可靠性筛选及环境试验技术

1、1可靠性筛选及环境试验技术可靠性筛选及环境试验技术DQA-QTRJaccky Zang2008-12-102一、概述一、概述国外：国外： 40年代重视可靠性 50年代调查分析，统计试验 60年代失效分析，强调环境试验的重要性 70年代可靠性工程国内：国内： 50年代建立环境适应性实验基地 60年代提出可靠性问题 70年代开展可靠性研究 80年代以后可靠性保证、管理、系统工程 78年电视机的MTBF300500小时，年返修率95% 从可靠性的发展历史看可靠性是战争的产物；是产品的重要指 标；是企业的命脉。可可靠靠性性工工作作的的发发展展3一、概述一、概述可靠性的两种思路及产生的原因可靠性的两种思

2、路及产生的原因1. 通过强化试验保证产品的可靠性2. 从失效机理控制入手保证产品的可靠性 不要割裂的看这两种思路可可靠靠性性发发展展的的历历史史4一、概述一、概述环境试验目的环境试验目的1.考核产品在各种环境条件下的适应性和耐受性2.排除早期失效提高产品的质量3.为失效分析提供验证数据和有效的信息4.为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段环环境境试试验验的的目目的的和和意意义义5一、概述一、概述环境试验意义环境试验意义1.确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。2.充分暴露产品的潜在缺陷，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。3.确认是否符合产品交

3、收的可靠性定量要求。4.发现分析纠正的循环过程，不断提高产品质量。环环境境试试验验的的目目的的和和意意义义6一、概述一、概述应用范围应用范围（1）产品的设计定型（型式）验证试验（2）可靠性增长试验（3）用于生产检查的试验（例行试验）（4）用于产品的验收试验（5）可靠性寿命试验（6）研究性试验和失效分析验证（7）环境应力筛选试验（ESS和HASS）（8）产品的极限应力试验（RET和HALT）环环境境试试验验的的应应用用7一、概述一、概述环境试验类型环境试验类型 环境试验共有约2530种试验类型环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验试验类别人工模拟试验单因素试验综合试验组合试验气候条件高低温、湿

4、度、气压、风雨、冰霜机械条件冲击、碰撞、振动、摇摆、噪声、恒加速度、跌落生物条件霉菌、有害生物、海洋生物辐射条件太阳辐射、电磁辐射、核辐射化学活性物硫化氢、二氧化硫、混合气体、盐雾、防爆试验机械活性物沙粒、沙尘8一、概述一、概述环境试验环境试验 环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，常用于快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。可靠性试验可靠性试验 可靠性试验是对产品进行评价、验证的各种试验如增长、筛选、验收、鉴定、统计等。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验环境试验功能适应性试验极限试验结构完好性试验可靠性试验工程试验统计试验环境应力筛选可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收暴露

5、缺陷暴露缺陷产品验证产品验证9一、概述一、概述功能适应性试验功能适应性试验 当产品在使用环境条件下极限应力水平已知时，给试样施加在使用中的一个或几个环境因素的极限应力，检验产品的机械、电气特性。要求产品的工作状态不变，性能参数不超差。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回10一、概述一、概述极限试验极限试验 不断增加某一个或某几个环境应力的水平，直至试样失效为止，但失效模式不变。比较在正常使用时相应的环境因素的应力水平，用于确定产品正常使用的安全余度和允许使用最大环境应力范围。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回11一、概述一、概述结构完好性试验结构完好性试验 在产品使用

6、环境条件下极限应力水平已知时，给试验样品施加该应力，考核产品能否承受这样大的应力水平，而结构不发生损坏；或者考核产品在低于正常使用极限应力的应力水平下使用的潜在能力，验证产品结构是否已经达到最低的安全余度要求。这种试验要求试样在试验中或应力去掉后结构完好，电气、机械性能正常，不允许有结构失效或潜在的结构失效现象。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回12一、概述一、概述筛选试验的目的筛选试验的目的 通过检验剔除不合格的或有可能早期失效的产品，消除在早期失效期发生的产品缺陷及不良问题，提高产品的使用可靠性。筛选试验的内容筛选试验的内容 常规条件筛选试验、老化筛选试验或环境应力筛选试验（

7、包括机械应力、电应力、热应力、严寒等）。筛选试验的方法筛选试验的方法 规定条件下的目视检查、功能测量、参数检测、密封性检查等。筛筛选选试试验验返回返回13一、概述一、概述可靠性增长试验的定义可靠性增长试验的定义 通过试验逐步改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。可靠性增长试验的特点可靠性增长试验的特点 a. 针对产品的薄弱环节进行 b. 改进后产品原来的薄弱环节不重现或出现率低于允许的水平 c. 验证条件与原故障发生的条件一致或更严酷可靠性增长试验的过程可靠性增长试验的过程 可可靠靠性性增增长长试试验验返回返回（再）设计故障发生14一、概述一、概述鉴定试验的目的鉴定试验的目的

8、是为了验证产品的可靠性，确定产品可靠性与设计要求可靠性的一致性，而不是在于暴露产品的可靠性缺陷，同时鉴定试验在很大程度上可作为产品定型试验。 可靠性鉴定试验方案和试验内容主要是由承制方制定。鉴鉴定定试试验验返回返回15一、概述一、概述验收试验的目的验收试验的目的 确定产品是否符合规定的可靠性要求。验收试验对产品的要求验收试验对产品的要求 用已交付产品或可交付的产品。验收试验的前期工作验收试验的前期工作 在系统或设备的可靠性验收试验开始以前，必须对元器件、零部件及设备完成环境试验。验验收收试试验验返回返回16一、概述一、概述环境试验和可靠性试验环境试验和可靠性试验1.目的不同2.可靠性试验过程可

