机械可靠性测试介绍

可靠性环境试验

介绍环境应力与失效的关系

1.温度应力对产品的影响2.湿度对产品的影响3.冷热温度冲击对产品的影响4.机械冲击和振动对产品的影响环境应力与失效的关系

1温度应力对产品的影响当讨论产品寿命时,一般采用"θ℃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、物理性收缩等环境应力与失效的关系

2湿度对产品的影响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、环境应力与失效的关系

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。环境应力与失效的关系

铝线中产生腐蚀过程：

①水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中

②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）①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）。

②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）。

③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。

④非活性塑封膜中存在的缺陷。环境应力与失效的关系3冷热温度冲击对产品的影响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。

环境应力与失效的关系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。加速寿命实验

加速候命试验的目的半导体工艺技术的创新在近几年盲目的推进。此外，由于最近要求缩短产品开发时间作为产品开发产品可靠性处于相同的情况，必须在短时间内知道可靠性特征。基于这种情况下加速的寿命试验是通过最小样品尺寸和最短的测试时间来知道可靠性的方法。JIS标准定义“加速试验”是“为了缩短测试时间执行比标准条件更严酷的条件下进行的测试”。在严酷的条件下进行测试可用少点样品在短时间内预测市场失效率，因而减少要求的时间和费用证实可靠性。加速寿命实验4.3.2温度加速温度对半导体的寿命影响是很大的，因此使用温度加速寿命的加速试验的最常见的方法。温度应力基于的反应是由空气统一，空气模型被广泛用于半导体产品寿命预测这种空气模型公式表示如下：：寿命Ea：活化能(eV)T：绝对温度(K)A：常量k：波尔兹曼系数上述公式显示半导体寿命取决于半导体受到的温度。加速的测试利用这一特性被称为温度加速测试不过例如一些因为热载体的影响导致的失效(高能源载体产生的电场捕捉的栅氧化膜的现象)可能有负面的活化能值。当加速这些类型的失效，作为温度测试增加试验效果是减少的。加速寿命实实验4.3.3温湿度度加速大规模集成成电路在高高温高湿环环境为了解解暴露在高高温、高高湿下进行行测试半导导体的寿命命。高温高湿偏偏压测试，，蒸汽压力力测试，温温湿度环境境应力高加加速试验等等，通常都都被用于湿湿度加速试试验。湿度度很少被用用作确认防防潮的唯一一加速因子子，而一般般应用温度度和湿度应应力的组合合。这为了了促进湿度度（水））的反应应，并导致致增加湿度度寿命的加加速。湿度相关寿寿命的一半半公式表示示如下：：寿命A,n：常量一直没有关关于湿度相相关寿命的的标准化公公式，与每每个制造商商使用他们们自己的特特征常数对对加速的寿寿命计算结结果。特别是与湿湿度加速度度增加至约约100%为加速速目的相对对湿度可能能会导致样样品冷凝，，使它不可可能确定原原始的抗潮潮湿寿命。。因此必须须给予温湿湿度控制做做过的关注注。加速寿命实实验4.3.4电压加加速根据器件特特征电压加加速试验有有很大的不不同（MOS双极极和其他过过程，电路路配置).对MOS集成成电路和通通常用于评评估栅氧化化膜的抵抗抗来说电压压加速试验验是有效的的。然而很很难对双极极大型集成成电路做电电压加速。。电压加速寿寿命公式表表示如下:：寿命β：：常数V：电压加速寿命实实验4.3.5温差加加速半导体包括括各种各样样的材料的的组合，并并且这些材材料的热膨膨胀系数也也广泛的变变化。每次次器件经历历温差因每每种材料的的热胀系数数之间的差差异导致损损坏（内内部力量））累积（（或突然然崩溃），，导致最终终失效。