基于热循环模式的加速寿命试验

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,*,*,*,Absorption,Profession,Service Innovation,Reliability and Quality Introduction,Wuhan Gewei Electronic Technology Co.,Ltd.,基于热循环模式的加速寿命试验,Absorption,Profession,Service Innovation,Wuhan Gewei Electronic Technology Co.,Ltd.,目录,1,、寿命试验,2,、加速寿命试验,3,、,基于热循环模式的加速寿命试验,狭义的可靠性试验就是寿命试验和加速寿命试验，通过试验获得诸如失效率，平均寿命等可靠性特征量，以此作为可靠性预计，验证，鉴定和改进产品质量的依据,1,寿命试验,2,加速寿命试验,寿命试验分为贮存试验和工作寿命试验,贮存试验要施加一定的环境应力,工作寿命试验要施加一定的环境应力和电应力。对于长寿命电子元器件来说,进行长期寿命试验是不现实的。因此广泛采用了加速寿命试验的方法,就是在不改变产品失效机理、不引入新的失效因子的前提下,提高试验应力,加速产品失效进程,然后根据加速寿命试验的结果,来预计正常应力下的产品寿命。,2,加速寿命试验分类,恒定应力加速寿命试验,将一定数量的试样分几组,每组固定一个应力水平进行试验它的试验因素单一,数据易处理,外推精度较高,故最常用,步进应力加速寿命试验,以积累损伤失效护理模型为依据试验时,每组样品固定一个逐级升高应力的时间,直到足够数量的样品失效为止。这种试验周期较短,但精度较低,序进应力加速寿命试,验,序进应力加速寿命试验可近似看作步进应力的每级应力差很小的极限情况,进行这种试验需专门程序控制,故很少采用,3,基于热循环模式的加速寿命试验,名词解释,试验模型,应力分析,效果评析,名词解释,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。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,失效密度,另外一个常用的参数是,，它是指在产品在,t,时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数,1/MTBF,名词解释,浴盆曲线,图,1:,寿命特性曲线,表时整个单元寿命内的失效率,1.,由于潜在缺陷引起的失效,2.,由随机外部事件引起的失效,3.,由击穿引起的失效,4.,寿命特性曲线,(“,浴盆曲线”,),名词解释,加速因子,加速因子定义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。,活化能,阿仑尼乌斯,（,S,A,Arrhenius,）发现化学反应的速度常数,k,和绝对温度,T,之间有,d,（,lnk,）,/,dt,=E/RT2,的关系。这里的,E,就是活化能。,试验模型,应力要求,应力级别,备注,温度要求,(),),高温,=+65,低温,=-10,温度变化斜率,升温速率,5/,分钟,降温速率,3/,分钟,PA,输出额定功率,恒温箱内部温度,-,时间变化曲线,参见图,2,的每日温度,-,时间变化曲线,电压要求,V=+30V,单日循环次数,8 cycles/day,试验模型,试验模型,样机数量定为,40,台，每版本抽取,10,台样机，以期能在短时间内完成目标单元时间,10000,小时的测试。,每个版本各单独选择,1,台样机不参加,ALT,测试，在,ALT,测试前后的时间点测试指标。,测试项目,测试预计时间,测试里程碑,功率循环试验,试验完成时间,1,天,反复对,DC,及,RF,功率切换,20,次后，对样品进行,ATP,测试，测试指标应合格，并与试验前的数据进行对比，应无明显差异。,热循环试验,热循环时间总计,11,天时间（,10.6,天）,经过,10000,单元小时以上的测试时间，所有样品除因温度漂移引起的部分指标降级外，无损坏、失效情况发生,模型分析,无线射频功放应用于户外环境,它将遭受稳态温度极限和每日温度循环的双重考验，在进行,ALT,计划时，,MIL-HDBK-344A,加速模型更好地说明了在寿命测试和户外返修中的合成失效模式,并且在热循环寿命测试中,更能精确地测量整体加速度，当在户外使用和测试环境中,产品工作在恒定温度或接近恒定温度时,Arrhenius,加速因子起主导作用。,加速因子模型,模型的形式为,where:AF=,加速因子,Temperature in degrees Kelvin,，,其中,T1,表示现场应用温度，,T2,表示加速测试温度；,模型分析,无线射频功放应用于户外环境,它将遭受稳态温度极限和每日温度循环的双重考验，在进行,ALT,计划时，,MIL-HDBK-344A,加速模型更好地说明了在寿命测试和户外返修中的合成失效模式,并且在热循环寿命测试中,更能精确地测量整体加速度，当在户外使用和测试环境中,产品工作在恒定温度或接近恒定温度时,Arrhenius,加速因子起主导作用。,Arrhenius,模型,加速因子模型,模型的形式为,where:AF=,加速因子,Temperature in degrees Kelvin,，,其中,T1,表示现场应用温度，,T2,表示加速测试温度；,模型分析,K=Boltzmann constant Ea=Failure activation energy,根据,ALT,试验方案要求，,T1=273+30=303K,，,T2=273+65=338K,；,电子元器件的激活能与温度之间的关系曲线：,模型分析,根据,HP,的可靠性工程部,CRE,的测试规范，激活能,Ea,表示所有几台,Ea,的平均值，如果新产品的,Ea,无法计算，,DELL,、,HP,、,Motorola,统一将,Ea,设为,0.67ev,为常数；贝尔实验室根据通信产品的特点将,Ea,设定为,0.8ev,；根据我司产品的相似性，在,Ea,未知的情况下将,Ea,取为,0.8ev,；,模型分析,Norris-Landzberg,模型,Norris-Landzberg,模型说明了温度漂移,高温极限,还有涉及应力松弛的铅轴承焊接合金的由时间决定的热机行为,.,此模型解释了完全根据经验的观察,:,在低频热循环时延长的停留时间,加速了疲劳损坏,引起了高风险焊接互连的早期失效；,模型分析,Norris-Landzberg,加速因子的标准公式为,:,测试条件：,-10+65C,，每天循环,8,次；,T=75 Tmax=273+65=338k f=8,使用条件：每天循环,1,次，,T=13,Tmax=273+55=328k f=1,Norris-Landzberg,加速因子,AF,：,模型分析,MIL-HDBK-344A,的加速模型,MIL-HDBK-344A,加速模型说明了热循环中的合成退化和失效机理,.,此经验模型是以应力常量,k,Tc,为基础,k,Tc,是在加速测试和户外使用的情况下对累积失效的指数率进行的测量,.,合成加速因子,AF,是在使用和测试情况下的应力常量之比：,T,：单位电平温度漂移，单位是,C,；,R,：热循环中每分钟单位温度转换率，单位是,C,；,合成因子表示为：,（,K,TC,),U,表示使用条件下的热应力因子；,(K,TC,),T,表示测试条件下的热应力因子；,模型分析,测试条件：,-10C+65C,，温漂,75C,，每天循环,8,次，,T=75 R=4,使用条件：使用环境,0+45C,，但是根据实际现场温漂,13C,，每天循环,1,次，,T=13 R=0.01,模型分析,合成因子：,失效率计算,合成加速因子：,样本数,k=40,台，测试时间,T=250h;,思考题,在规定单元时间的条件下如何确定样本数量和测试时间,加速寿命试验前有哪些必须的准备工作,