9、以不加任何环境应力3.环境试验可以不考虑试验的样本量和抽样数量4.环境试验可以确定产品的极限应力5.通过提高环境应力对产品进行加速试验6.可靠性试验主要通过统计计算评价产品的可靠度。环境试验主要用于快速暴露各种环境条件下产品的缺陷。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验17一、概述一、概述环境试验的发展历程环境试验的发展历程1.从模拟自然环境到创造环境条件2.通过试验发现问题到通过试验确定问题和不出问题3.单项试验向组合试验和综合试验发展4.试验监测技术的运用和评价方法的改变5.模拟试验方法（虚拟试验）6.提高试验的再现性，摸清试验与使用之间的关系环环境境试试验验的的发发展展18一、概述一、

10、概述环境试验方法的变化环境试验方法的变化1.模拟自然环境的变化2.加强的环境适应性试验3.针对失效机理进行的环境试验4.由单项试验向组合试验、综合试验发展5.环境试验与试验监测技术运用环环境境试试验验的的发发展展19一、概述一、概述环境试验时间的变化环境试验时间的变化1.加大试验的环境应力，缩短试验时间2.减少测量和试验作业工序所需的时间3.高精度测试与时间的关系环环境境试试验验的的发发展展20一、概述一、概述高精度的实时监测技术高精度的实时监测技术1.加大试验应力，缩短试验时间2.实时监测试验变化3.改变以往的失效判定方法环环境境试试验验的的发发展展21一、概述一、概述环境应力环境应力 就是

11、指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85下工作受到的应力，比在25下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了。 快速的温差变化，宽范围的温差、强烈的振动、冲击都是环境应力的表现形式。基基本本知知识识和和术术语语22一、概述一、概述1010规则规则 当讨论产品在不同环境下的使用寿命时，一般采用“10规则”的表达方式。即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。 电容器的估计寿命用下述公式表示：其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax表示最高工作温度，Ta表

12、示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10 ，电容器寿命将下降一倍。基基本本知知识识和和术术语语2100maxTTLaL23一、概述一、概述环境试验的发展历程环境试验目的、意义应用范围环境试验和可靠性试验的不同环境试验的基本概念本本章章小小结结24二、环境试验标准二、环境试验标准国标GB2421-99 “电工电子产品基本环境试验规程 总则”国标GB2422-95 “电工电子产品环境试验 术语”国标GB2423.1.55为试验方法国标GB2424.1.25为试验导则国标GB/T 4796 “环境参数分类及其严酷程度分级”国军标GJB-150.125 “军用设备环境试验方法”国军标GJB 3

13、67.287 “军用通信设备通用技术条件环境试验 方法”国际电工委员会标准 IEC-68美国军用标准 MIL-STD-810电电子子类类环环境境试试验验标标准准25二、环境试验标准二、环境试验标准国标提供的国标提供的5555种环境试验方法的其中种环境试验方法的其中4 4种种GB2423.189 试验A：低温试验方法GB2423.289 试验B：高温试验方法GB2423.393 试验Ca：恒定湿热试验方法GB2423.493 试验Db：交变湿热试验方法国军标的部分环境试验标准国军标的部分环境试验标准GJB 150.186 军用设备环境试验方法 总则GJB 150.386 军用设备环境试验方法 高

14、温试验GJB 150.486 军用设备环境试验方法 低温试验GJB 150.586 军用设备环境试验方法 温度冲击试验GJB 150.686 军用设备环境试验方法 温度-高度试验GJB 367.287 军用通信设备通用技术条件 环境试验方法电电子子类类环环境境试试验验标标准准26二、环境试验标准二、环境试验标准了解标准了解标准1.国标（GB242 14、GJB360）与IEC是设备和元器件的通用标准；2.军标（GJB150、MIL810）是设备环境试验标准；3.国家标准（GB、JIS、BS）协会标准（IPC）；4.企业标准是已经过裁剪的，针对企业产品的标准；5.标准中不能说哪个更好、更有效的保

15、证可靠性；6.一般来说最严酷的环境试验标准是汽车工业和宇航企业的标准电电子子类类环环境境试试验验标标准准27二、环境试验标准二、环境试验标准国标总则确定的字母意义国标总则确定的字母意义1.组成本系列标准的试验方法用大写字母命名（部分） A：低温 B：高温 C：恒定湿热 D：交变湿热 E：冲撞（例如冲击和碰撞）2. 系列标准试验中的扩充用小写字母细分试验 Ea：冲击 Ec：倾跌 Eb：碰撞 Ed：自由跌落国标中试验方法和导则的意义国标中试验方法和导则的意义1.导则可以看成某类试验的教科书，含有“是什么，为什么”2.试验方法可以看作“如何做、怎样做”的意思电电子子类类环环境境试试验验总总则则28二

