电子产品的可靠性验证的主要项目及检测仪器

电子产品的可靠性验证的主要项目及检测仪器作者：日期：2电子产品的可靠性测试一、电子产品的概念电子产品，是指采用电子信息技术制造的相关产品及其配件，有两个显著特征：一是需要电源才能工作；二是工作载体均是数字信息或者模拟信息的流转。二、电子产品的分类1）电子元件：指在生产加工时不改变分子成分的成品。如电阻器、电容器、电感器。因为它本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用，所以又称无源器件。按分类标准，电子元件可分为11 个大类。2）电子器件：指在生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子管、集成电路。因为它本身能产生电子，对电压、电流有控制、变换作用（放大、开关、整流、检波、振荡和调制等），所以又称有源器件。按分类标准，电子器件可分为 12 个大类，可归纳为真空电子器件和半导体器件两大块。3）电子仪器：是指检测、分析、测试电子产品性能、质量、安全的装置。大体可以概括为电子测量仪器、电子分析仪器和应用仪器三大块，有光学电子仪器、电子元件测量仪器、动态分析仪器等24 种细分类。4）电子工业专用设备：是指在电子工业生产中，为某种电子产品的某一工艺过程而专门设计制造的设备，它是根据电子产品分类来进行分类的，如集成电路专用设备、电子元件专用设备。共有十余类。三、可靠性试验的定义为评价分析电子产品的可靠性而进行的试验，广义说，包括各种环境条件下的模拟试验和现场试验。按试验项目可分为环境试验、寿命试验和特殊试验；按试验目的可分为筛选试验、鉴定试验和验收试验；按试验性质可分为破坏性试验和非破坏性试验。通过可靠性试验，可以确定电子产品在各种环境条件下工作或存储时的可靠性特征量，为使用、生产和设计提供有用的数据；也可以暴露产品在设计、原材料和工艺流程等方面存在的问题。通过失效分析、质量控制等一系列反馈措施，可使产品存在的问题逐步解决，提高产品可靠性。四、可靠性验证的主要项目及检测仪器1）气候环境试验3高温存储试验仪器：烘箱或者高低温试验箱 、真空烘箱该试验目的是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 86kPa100kPa 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。温度循环试验仪器： 高低温交变试验箱、快速温变试验箱该试验目的是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。试验条件；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，冷热冲击试验仪器： 冷热冲击试验箱（两箱、三箱）该试验目的是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4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。耐湿试验仪器： 高低温湿热试验箱该试验是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 25h)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低气压试验仪器：低气压试验箱、真空烘箱该试验目的是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。盐雾试验仪器： 盐雾腐蚀试验机5该试验日的足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 m25X104mg 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。辐照试验仪器： UV 耐气候试验箱试验目的是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 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。特殊试验仪器：防尘试验箱、霉菌试验箱试验目的是检查产品适应特殊工作环境的能力。3）可靠性试验高温低温寿命仪器：高低温试验箱高温高湿寿命仪器：高温湿热试验箱（双85 ）交流电容器试验电源仪器： 630V 400 F高温试验房仪器：大型老化房3）机械环境试验6恒定加速度试验仪器：离心式恒加速度试验机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 000125 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仪器：冲击试验台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 s2294000m s2(500g30 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。机械振动试验仪器：振动试验台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20Hz2 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 7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 2 000Hz 。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 2 oooHz 范围内随时间按对数变化振动频率从 20Hz 一 2 000Hz 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。跌落试验仪器：跌落试验机运输试验仪器：模拟运输振动试验台3）物理试验可焊性试验耐焊接热拉脱强度键合强度五、产品组建各阶段试验阶段材料和内容常用的环境因素元件、器件高温、低温开发阶段集成电路高温、静电连接板高温、低温、温度冲击、湿热PCB 板湿热、湿热加电、气体腐蚀焊接材料温度冲击、机械振动生产阶段树脂材料高温、温度冲击器件、集成电路静电防护环境适应性高温、低温、温度冲击、湿热成品阶段老化高温加电耐久性高温89