试，如果失效次数小于等于一次，就认为此产品的,MTBF,达到了要求。,34,高温加速状态下测试时间：,T”=T/AF =7780/ 49.168=,158.23h,（,6.6,天）,试验温度、湿度越高，加速因子,AF,越大，所需试验时间越短,将温度提高到,80C,，湿度提高到,90%,，计算结果：,35,测试时间,MTBF/A.F =,加速因子,Acceleration Factor,AF=,Ta = Acceleration Temperature ( Chamber Ta = 60,),Tb = Ambient Temperature ( For Inverter Tb = 40,),Confidence level = 90 %,Number of failures = 0 = 2.30259 Follow MIL-STD-781,Confidence=60% Number of failure=0 = 0.92,36,高温和低温的失效都会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,设备可靠性试验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向陡峭的温度梯度；,5,设备可能会因为降雨而突然冷却；,6,当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材可能会出现温度的急剧变化。,1,4,机械冲击和振动对产品的影响机械冲击和振动主要是针对处于剧烈振动环境中的车用电子设备。可是最近由于一般电子设备也因为其便携化而变得易受振动，因此机械应力的应用范围也广泛了。机械应力所造成的失效主要是连接器、继电器等连接部件，当然对装配工艺不合理的设计也容易引起元器件的脱落和引线短裂，对元器件内部工艺不良的产品会引起开路、短路、间歇连接。,冷热温度冲击对产品的影响,37,a.,使涂层、材料或线头上各种微观裂纹扩大,b.,使粘接不好的接头松弛,c.,使螺钉连接或铆接不当的接头松弛,d.,使机械张力不足的压配接头松弛,e.,使质量差的焊点接触电阻加大或造成开路,f.,粒子、化学污染,g.,密封失效,h.,包装问题，例如保护涂层的连结,i.,变压器和线圈短路或断路,j.,电位计有瑕疵,k.,焊接和熔接点接续不良,l.,冷焊接点,m.,多层板因处理不当而开路、短路,n.,功率晶体管短路,o.,电容器、晶体管不良,p.,双列式集成电路破损,q.,因毁损或不当组装，造成几乎短路的线匣或电缆,r.,因处理不当造成材质的断裂、破裂、刻痕,.,等,s.,超差零件与材质,t.,电阻器因缺乏合成橡胶缓冲涂层而破裂,u.,晶体管发涉及金属带接地出现发样裂纹,v.,云母绝缘垫片破裂，导致晶体管短路,w.,调协线圈金属片固定方式不当，导致不规律输出,x.,两极真空管在低温下内部开路,y.,线圈间接性的短路,z.,没有接地的接线头,a1.,元器件参数漂移,a2.,元器件安装不当,a3.,错用元器件,a4.,密封失效,温度循环所激发出的故障模式,热循环应力对产品的影响,温度循环应力激发的故障模式或影响使涂层、材料或线头上各种微细裂纹扩大；使粘接不好的接头松驰；使螺钉连接或铆接不当的接头松驰；使机械张力不足的压配接头松驰；使质量差的焊点接触电阻加大或开路；粒子污染；密封失效。,38,当讨论产品寿命时,一般采用,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,温度应力对产品的影响,39,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： 水气渗透入塑封壳内湿气渗透到树脂和导线间隙之中 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）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）。 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）。 非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。 非活性塑封膜中存在的缺陷。,湿度对产品可靠性的影响,40,低温应力对产品的影响,元器件参数漂移，材料硬化、脆化，部件间热膨胀系数不同卡死,高温应力对产品的影响,恒定高温应力激发的故障模式或影响恒定高温能激发的故障模式,(,或对产品的影响,),主要有：使未加防护的金属表面氧化，导致接触不良或机械卡死，在螺钉连接操作时用力不当或保护涂层上有小孔和裂纹都会出现这种未防护的表面。加速金属之间的扩散，如基体金属与外包金属，钎焊焊料与元件，以及隔离层薄弱的半导体与喷镀金属之间的扩散；使液体干涸，如电解电容和电池因高温造成泄漏而干涸；使热塑料软化，如该热塑料件处于太高的机械力作用下，则产生蠕变；使某些保护性化合物与灌封蜡软化或蠕变；提高化学反应速度，加速与内部污染物的反应过程；使部分绝缘损坏处绝缘击穿。粘结不牢固,化学腐蚀,元件参数漂移,氧化,变形尺寸改变,部件间热膨胀系数不同卡死,41,改变产品各个元件、部件的相对位置关系,产品部分结构、引线松动、磨损、脱落；振动使得原来有微小缺陷和损伤经多次交应力作用使其扩大，产品结构破坏,正弦振动应力激发的故障模式或影响,使结构部件、引线或元器件接头产生疲劳，特别是导线上有微裂纹或类似缺陷的情况下；使电缆磨损，如在松驰的电缆结处存在尖缘似的缺陷时；使制造不当的螺钉接头松驰；使安装加工不当的,IC,离开插座；使受到高压力的汇流条与电路板的钎焊接头的薄弱点故障；使未充分消除应力的可作相对运动的桥形连接的元器件引线造成损坏，例如电路板前板的发光二极管或背板散热板上的功率晶体管；已受损或安装不当的脆性绝缘材料出现裂纹。