16、、环境试验标准二、环境试验标准实验步骤实验步骤（1）预处理为消除或部分消除试验样品以前经历的各种效应，在条件试验前对试验样品所做的处理。（2）初始检测目的是保留试验前的技术参数，用于试验后的比较。（2a）试验样品在试验设备中的安装（GJB） 要考虑安装和连接问题（3）试验把试验样品暴露在试验环境中，以确定这些条件对试验样品的影响。（4）恢复在条件试验之后，最后检测之前，为使试验样品的性能稳定所做的处理。（5）中间检测中间过程的参数测试。（6）重复（3）（5）（7）最终检测试验结束的参数测试电电子子类类环环境境试试验验总总则则29二、环境试验标准二、环境试验标准试验的中断处理（试验的中断处理（G

17、JB150.1GJB150.13.63.6）1.容差范围内的中断2.欠试验条件中断3.过试验条件中断电电子子类类环环境境试试验验总总则则30二、环境试验标准二、环境试验标准环境试验的顺序环境试验的顺序 所谓试验顺序，是指对同一产品进行二种或二种以上的单因素人工模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么试验。试验顺序通常对试验结果是有影响的，如果选择不当会造成试验结果不真实，甚至造成试验中断，所以必须合理的确定试验顺序。环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排31二、环境试验标准二、环境试验标准GBGB对进行这些试验的顺序安排对进行这些试验的顺序安排 GB2421GB2421的第七条规定了气候试验顺序

18、的第七条规定了气候试验顺序 气候试验的顺序主要适用于各类元件，为了在有要求时加以使用，一般认为低温、高温、低气压和交变湿热试验之间有一定的联系，并称之为气候顺序。 高温； 交变湿热（上限温度55的试验Db的第1个循环）； 低温； 低气压（有要求时）； 交变湿热（上限温度55 的试验Db的其余循环）； 这些试验之间的时间间隔应不大于3h，但交变湿热试验第一循环与低温试验之间的时间间隔除外，这一时间间隔包括恢复时间在内应不大于2h。测量通常只在气候顺序的开始和结束时进行，另有规定者除外。环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排32二、环境试验标准二、环境试验标准GJB150.1的附录A“环境试验顺序表

19、”A组地面设备（包括海军海岸用设备）；A1一般基地（隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A2一般基地（不隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A3飞机和导弹的地面支援设备，包括飞机场室外设备，导弹发射架，维修用地面设备和检查设备等，但不包括电子设备；A4全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（隐蔽的）；A5全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（不隐蔽的）；B组空用设备（系指安装在飞机和直升飞机上的设备及空中发射和地面发射导弹上的设备）C组海用设备环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排33二、环境试验标准二、环境试验标准G

20、JB150.1的附录A“环境试验顺序表”环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排试验方法A组A1A2A3A4A5低气压（高度）11133高温22222低温44311温度冲击5【1】5【1】5【1】5【1】5【1】温度-高度太阳辐射3【1】3【1】4【1】4【1】4【1】淋雨8【1】8711【1】11湿热9981212霉菌101091313盐雾11【1】111014【1】14沙尘7【1】7117【1】7爆炸性大气128【1】8【1】浸渍66666加速度振动1313141010噪声冲击12121399【1】有限用途试验34二、环境试验标准二、环境试验标准确定试验顺序的几种方法确定试验顺序的几种方法1.

21、从最严酷的试验项目开始安排试验顺序；2.从最不严酷的试验项目开始安排试验顺序；3.从前一个试验所产生的结果由后一个试验来暴露或加强；4.从产品实际可能遇到的起主要影响的环境因素出现的次序考虑，安排试验顺序；5.只要有可能，试验顺序的确定应以设备使用时工作条件资料为基础，当这种资料不能得到时，建议采用能给出最显著影响的试验顺序；6.考虑试验经费和试验时间来安排试验顺序环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排35二、环境试验标准二、环境试验标准试验顺序对产品的影响试验顺序对产品的影响1.湿热试验后低温试验 湿度试验会让产品的缝隙存有水，低温结冰时会扩大缝隙。2.振动与湿度的关系 振动导致两种材料的结合

22、缝隙扩大，湿热试验水汽更容易进入。3.湿热试验后温度循环的影响 湿热后残存的水汽在温度循环加电工作时，容易形成电解，导致离子迁移。环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响36二、环境试验标准二、环境试验标准元器件试验顺序元器件试验顺序1.参照元器件的规范书进行2.原则上采用分组试验方法3.A、B、C各组的试验顺序类似，仅试验项目有增减环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响37二、环境试验标准二、环境试验标准需要注意的细节需要注意的细节1.从一个试验转换到下一个试验必须测试参数2.超应力试验后的样品一般不要再继续试验3.试验样品根据试验情况需要有恢复时间4.通电试验要保证冷凝不会影响工作、低温不要使电

23、容器不能工作，高温要在技术规范允许的条件下5.元器件和整机的试验存在差异，不要盲目套用。环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响38二、环境试验标准二、环境试验标准环环境境试试验验的的阶阶段段应应力力阶段阶段试验目的试验目的试验特点试验特点试验要求试验要求研发研发鉴定鉴定发现设计缺陷，尽快改进产品高应力、短时间无故障中试中试考察产品是否达到基本的可靠性水平中应力、中时间无设计故障批量批量生产生产生产工艺条件的稳定性低应力、短时间不允许故障大量发生验收验收试验试验确定产品可靠性是否与设计一致，计算产品的MTBF是否满足交收低应力、长时间按制定的要求39二、环境试验标准二、环境试验标准应力水平应力水平

