环境试验(学)ppt课件

1、： 87236376 ： 87237185 ：510610地址：广州市天河区东莞庄路110号信息产业部电子第五研讨所元器件可靠性研讨分析中心授课：冯敬东老化、环境及可靠性实验1. 1 概述 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的才干，就叫做电子产品的可靠性。可靠性实验是为产品的可靠性进展调查、分析和评价的一种手段。 可靠性实验目的：(a)发现产品在设计、资料和工艺方面的各种 缺陷。(b)为改善产品完好性、减少维修费用及保证 费用 提供信息。(c)确认能否符合可靠性定量要求。(c)评价产品的运用寿命。 一、可靠性实验及目的21. 1 概述10 规那么： 当讨论产品在不同环境下的运用寿命时,

2、普通采用“规那么的表达方式。详细运用时可以表达为“10规那么，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。这种规那么可以阐明温度是如何影响产品寿命失效的。 二、根本知识和术语31. 1 概述二、根本知识和术语浴盆曲线： 通常将电子元件和设备失效率数值衔接成曲线后就会得出所示的“浴盆曲线。此图阐明半导体元器件与电子器件失效曲线是随着操作时间变化而变化。产品不同阶段失效缘由可以用右边表格阐明 失效时期早期失效期随机失效期退化失效期常见失效机理和原因 不够完善 的生产存在缺陷 的材料不合适的 环境不够完善 的设计 外部振动使用人员 误用环境

3、条件 的变化波 动不良抗压 性能 氧化疲劳 老化性能 退化腐蚀 4第一章 可靠性概论可靠性任务的技术内容 可靠性技术是研讨如何评价、分析和提高产品可靠性的一门综合性的学科。可靠性任务的技术内容包括： 可靠性系统分析、 可靠性设计、 可靠性消费、 可靠性维护、 可靠性失效分析、 可靠性数据搜集处置和交换技术、 可靠性实验、5第二章 可靠性实验的分类 可靠性实验分类可靠性实验对于不同的运用有不同的分类方法实验目的分类、实验场地分类、实验方法分类是常用的3种分类方法普通工程和系统人员大部分采用第一种按实验目的分类元器件采用第三种按实验方法分类6第二章 可靠性实验的分类1 可靠性实验按实验目的可分为工

4、程实验与统计实验两大类可靠性实验工程实验统计实验环境应力挑选可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收实验目的分类7第二章 可靠性实验的分类1工程实验的内容： 包括挑选实验和可靠性增长实验。工程实验的目的： 暴露产品设计、工艺、元器件、原资料的可靠性缺陷，对产品的缺点缘由进展分析并采取有效的针对性纠正措施加以排除。工程实验由承制方进展，以研制样机为受试产品 工程实验8第二章 可靠性实验的分类1 挑选实验挑选实验的内容： 常规条件挑选实验、老化挑选实验和环境应力挑选实验包括机械应力、电应力、热应力、严寒等。美军方实验方法挑选实验的目的： 经过检验剔除不合格的或有能够早期失效的产品，消除在早期失效期发生的产品

5、缺陷及不良问题，提高产品的可靠性。挑选实验的方法： 规定条件下的目视检查、功能丈量、参数检测、密封性检查等。9第二章 可靠性实验的分类1 可靠性增长实验可靠性增长实验的定义： 经过实验逐渐矫正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。可靠性增长实验的特点： a. 针对产品的薄弱环节进展 b. 改良后产品原来的薄弱环节不重现或出 现率低于允许的程度 c. 验证条件与原缺点发生的条件一致或更严酷 可靠性增长实验的过程：再设计缺点发生10第二章 可靠性实验的分类1统计实验的内容： 可靠性鉴定实验和可靠性验收实验，还有一种目的不在验收与否的实验可靠性测定实验，是研制方对本身产品当前到达的可靠性

6、程度的信息获取。统计实验的目的： 验证产品能否到达规定的可靠性规范 ，统计实验11第二章 可靠性实验的分类1鉴定实验 可靠性鉴定实验的目的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 ，同时鉴定实验在很大程度上可作为产品定型实验。 可靠性鉴定实验方案和实验内容主要是由承制方制定。12第二章 可靠性实验的分类1 验收实验验收实验的目的： 是确定产品能否符合规定的可靠性要求验收实验对产品的要求： 用已交付产品或可交付的产品。验收实验的前期任务： 在系统或设备的可靠性验收实验开场以前，必需对元器件、零部件及设备完成环境实验包括冲击、振动、离心、温度、