,振动应力对产品的影响,42,高温贮存,搁置,2h,恢复,2h,时间,室温,55,箱温按,0.7,1/min,的平均速率，逐渐升温至,552,低温贮存,搁置,2h,恢复,2h,时间,室温,-25/-20,试验箱温度按,0.7,1/min,的平均速率，逐渐下降至,-253,43,-10,40,时间,3h,3h,一个循环,温度循环,试验箱内的温度按,0.7,1/min,的平均速率，逐渐下降至,-103,；,试验箱温度稳定后恒温,3h,。然后试验箱内的温度以,10.2/min,的升温速率升高到,402,；试验箱达到温度稳定后，恒温,3h,；,时间,温度电压,-5,25,45,3h,3h,3h,3h,3h,ON,ON,ON,OFF,OFF,OFF,额定电压,3h, , ,500h,温度变化负荷,44,环境试验：按照,GB/T2423,的要求环境试验有以下几点：,1,、低温试验,按,GB/T 2423.189 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法低温试验,、,GB/T 2423.2287 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法温度变化试验方法,进行低温试验及温度变化试验。温度范围：,-70,10,。,2,、高温试验,按,GB/T 2423.289 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法高温试验,、,GB/T 2423.2287 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法温度变化试验方法,进行高温试验及温度变化试验。温度范围：,10,210,。,3,、湿热试验,按,GB/T 2423.393 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法恒定湿热试验,、,GB/T2423.493 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法交变湿热试验,进行恒定湿热试验及交变湿热试验。湿度范围：,30%RH,100%RH,4,、霉菌试验,按,GB/T 2423.1690 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法长霉试验,进行霉菌试验。,5,、盐雾试验,按,GB/T 2423.1793 ,电工电子产品环境试验第二部分：试验方法盐雾试验,进行盐雾试验。,环境应力试验相关的国标,45,6、低气压试验,按GB/T 2423.2192 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法低气压试验、GB/T2423.2592 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法低温/低气压试验、GB/T2423.2692 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法高温/低气压试验进行低气压试验；高、低温/低气压试验。,试验范围：-701000760mmHg20%95%RH。,7、振动试验,按GB/T 2423.1095 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法振动试验进行振动试验。,频率范围（机械振动台）：560Hz（定频振动580Hz），最大位移振幅3.5mm（满载）。,频率范围（电磁振动台）：53000Hz，最大位移25mmP-P。,8、冲击试验,按GB/T 2423.595 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法冲击试验进行冲击试验。,冲击加速度范围：（501500）m/s2。,9、碰撞试验,按GB/T 2423.695 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法碰撞试验进行碰撞试验。,10、跌落试验,按GB/T 2423.795 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法倾跌与翻到试验、GB/T2423.895 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法自由跌落试验进行跌落试验。,46,应力类型,影响结果,温度应力,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,湿度,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,冷热温度冲击,冷热温度冲击不同于普通湿热环境，它是通过冷热温度冲击来发现常温状态下难以发现的潜在故障问题。,机械冲击和振动,机械冲击和振动主要是针对处于剧烈振动环境中的车用电子设备。可是最近由于一般电子设备也因为其便携化而变得易受振动，因此机械应力的应用范围也广泛了。机械应力所造成的失效主要是连接器、继电器等连接部件，当然对装配工艺不合理的设计也容易引起元器件的脱落和引线短裂，对元器件内部工艺不良的产品会引起开路、短路、间歇连接。