24、 应力条件是以产品的技术规范为参照 低应力技术指标规定以下的应力 中应力技术指标规定的应力或略高 高应力极限应力或略低于极限应力加速应力水平 原则上不要超出产品技术规范规定的极限应力环环境境试试验验的的阶阶段段应应力力40二、环境试验标准二、环境试验标准环环境境试试验验的的阶阶段段内内容容阶段阶段材料和内容材料和内容常用的环境条件常用的环境条件开发阶段开发阶段元件、器件高温、低温集成电路高温、静电连接器高温、低温、温度冲击、湿热PCB板湿热、湿热加电、气体腐蚀生产阶段生产阶段焊接材料温度冲击、机械振动树脂材料高温、温度冲击器件、集成电路静电防护成品阶段成品阶段环境适应性高温、低温、温度冲击、湿

25、热老化高温加电耐久性高温+时间41二、环境试验标准二、环境试验标准比对试验的目的比对试验的目的 选择市场上最好的产品 选择单项应力，单项指标满足设计的产品 选择最适合本单位有利于生产控制的产品生生产产中中常常用用的的试试验验42二、环境试验标准二、环境试验标准例：1000uF/25V；105的电解电容器的比对试验1.试验条件： 温度：100；步进温度：5 ；最高温度：115 ； 时间：每点温度200小时； 应力：直流电压18V；纹波电压5V。2.测试要求： 测试时间：200小时；测试内容：容量、漏电流、损耗3.外观检查： 密封性、外壳损伤、标记、漏液、外壳鼓起4.开封检查： 材料、膜厚、引线、

26、工艺生生产产中中常常用用的的试试验验43二、环境试验标准二、环境试验标准 在合理应用时，环境试验可以帮助使用者对环境价值和系统设计的总耐久性树立信心，帮助建立使用寿命延长项目的基准。 对环境试验得出的结果而言，重要的是要认识到，实验室试验固有的局限性，使其在将实验室结果外推到实际使用条件式，需要很谨慎并进行工程判断。在大多数情况下，实际的环境应力（单个的或组合的）不能在实验室试验中得到实用和可靠的复制。实验室试验更多的是把重点放在产生环境效应上而不是环境本身。因此，使用者不应假设系统或元器件通过了这一标准的实验室试验，就可以通过现场的验证试验，反之亦然。环环境境试试验验的的局局限限性性44二、

27、环境试验标准二、环境试验标准主要的环境试验标准环境试验总则和导则的意义试验顺序和试验步骤对产品的影响环境试验的阶段应力和常用的试验本本章章小小结结45三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响温度应力失效温度应力失效环境应力条件环境应力条件敏感元件和材料敏感元件和材料分类分类( (原因原因) )失效模式失效模式老化抗拉强度老化绝缘强度老化温度+时间塑料、树脂化学变化热分解温度塑料、树脂高温氧化氧化层的结构温度连接点材料、连接器热扩散引线断裂温度+时间异金属连接部位击穿内在的短路，绝缘性差高温（200400）银,金,铜,铁,镁,镍,铅,钯,铂,钽,钛

28、,钨,铝半导体损坏热点、参数漂移温度、电压、电子能非均质材料电迁移引线断开断裂温度+电流（密度为106A/cm2）例如：钨,铜,铝（特别是集成电路中的铝引线）46三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响温度应力失效温度应力失效环境应力条件环境应力条件敏感元件和材料敏感元件和材料分类分类( (原因原因) )失效模式失效模式金属迁移短路温度+应力+时间银、铋、镉、铝、铅、锡、锌金属蔓延疲劳，损坏温度+应力+时间弹簧，结构元件软化、熔化汽化扭曲温度金属，塑料，热保险丝金属脆化损坏、断裂低温体心立方晶体（例如铜，钼，钨）和密排立方晶体（例如锌，钛，镁）及

29、其合金塑料脆化损坏、爆裂低温+低湿度低弹性的非晶体（例如苯乙烯，丙烯酸甲酯）、密封圈焊剂流动噪声，连接不实低温特别是连接到印刷电路板上的元件（例如开关，连接器件）47三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响高温导致的横向剪切力高温导致的横向剪切力 原因：塑料和硅芯片的热膨胀系数相差太大，约1个数量级。塑料：25ppm/（ppm=10-6），硅2.3ppm/ 但不同的塑料和不同的温度其值不同。树脂环氧大约为2168ppm/ ；硅酮2125ppm/ 。 条件：温度变化环境，如：温循、温冲、焊接工艺的波峰焊、再流焊、气流焊。例如：以芯片面积为5X5（mm2）为例，对角线长度最长，所受的应力最

30、大，中心到角的长为3.58mm，在-65 150 的温度循环中，塑料要移动19m，而芯片的顶角只移动1.9m。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响 危害：这种应力对芯片表面产生剪切力，造成对芯片表面粘附力弱的金属化向芯片中心滑移，其结果是：1）金属化铝条滑移引起短路（上下层或相邻的铝条）或铝条断折开路2）在各角的钝化层或多晶硅层甚至硅芯片或介质破裂48三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响低温纵向压力低温纵向压力塑料填料石英砂颗粒对芯片表面的局部损伤 原因：塑料树脂的固化温度150，在070 的正常工作情况下，塑料会对芯片有一个压应力，工作温度越低压应力越大。在塑料封装树脂中一般