7、湿度、沙劣、盐雾、核梅射、电磁干扰等等 ，和单项实验抗静电实验、电磁辐射、平安性实验，允许的边缘环境条件考核产品。13第二章 可靠性实验的分类2 可靠性实验按实验场地分可以是实验室实验也可以是运用现场实验实验室实验：在实验室内模拟实践运用条件或在规定的任务及环境条件下进展的实验。运用现场实验： 原那么上现场实验最能忠实地反映产品的实践可靠性程度。只需做好统计，不用另外找样品做实验。实验场地分类14 从广义上来说，凡属与可靠性有关的实验都属于可靠性实验。例如，挑选实验、质量认证实验、产品的交收验收实验、产品的质量检验等等。本节可靠性实验分类，指专门用来评价产品可靠性特征量或用来确定产品失效方式而

8、作的各类实验。 实验主要有寿命实验、评价鉴定实验、环境顺应性实验等 。第二章 可靠性实验的分类3实验方法分类15第二章 可靠性实验的分类3寿命实验耐久性实验)： 寿命实验为了评价分析产品在规定运用和维护条件下的运用寿命而进展的一种实验。用于调查分析何时出现电子元器件和机械零件的摩耗和运用寿命的问题，运用寿命的缺点分布函数呈什么样的外形；以及分析失效率上升的缘由。专门用来评价产品可靠性特征量或用来确定产品失效方式而进展的一种实验。实验内容包括：储存寿命实验任务寿命实验加速寿命实验寿命实验16第二章 可靠性实验的分类3序进应力加速寿命实验长期任务储存 评价鉴定 试 验环境顺应性 试 验设备MTBF

9、实验元器件失效率实验常规加速人工模拟现场运用实验天然暴露实验非截尾截尾定时定数恒定应力步进应力实验分类图17 在失效率实验和验收实验中常采用截尾实验和非试尾实验 实验不断进展到全部实验样品都失效才截止的实验，称为非截尾实验; 实验进展到规定的时间就截止的实验，称为定时截尾实验，实验进展到规定失效数就截止的实验，称为定数截尾实验。 根据实验过程中失效样品能否可以交换的情况，还可分为有交换实验和无交换实验 截尾和非截尾实验第二章 可靠性实验的分类318比对实验：1。选择同种产品中可靠性最好的2。选择同种产品中技术目的最好的3。选择同种产品中某项技术目的最好的4。选择几个消费批次中最好的 对产品优劣

10、的评价必需综合思索，在比对实验中为了尽快地出结果，可以思索加速实验方法。第二章 可靠性实验的分类3消费中常用的实验19型式实验验证实验、定型实验 型式实验在产品研制和开发阶段同步或后期进展，实验目的是考核研制的产品在满足技术目的情况下对各种环境条件的顺应性。为消费的产品获得相应质量答应作预备。第二章 可靠性实验的分类消费中常用的实验阶段材料和内容常用的环境条件开发阶段元件、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环境适应性高温、低温、温度冲击、湿热老化高温加

11、电耐久性高温时间 20其他实验在实践任务中常发生 在用户的运用中往往会提出比某一项原定技术目的更高要求的运用条件，因此必需进展超额运用的实验。例如230、10秒的耐焊接热元器件，能否在260、6秒的条件下运用消费中常用的实验第二章 可靠性实验的分类21第三章 可靠性实验 可靠性实验的要素1. 实验条件：可靠性实验的条件既要思索到受试产品的固有特性，还要思索到影响受试产品缺点出现的其他要素。在选定产品可靠性实验的条件时，应思索下述内容: (a)要求或进展可靠性实验的根本理由； (b)预期产品运用条件的变化； (c)运用条件中的不同应力要素引起产品缺点的能够性； (d)不同实验条件下需求的实验费用