,环境应力类型及影响作用,47,高加速应力试验,HASThst,Highly Accelerated Stress Test,HALT,的可靠性测试,试验直接体现出来的重要性，有以下几点：,1,快速暴露产品潜在缺陷；,2,通过试验 改进 验证这一循环方式，有效增加产品的极限值；,3,产品可靠性得到明显提升；,4,大大缩短产品研发、设计、生产和上市周期；,HAST,高加速应力试验,高加速寿命试验,（,HALT,，,Highly accelerated life test,）,高加速应力筛选,（,Hass,，,Highly accelerated stress screen,）,HAST,高加速应力试验,Highly Accelerated Stress Test,48,下破坏极限,下工作极限,产品规范,破坏裕度,工作裕度,上工作极限,上破坏极限,工作裕度,破坏裕度,应力,产品设计余量,操作极限：产品的某应力水平上失效，样品不工作或者其工作指标超标，但是应力值略降低或回复初始值时，试样又恢复正常工作,破坏极限：应力上升到某值时，样品失效，即使应力回落到低于操作极限时，试样仍不能恢复正常工作，这时，应力水平称为破坏极限,49,HALT 可靠性测试,高加速寿命试验（,HALT,hlt,，,Highly accelerated life test,）,以,HALT,和,HASS,为主的,HAST,的最大特点是时间上的压缩，即在短短的几天内模拟一个产品的整个寿命期间可能遇到的情况，,HALT,与传统试验有所不同，其目的是激发故障，即把产品的潜在缺陷激发成可观察的故障，采用人为施加步进应力，在远大于技术条件规定的极限应力下快速地进行试验，找出工作极限甚至损坏极限，然后根据,HALT,确定的极限来制定,HASS,试验应力，通过,HASS,可以快速剔除早期潜在的缺陷，保障产品的使用可靠性。,极限应力试验（,Limit test,）是,HAST,中的一种，这种方法规定了确定或评价微电子器件最大能力的方法，这些能力包括绝对最大额定值（从中可推出安全设计极限值）、在不引起退化的前提下筛选或试验时可以施加的最大应力，对不引起退化的特殊筛选或试验的敏感性，以及与之有关的失效模式和机理。,HALT,是一种发现缺陷的试验。它通过设置逐级递增的加严的环境应力，直到破坏产品。提高产品的操作极限和破坏极限,HALT,是一种发现设计缺陷的工序，它通过设置逐级递增的加速环境应力，来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点，而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进，从而达到提升可靠性的目的，最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力，从而从暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间,利用,HALT,，发现将来使用中会出现的失效故障,利用,HALT,，可以扩大产品的操作极限和破坏极限，提高,MTBF,50,设置高于样品设计运行限的环境应力，从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。,HALT,目的：,目的是通过增加被测物的极限值，进而增加其坚固性及可靠性。,HALT,利用阶梯应力的方式加诸于产品，能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该测试可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期,快速发现产品的裕度，获得产品操作以及破坏极限。,挖掘设计弱点及制程疵病所引致失效。快速找出产品的失效模式和产品的薄弱环节,进行失效,RCA,，开发,CA,，并改正失效，提升可靠度。评估和改善产品的设计,HALT,的,关键在于分析所有故障的根本原因,HALT,应用于产品的研发阶段，能够及早发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输贮藏使用时的应力。,在,HALT,试验中可找到被测物在温度及振动应力下的可操作界限与破坏界限。,鉴别低质量元器件,暴露产品设计缺陷,确定产品操作极限,HALT,的核心,不断施加应力及循环直至产品失效,51,开始,设定起始应力,保持时间,功能测试,满足结束条件？,是否为工作极限？,记录当前应力大小,记录损坏极限,记录工作极限,设定下一个应力,是否为损坏极限？,结束,HALT,试验流程,52,HALT,试验应力施加顺序,低温,高温,快速热循环,振动,温度,+,振动综合应力,先试验破坏力弱的应力，再试验破坏力强的应力,目的：保护试验样本，以从试验样本中获得更多信息,53,54,*,利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来，并加以改善； * 了解产品的设计能力及失效模式； * 作为高应力筛选及稽核规格制定的参考； * 快速找出产品制造过程的瑕疵； * 增加产品的可靠性，减少维修成本； * 建立产品设计能力数据库，为研发提供依据并可缩短设计制造周期。,HALT,的主要测试功能,*,逐步施加应力直到产品失效或出现故障； * 采取临时措施，修正产品的失效或故障； * 继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障，并再次加以修正； * 重复以上应力,-,失效,-,修正的步骤； * 找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。,HALT,包含的内容,55,*,温度应力； * 高速温度传导； * 随机振动； * 温度及振动合并应力。,HALT4,个主要试程,56,（,1,）温度应力,此项试验分为低温及高温两个阶段应力。首先执行低温阶段应力，设定起始温度为,20,，每阶段降温,10,，阶段温度稳定后维持,10min,，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试，如一切正常则将温度再降,10,，并待温度稳定后维持,10min,再执行功能，依此类推直至发生功能故障，以判断是否达到操作界限或破坏界限；在完成低温应力试验后，可依相同程序执行高温应力试验，即将综合环境应力试验机自,20,开始，每阶段升温,10,，待温度稳定后维持,10min,，而后执行功能测试直到发现高温