31、都加入了石英填料，状如金字形颗粒，其锋利的角尖接触到芯片表面，塑料的压应力传递到石英砂角尖压在芯片上造成了芯片上的局部应力损伤。 条件：石英填料颗粒直径大于2m，在低温非工作条件下这种压应力更为显著。 危害：1）造成金属化条局部破裂甚至开路或烧断2）刺破纯化层或介质造成层间金属化短路3）造成三极管参数变化，特别是使差分对管失去平衡（如RAM中单列线的临介失效）温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响49三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响塑料封装高温离层（爆米花）现象塑料封装高温离层（爆米花）现象 表贴器件（SMD）在经过再流焊后容易发生失效，失效现象常表现为开路、半开路或时好时坏

32、，失效原因是封装塑料发生热开裂（这种裂缝发生在内部，用显微镜进行外观检查时也不可能发现）。 其失效机理是：因表贴器件芯片外面包封的塑料很薄，很少，外部的潮气容易浸入内部。表贴工艺（SMT）是将器件整体加热而不是只对管腿加热（例如：波峰焊、烙铁焊），并且加热时间长（一般215240 ，时间12分钟）。当封装体内有潮气，表贴再流焊时，潮气受热膨胀（水分子体积可扩大40倍），造成封装塑料开裂。开裂的发生与塑料体内含湿量、芯片尺寸、塑料包封的厚度，管脚引线与塑料的粘合状况以及再流焊时受到的温度冲击等因素有关。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响50三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响危

33、害：由于剥离或爆裂而拉断引线和芯片破裂。 芯片尺寸越大，塑料包封层越薄的SMD，机械应力问题更为突出，因此，越容易发生热开裂现象。根据SMD器件对潮湿的敏感性，可分为16级，其中6级是最敏感的。潮湿敏感器件要采用真空包装，如果包装受到破坏，允许放置的时间如下表所示，如果超出了规定的时间，表贴前必须先进行烘烤。 潮敏级别 1 2 2a 3 4 5 5a 6 级别 时间 条件（30） 1 无限制 85% RH 2 1年 60% RH 2a 4周 60% RH 3 168h 60% RH 4 72h 60% RH 5 48h 60% RH 5a 24h 60% RH 6 使用前必须烘烤，并在规定时间

34、内回流温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响51三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响高温大电流造成的电迁移 互连引线中通过大电流密度时，静电场力驱动电子由阴极向阳极运动。高速运动的电子与金属原子发生冲量交换，原子受到强烈的电子冲击力，这就是电迁移理论中的电子风力Fwd。实际上，金属原子还受静电场力Fei的作用，如图一所示。 当互连引线中的电流密度较高时，向阳极运动的大量电子碰撞原子，使得所产生的电子风力Fwd大于静电场力Fei（图1）。因此，金属原子受到电子风力的驱动，产生了从阴极向阳极的受迫的定向扩散，即发生了金属原子的电迁移（图2）高高温温对对产产品品的的影影响响阳极阳极阴极

35、阴极电子流电子流图图1 1 电迁移作用力的示意图电迁移作用力的示意图F Fei eiF Fwdwd图图2 2 金属原子电迁移示意图金属原子电迁移示意图52三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响热加速特性热加速特性 电迁移产生的局部缺陷使得引线的导电面积减小，电流密度增加，形成电流聚集。电流聚集引起了焦耳热效应，使引线局部温度升高，并产生温度梯度。由于原子的扩散与温度相关，因此，产生了热应力。热应力梯度与电迁移方向相同，加大电迁移驱动力，加速电迁移现象。高高温温对对产产品品的的影影响响高温大电流造成的电迁移高温大电流造成的电迁移53三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响湿湿度

36、度对对产产品品的的影影响响湿度应力失效湿度应力失效所使用的环境条件所使用的环境条件敏感元件和材料敏感元件和材料一般一般分类分类媒介分类媒介分类或原因或原因失效模式失效模式水汽吸附吸收扩散膨胀绝缘性能变差潮解湿度使用低结晶度的极性树脂（例如聚酰胺、聚乙烯醇、酚醛树脂）封装、覆盖或者构造元件水解化学变化温度+湿度聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、对苯二甲酸丁二酯微细爆裂（细线爆裂，吸气）湿气渗透绝缘性能变差潮解湿度、温湿度循环冷热冲击+湿度温度循环+湿度用树脂覆盖或者封装元件迁移离子迁移短路绝缘性能变差湿度+直流电场铋、镉、铜、铅、锡、锌、银湿度+直流电场+卤素离子当与卤素共存时，发生迁移的金属：金、铟、钯

37、、铂54三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响湿湿度度对对产产品品的的影影响响湿度应力失效湿度应力失效所使用的环境条件所使用的环境条件敏感元件和材料敏感元件和材料一般一般分类分类媒介分类媒介分类或原因或原因失效模式失效模式腐蚀电池腐蚀颜色变化、阻抗增加、开路湿度+与外金属接触所形成的电势连接0.2伏电势的连接器或需更加仔细选择电解腐蚀湿度+直流电场例如电阻、封装集成电路的树脂、PCB板裂隙腐蚀湿度霉菌无绝缘性能变差质量变化分解腐蚀温度（2535）+湿度（最小为90%）塑料材料（例如聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰胺）55三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的

38、影响用水滴法进行试验产生离子迁移的照片用水滴法进行试验产生离子迁移的照片湿湿度度对对产产品品的的影影响响56三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （1）物理性能的变化 潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体积膨胀、机械强度降低等。由于吸潮，使密封产品的密封性降低或遭破坏、产品表面涂敷层剥落、产品标记模糊不清等。湿湿度度对对产产品品的的影影响响57三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （2）电性能变化 由于凝露和吸附作用，使绝缘材料的表面绝缘电阻下降。另外，由于水分的吸收和扩散（渗透）作用，使绝缘材料的体积电阻下降，损耗角增大，从而产生漏电流。对于整机设备，