12、； (e)可供可靠性实验用的实验设备； (f)可供实验用的时间； (g)估计的不同实验条件下的产品可靠性特征值。222. 缺点判据 对于产品的每一个需求监测的参数应规定它的容差限 。 由于丈量错误或外部测试设备出缺点而产的缺点景象不能以为是受试产品的缺点。 假设出现两个或更多的独立缺点缘由，那么每一个缺点缘由都以为是受试产品的一个缺点。 对产品施加了超出其规定忍受才干范围的应力而呵斥的缺点称为误用缺点，属非关联缺点。 关联缺点 和非关联缺点与产品可靠性鉴定或验收实验的关系。第三章 可靠性实验可靠性实验的要素233. 1可靠性实验的根本原那么可靠性测定实验、验证实验、增长实验的环境条件应尽能够反

13、映产品在现场运用与义务环境的特征投人可靠性实验的受试产品应该曾经过挑选、老炼，排除了产品早期缺点，应该己经经过环境顺应性实验。因此，环境顺应性实验和应力挑选应排在可靠性实验之前。在进展可靠性实验之前应该获得实验设备、仪器、仪表任务符合规定要求的报告。 第三章 可靠性实验可靠性实验的根本原那么24第三章 可靠性实验 3. 2 可靠性实验的综合安排 实验方案的安排应该尽能够把可靠性实验、性能实验、环境实验和耐久性实验结合起来，构成一个比较全面的可靠性的综合实验方案 产品的性能测试普通在产品的样机消费出来之后就立刻进展。产品的性能特性参数有规定的允许限。假设性能特性参数落入允许限，产品的性能是合格的

14、 在实验前、实验中、实验后，都应进展产品性能测试，并记录实验前、中、后的技术参数。 先进展产品的挑选、老炼，排除产品的早期缺点，使产品的缺点率趋于稳定，这样在可靠性实验中可反映出产品的固有可靠性，而不是暴露产品的早期缺点。 可靠性实验的综合安排25挑选的定义：采用非破坏性应力检查一切产品消 除隐患.挑选的作用：在消费期间排除良好设计的产品在 制造过程中引入缺陷的工艺手段。挑选的适用范围：包括产品研制阶段工程设计 人员、批消费阶段和出厂前挑选的特点：环境应力挑选是一种工艺，而不是 一种实验。挑选是100对产品进展挑选的目的：是迫使存在于产品中的会变成早期 缺点的缺陷提早变成缺点 参照规范：国军标

15、GJB1032“电子产品环境应力挑选方法 第四章 挑选实验环境应力挑选定义及其阐明 26 挑选实验可以在元件、器件、衔接器等产品或整机系统中进展，根据要求不同可以有不同的应力挑选实验，环境应力挑选的主要实验为： 电应力挑选： 加电任务实验、加电加负荷实验温度应力挑选： 高温、低温、高温任务或低温任务环境应力挑选： 温度变化机械应力挑选： 冲击或振动其他挑选： 参数挑选、一致性挑选挑选实验也可分为普通挑选一次挑选、精细挑选二次挑选第四章 挑选实验环境应力挑选定义及其阐明 27不存在一个通用的，对一切产品都具有最正确效果的挑选方法，挑选是一个动态的闭环过程，消费早期确定的挑选方法同样需求进展改动。

16、一个良好的环境应力挑选具备以下特性:a) 可以很快析出潜在缺陷，包括能析出适当数量的固有(设计)缺陷； (b)不会引起不适当的设计缺点，诱发附加的缺点，耗费受筛产品寿命。 (c)不应对制造过程控制添加不适当限制。挑选实验也分为: 普通挑选一次挑选、 精细挑选二次挑选 第四章 挑选实验环境应力挑选的特性 28第四章 挑选实验温度变化挑选 与温度变化相比，不论温度幅度多大，恒定高温挑选效果远低于温度变化。 温度变化诸参数中，对挑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 29第四章 挑选实验进展扫频正弦振动

17、时，其频率在给定频段内慢速变化，因此能在每个谐振频率上继续一段时间，使激发缺陷的才干有所加强，但陷藏较深的缺陷仍不易暴露。进展随机振动时，一切谐振频率在整个振动时间内同时受鼓励，激发才干大大加强。可见在振动挑选中，随机振动是最有效的，其次为扫频正弦振动。各种振动方式激发 缺点的曲线图。机械振动挑选 30 (a)环境应力挑选不应改动产品失效机理； (b)由于挑选的目的是剔除早期缺点，因此不用准确模拟产品真实的环境条件； (c)挑选可以提高批产品的可靠性程度，但它不能提高产品的固有可靠性，只需改良设计、工艺等才干提高后者；(d)对于关键设备，应实施三级(元器件级、电路板级、设备级)100%的环境应