39、将会导致灵敏度降低、频率漂移等。湿湿度度对对产产品品的的影影响响58三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （3）腐蚀作用 湿热试验一般不能作为腐蚀试验。湿热的腐蚀作用是由于空气中含有少量的酸、碱性杂质，或由于产品表面附着着如焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀作用。湿湿度度对对产产品品的的影影响响59三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响1.材料间热应力不同造成焊接部位开裂2.膨胀、收缩、变型是主要应力温温度度冲冲击击对对产产品品的的影影响响在冷热冲击条件下印刷电路板焊接接脚错位在冷热冲击条件下印刷电路板焊接接脚错位60三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产

40、品的影响机机械械冲冲击击和和振振动动对对产产品品的的影影响响机械应力机械应力失效现象失效现象受影响的部件受影响的部件振动断裂、脱落、瞬断、瞬接共振渗透元件、内部不良的元器件、接插件、装配件、紧固件继电器组件、整机空腔密封的元器件冲击断裂、脱落、变形元器件、接插件、装配件、紧固件碰撞断裂、脱落、变形元器件、接插件、装配件、紧固件61三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响（1 1）对结构的影响）对结构的影响 主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。这种破坏又可分为由于振动所引起的应力超过产品结构强度所能承受的极限而造成的破坏，以及长时间的振动（例如107次以上应力循

41、环的振动）使产品发生疲劳而造成的破坏。这种破坏通常是不可逆的。（2 2）对工作性能的影响）对工作性能的影响 主要是指振动使运动部件动作不正常、接触部件接触不良、继电器产生误动作、电子管噪声增大、指示灯闪烁，从而导致工作不正常、不稳定，甚至失灵不能工作，这种影响的严重程度，往往取决于振动量值的大小，而且这种破坏通常不属于永久性的破坏。因为在许多情况下，一旦振动停止，工作就能恢复正常。这种破坏往往是可逆的。（3 3）对工艺性能的影响）对工艺性能的影响 这种影响主要是指螺钉松动，连接件或焊点脱开等。这种破坏通常在一个不太长的振动时间内（例如半小时）内就会出现。机机械械冲冲击击和和振振动动对对产产品品

42、的的影影响响62三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温度应力对产品的影响湿度应力对产品的影响机械应力对产品的影响本本章章小小结结63四、环境试验内容四、环境试验内容军用标准军用标准 GJB 150.3-86 军用设备环境试验方法 高温试验 GJB 150.4-86 军用设备环境试验方法 低温试验试验条件（贮存）试验条件（贮存） 高温70；时间48小时（高温工作时间灵活掌握） 低温-55 ；时间24小时（低温工作时间灵活掌握）特点特点 1. 军用设备标准简单明了，容易掌握 2. 约束条件少，一般应用于产品的极限应力的适应性 3. 采用军标对产品进行寿命考核时，不要直接套用以上条件高高

43、温、温、低低温温试试验验64四、环境试验内容四、环境试验内容试验标准试验标准 GB2423.1-89 GB2423.1-89 试验试验A A：低温试验方法：低温试验方法 GB2423.2-89 GB2423.2-89 试验试验B B：高温试验方法：高温试验方法 GB2424.1-89 GB2424.1-89 高温低温试验导则高温低温试验导则试验目的试验目的 用来考核和确定电工、电子产品在高温、低温环境条件 下贮存和（或）使用的适应性严酷程度严酷程度 试验温度应优先从下列数值中选取，试验温度的容许偏 差范围均为2 高温：+200 +85 低温：65 55 +175 +70 40 25 +155

44、+55 10 5 +125 +40 +5 +100 +30 持续时间持续时间 持续时间应从下列时间中选取：2，16，72，96h。如果对试验样品是进行与耐久性或可靠性相联系的试验时，则试验持续时间应由有关标准根据产品特点和实际工作要求另行规定。高高温、温、低低温温试试验验65四、环境试验内容四、环境试验内容高温试验要求高温试验要求 1. 试验时，试验样品应尽可能放在试验箱中央，以便在试验样品的任何部分和箱壁之间有尽可能大的空间。 2. 试验箱的容积对试验样品体积之比应不小于5：1。 3. 试验样品任何表面和相对应的箱壁之间的最小距离应不小于1020cm（距离与样品体积大小，散热瓦数有关）。 a

45、. 非散热试验样品的高温试验：试验Ba温度突变； 试验Bb温度渐变。 b. 散热试验样品的高温试验：试验Bc突变； 试验Bd温度渐变。高高温、温、低低温温试试验验66四、环境试验内容四、环境试验内容环境温度校正计算图GB 2423.2-89附录A 当环境温度20时样品表面温度为60 ；环境温度55时样品表面温度是多少？高高温、温、低低温温试试验验67四、环境试验内容四、环境试验内容低温试验要求（低温试验要求（AdAd散热试验样品温度渐变的低温试验）散热试验样品温度渐变的低温试验）1. 试验样品任何表面与其对应的箱（室）壁间的最小距离大于15cm2. 箱（室）体积对试验样品体积之比不小于5:1（

46、电子、仪表、低 压电器类）或10:1（电视、变压器、高压电器等）3. 在无强迫空气循环试验（优先选用）情况下，试验箱（室）与试 验样品大小及其散热总量比较起来应足够大，要大到可以模拟 “自由空气”条件的影响4. 用有强迫空气循环的试验箱（室）进行试验时，风速应尽可能低5. 条件试验结束时，对通电运行或加负载的试验样品应先停止通电 或卸去负载，试验样品仍保留在试验箱（室）内，将试验箱（室） 温度渐渐升高到正常的试验大气条件范围内，箱（室）内温度变 化的速率为不大于1/min（不超过5min时间的平均值）6. 中间测量一般在箱内，样品不移出。高高温、温、低低温温试试验验68四、环境试验内容四、环境

47、试验内容使用标准使用标准GB/T 2423.22 试验n：温度变化试验方法GB 2423.13 温度变化试验导则GJB 150.5-86 军用设备环境试验方法温度冲击试验温度冲击试验试验设备 两箱法；一箱法；两液槽法。温温度度变变化化试试验验69四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击温度冲击试验试验NaNa：规定转换时间的快速温度变化试验试验目的：试验目的： 确定元件、设备和其它产品经受环境温度迅速变化的能力TA：低温GB 2423.1TB：高温GB 2423.2t1： 试验时间 可选3、2、1h， 30min或10min a、10min的试验时间适用于小 试验样品 b、无规定时用3小时t2

48、： 转换时间 23min；2030s；10s； 一般选23min，严酷选后两种，10s一般为自动转换温温度度变变化化试试验验70四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击（续一）温度冲击（续一）试验Na：规定转换时间的快速温度变化试验循环次数 一般为5次，除非另有规定严酷程度 试验严酷程度由低温与高温温度差值、转换时间和循环次数确定试验设备和要求 温度冲击试验可采用两箱法温温度度变变化化试试验验71四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击（续二）温度冲击（续二）试验试验NcNc：两液槽温度快速变化试验试验目的试验目的 确定元件、设备或其他产品经受温度快速变化的能力。 本试验产生一种急剧的热冲击，

49、适用于玻璃金属密封及类似的试验样品。TA：低温 0TB： 高温 100循环次数循环次数 一般为10次，除非另有规定严酷程度严酷程度 本试验方法有两组标准化了的持续时间参数 第一组：t2=82s 5mint120min 第二组：t2=21s 15st15min试验设备试验设备 应有两个槽，一个用于低温，另一个用于高温温温度度变变化化试试验验72四、环境试验内容四、环境试验内容温度循环温度循环试验试验NbNb：规定温度变化速率的温度变化试验试验目的：试验目的： 确定元件、设备和其它产品耐环境温度变化的能力和在环境温度变化期间的工作能力。TA：低温GB 2423.1TB：高温GB 2423.2t1：

50、 试验时间 可选3、2、1h， 30min或10min a、10min的试验时间适用于小 试验样品 b、无规定时用3小时温温度度变变化化试试验验73四、环境试验内容四、环境试验内容温度循环（续）温度循环（续）试验试验NbNb：规定温度变化速率的温度变化试验循环次数循环次数 一般为2次，除非另有规定上升速率上升速率 试验箱的温度升降变化速率（不超过5min内的平均值）应为10.2/min、30.6/min或51/min严酷程度严酷程度 试验严酷程度是由试验的低温和高温温度值，温度变化速率和循环次数来确定的。试验设备和要求试验设备和要求 温度循环试验采用一箱法，在试验期间可以监测试验样品的性能。温

51、温度度变变化化试试验验74四、环境试验内容四、环境试验内容GJB 150.5-86 GJB 150.5-86 军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法温度冲击试验温度冲击试验试验目的 确定军用设备在周围大气温度急剧变化时的适应性。试验条件1.试验温度：高温为70 低温为55 2.试验温度保持时间：1h或者直至试验样品达到温度稳定，以时间长者为准。3.转换时间：不大于5min4.循环次数：3次试验设备 本标准应用温度冲击试验箱（室）或采用高温试验箱（室）和低温试验箱（室）进行温度冲击试验，以提供试验样品经受周围空气温度急剧发生变化的环境温度。温温度度变变化化试试验验75四、环境试验内容四、环境试

52、验内容温度冲击与温度循环有什么不同温度冲击与温度循环有什么不同温温度度变变化化试试验验温度冲击试验温度循环试验温度变化速率急剧2030/min缓慢15 /min循环次数510个循环（多至1000循环）210个循环（多至1000循环）试验时间短长用途1膨胀系数不同引起的连接部剥离1通过长期试验发现腐蚀倾向2膨胀系数不同龟裂后水分进入（冷凝、扩散）2长时间地多次循环观察应力疲劳现象3水分渗入导致腐蚀及短路现象发生的加速试验3不均匀受热导致的变形、开裂使用设备温度冲击试验箱或两箱高低温试验箱中间过程样品不工作、参数不测试加电工作并参数测试76四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击温度冲击 异种材料

53、热膨胀系数不同而造成的故障问题 急剧的温度变化，将使产品受到一种热冲击力。在这种热冲击力的作用下，将导致涂敷层脱落、灌封材料或密封化合物龟裂甚至破碎、密封外壳开裂、填充材料泄漏，玻璃器皿和光学仪器等破碎。温度循环温度循环 对于由不同材料或同种材料构成的产品，由于温度变化时产品受热不均匀，因此导致材料的变形、开裂。 受热不均匀的产品，在工作期间由于温度的变化会产生蠕变失效，这些失效不同于热冲击。 就环境试验而言，温度冲击和温度循环试验的目的性，在标准中已很明确。温温度度变变化化试试验验77四、环境试验内容四、环境试验内容温度变化的应用温度变化的应用1.在美国，冷热温度冲击试验经常作为产品出厂前的