18、力挑选；(e)它不是可靠性鉴定、验收实验，但经过挑选的产品有利于鉴定和验收实验的顺利进展。第四章 挑选实验挑选实验的本卷须知 31通电老化实验： 目的是为了经过实验剔除浴盆曲线中的早期失效，常用于整机、组件。为了保证实验时不使产品劣化蜕变，到达甄选缺陷品的目的，其重点是实验条件如何设定。通电老化实验时要留意的问题： 运用的应力类型及应力参数； 老化时间； 通/断电要求； 检测要求； 无缺点数量要求。第四章 挑选实验老化实验32环境应力条件可以引起产品失效，Hughes航空公司美国技术资料明确地表示了失效与环境应力的关系。图中可见在各种应力影响之中温度和湿度所引发的失效占一切环境应力引发失效的6

19、0%左右。第五章 环境实验33第五章 环境实验环境实验目的： 1 察看产品在各种环境下的顺应性和耐受性 2 排除早期失效提高产品的质量 3 为失效分析提供验证和有效的信息 4 为寿命实验和加速寿命实验提供实验手段环境实验的意义： 环境实验贯穿于电子电工产品的设计、试制、消费、销售、运用的全过程，通常是设计 环境实验 改良 再环境实验 直至投产。环境实验做得越仔细越严厉，改良提高得越好，在运用中越可靠。因此环境实验是可靠性实验的根底和最常用的技术手段 34第五章 环境实验环境实验的实验顺序 电子电工产品的环境实验方法很多，这就有一个实验顺序的问题。所谓实验顺序，是指对同一产品进展二种或二种以上的

20、单要素人工模拟实验时，应先进展什么实验，后进展什么实验。实验顺序通常对实验结果是有影响的，假设选择不当会呵斥实验结果不真实，甚至呵斥实验中断，所以必需合理确实定实验顺序。(1)根据实验目的来确定实验顺序(2)根据实践遇到的环境要素来确定实验顺序(3)根据能对产品产生最大的影响来确定实验顺序 (4)根据实验的经费和时间确定实验顺序 35 温度应力失效环境应力条件敏感元件和材料分类（原因）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（200-400）银，金

21、，铜，铁，镁，镍，铅，钯，铂，钽，钛，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断开引线断裂温度电流（密度为106A/cm2例如，钨，铜，铝（特别是集成电路中的铝引线）第五章 环境实验温度应力对产品的影响36 温度应力失效环境应力条件敏感元件和材料分类（原因）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

22、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，连接器件第五章 环境实验温度应力对产品的影响37 湿度应力失效所使用的环境条件敏感元件和材料一般分类媒介分类或原因失效模式水气吸附吸收 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

23、迁移的金属：金、铟、钯、铂霉菌 无绝缘性能变差质量变化分解腐蚀温度（25-35C）+ 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、第五章 环境实验湿度对产品的影响38 湿度应力失效所使用的环境条件敏感元件和材料一般分类媒介分类或原因失效模式腐蚀 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、板、裂隙腐蚀湿度第五章 环境实验湿度对产品的影响39机械应力失效现象受影响的部件振动断裂、脱落瞬断、瞬接共振渗漏元件、内部不良的元器件、接插件、装配件、紧

24、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、紧固件第五章 环境实验机械冲击和振动对产品的影响40冷热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）510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 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调查分析市场失效的相关性 使用设备 冷热冲击试验箱 高低温试验箱冷热冲击与温度循环的区别第五章 环境实验4151 电子类环境实验规范国标GB242189“电工电子产品根本环境实验规程 总那么对环境实验的规定顺应于根本环境的各类实验，并对实验方法的规定了编号。国标GB242189“电工电子产品环境实验 术语国标GB2423.1GB2423.44全部为实验方法，详细环境实验的规范可以参照单项的实验规范，以下为国标提供的44种环境实验的其中4种实验A：低温实验方法 GB2423.1-89实验B：高温实验方法 GB2423.2-89实验Ca：恒定湿热实验方法 GB/T2423.3-93实验Db：交变湿热实验方法 GB/T2423.4-93等国标GB2424为实验导那么，