54、一种筛选试验形式对产品进行100%的全数检查。2.在日本，冷热冲击试验则作为加速可靠性试验的一种形式广泛应用于产品开发的阶段（HALT）。3.筛选试验（ESS、HASS）4.焊接工艺评估5.内部互连的评估6.灌封材料的评估7.新材料、新工艺的评估温温度度变变化化试试验验78四、环境试验内容四、环境试验内容GB 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Ca：恒定湿热试验方法GB 2423.4-1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db：交变湿热试验方法GB 2423.9-1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb：设备用恒定湿热试验方法GB/T 2423.40-19

55、97 电工电子产品环境试验 第2部分： 试验方法 试验Cx：未饱和高压蒸汽恒定湿热GB/T 2423.50-1999 电工电子产品环境试验 第2部分： 试验方法 试验Cy：恒定湿热主要用于元件的加速试验GB/T 2424.2-1993 电工电子产品基本环境试验规程 湿热试验导则GJB 150.9-86 军用设备环境试验方法 湿热试验湿湿热热试试验验79四、环境试验内容四、环境试验内容湿度的物理现象湿度的物理现象 凝露、吸附、吸收、扩散、呼吸凝露、吸附、吸收、扩散、呼吸水渗入固体材料内部与通过缝隙进入封闭空隙中的机理水渗入固体材料内部与通过缝隙进入封闭空隙中的机理 a. 水渗入固体材料是由于“体

56、积扩散”，一个个单体水分子通过固体材料的分子空隙的运动。该机理导致“吸收”现象，可使水分子到达塑料封装器件内部的灵敏部分，如到达薄膜电阻器中的电阻膜。按相同的过程，水分子也能到达封闭物的内部空隙，在这种情况下，解吸是潮气进入内腔这一过程的结束。 b. 穿过缝隙的渗入是由于水汽在充满空气的泄漏通道或封闭物中运动的结果。这可分为三种作用机理说明： 扩散：水分子沿缝隙中气体的浓度梯度而运动。扩散不依赖空气的宏观流动。 流动：水分子通过缝隙被空气流吸入。 呼吸：由于空气压力与水汽分压力之差随缝隙的深度而变化，使水汽沿缝隙而流动，即由于温度变化而使水汽流动。 注：辨别缝隙的渗透机理具有某种随意性，事实上

57、扩散和流动是一个连续转变的过程，流动也可能是呼吸作用的结果。湿湿热热试试验验80四、环境试验内容四、环境试验内容试验方法的选择试验方法的选择 湿热试验是产品三防（防潮、防霉、防盐雾）试验之一，被广泛用于电子电工技术领域。要想得到最经济、易控制、再现性好的试验结果，正确的选用试验方法是非常重要的。 （1）根据产品的受潮机理和吸湿方式选择湿热试验方法。 （2）根据产品本身的特征选择。 （3）根据试验结果的再现性选择。湿湿热热试试验验81四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CaCa：恒定湿热试验方法：恒定湿热试验方法试验条件 温度402、相对湿度应能保持在93%3%+2%的范围内严酷等级 在本标

58、准中，试验严酷等级由试验持续时间决定中间检测 1. 在条件试验期间或结束时，有关标准可以要求对试验样品加电负载和（或）测量，并规定测量时间和测量项目。 2. 中间检测时不允许将试验样品移出试验箱（室）外，更不允许在恢复后进行测量。 3. 若在条件试验结束前想要知道该类试验样品的性能，则对每一特定的试验时间都要另增加一组试验样品。每组样品的恢复和最后检测应分别进行。湿湿热热试试验验82四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CbCb：设备用恒定湿热试验方法：设备用恒定湿热试验方法严酷等级 试验严酷等级是由温度、相对湿度和时间组合而成，并由有关标准加以规定。 温度和相对湿度的条件可以从下列组合中选

59、择： 302（933）% 402（933）% 302（853）% 402（853）% 推荐的试验时间是： 2，4，7，10，21天湿湿热热试试验验83四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验DbDb：交变湿热试验方法：交变湿热试验方法严酷等级严酷等级 试验严酷等级由高温温度和试验周期数的组合确定。 a. 高温温度：40 试验周期：2，6，12，21，56天 b. 高温温度：55 试验周期：，1，2，6天中间检测中间检测 在条件试验期间，有关标准可要求对试验样品的电气和（或）机械性能进行检测。 中间检测时，不允许将试验样品移出工作空间恢复后进行测量。 如要求中间检测，有关标准应明确规定测量项目以

60、及在条件试验的哪一（些）阶段进行测量。湿湿热热试试验验84四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验DbDb：交变湿热试验方法：交变湿热试验方法试验过程1.试验准备 在温度为253、相对湿度为45%75%的条件下，使试验样品达到温度稳定。之后，在1h内将工作空间内的相对湿度升高到不小于95%2.循环试验 见右图3.恢复 应将试验箱（室）工作空间内的相对湿度在0.5h内降至75%3%，然后在0.5h内将温度降至实验室的温度，容差为2。湿湿热热试试验验循环试验图循环试验图85四、环境试验内容四、环境试验内容物理过程的加速物理过程的加速 1. 目前还不可能给出一个通用而有效的加速因子。在相对湿度给 定