根根据温度区区别的加速速测试被用用于知道寿寿命。应用对试验验器件是有有效的比那那些通常遇遇到更大的的温度差的的温度循环环加速测试试评价由温温度差异所所引起的损损坏。当暴露于高高低温，温温度循环试试验用于评评估器件抵抵抗的测试试，和抗暴暴露于在两两个极限温温度的温度度变化的能能力。这些些测试允许许确认半导导体产品抗抗市场上温温度的应力力。(例如如,经历白白天到夜间间汽车内遗遗留的设备备所经历的的温度变化化，电源开开启或或关闭闭器件件从高高温到到自身身温度度的冷冷却。。).有关温温差的的寿命命由Coffin-Manson模式式定义义，,且且表示示如下下：：寿命命A,m：：常量量这公式式表明明加速速的测测试可可以通通过提提供达达到温温差建建立温温度循循环寿寿命。。环境试试验内内容高温试试验低温试试验温度循循环温度冲冲击恒温恒恒湿交变潮潮热（（湿热热）机械振振动，，跌落落冲击和和碰撞撞高压蒸蒸煮试试验盐雾试试验气体腐腐蚀试试验其他试试验环境试试验内内容高温试试验产品寿寿命遵遵循"10℃规规则"，因因而高高温试试验作作为最最常用用的试试验，，用于于元器器件和和整机机的筛筛选、、老化化试验验、寿寿命试试验、、加速速寿命命试验验、评评价试试验、、同时时在失失效分分析的的验证证上起起重要要作用用。高温温试试验验的的技技术术指指标标包包括括：：温温度度、、时时间间、、上上升升速速率率。。注意意产产品品和和元元器器件件的的最最大大耐耐受受温温度度极极限限。。样品品放放入入试试验验箱箱内内为为保保持持样样品品的的受受热热均均匀匀性性，，样样品品距距离离箱箱壁壁的的距距离离最最少少为为5cmGB/T2423.2中中高高温温的的试试验验方方法法分分：：散散热热样样品品的的温温度度渐渐变变，，非非散散热热样样品品的的温温度度渐渐变变试验验结结束束后后需需要要将将样样品品在在箱箱体体内内恢恢复复至至稳稳定定状状态态，，或或将将样样品品放放置置在在常常温温常常湿湿环环境境下下进进行行恢恢复复至至稳稳定定状状态态。。环境境试试验验内内容容低温温试试验验低温温试试验验用用于于考考核核产产品品在在低低温温环环境境条条件件下下贮贮存存和和使使用用的的适适应应性性，，常常用用于于产产品品在在开开发发阶阶段段的的型型式式试试验验、、元元器器件件的的筛筛选选试试验验。。高温试验的的技术指标标包括：温温度、时间间、上升速速率。注意产品从从低温箱取取出时由于于温度突变变会产生冷冷凝水。（（对温度循循环、温度度冲击、湿湿热试验均均适用）样品放入试试验箱内为为保持样品品表面温度度的均匀性性，样品距距离箱壁的的距离最少少为5cmGB/T2423.1中低低温的试验验方法分：：散热样品品的温度渐渐变，非散散热样品的的温度渐变变试验结束后后需要将样样品在箱体体内恢复至至稳定状态态，或将样样品放置在在常温常湿湿环境下进进行恢复至至稳定状态态，在特定定环境下会会要求对样样品吹稍热热的风进行行解冻再进进行升温至至稳定状态态。环境试验内内容温度冲击击温度冲击击试验目目的是为为了在较较短的时时间内确确认产品品特性的的变化，，以及由由于构成成元器件件的异种种材料热热膨胀系系数不同同而造成成的故障障问题。。这些变变化可以以通过将将元器件件迅速交交替地暴暴露于超超高温和和超低温温的试验验环境中中观察到到。冷热冲击击试验不不同于环环境模拟拟试验，，它是通通过冷热热温度冲冲击发现现在常温温状态下下难以发发现的潜潜在故障障问题。。决定冷冷热温度度冲击试试验的主主要因素素有：试试验温度度范围、、暴露时时间、循循环次数数、试验验样品重重量及热热负荷等等。温度冲击击设备有有：两箱箱法、三三箱法和和液槽式式三种，，其中设设备内湿湿度不能能超过50%RH即20g/m³。。公司常做做的快捷捷温度冲冲击的条条件：-65℃℃，150℃，，停留时时间14min，循环环次数：：300个（如如下图为为此试验验单个循循环的温温度曲线线）注意产品品试验结结束后应应对样品品有1～～2小时时的恢复复期。环境试验验内容冷热冲击击试验与与温度循循环试验验的区别别冷热冲击试验温度循环试验温度变化速率

急剧20～30℃/min缓慢1～5℃/min循环次数

5～10个循环（多至1000循环）5～10个循环（多至1000循环）热平衡

正好到达（液槽式为到达）到达试验时间

短长

用途1.膨胀系数不同引起的连接部剥离2.膨胀系数不同龟裂后水分进入3.水分渗入导致腐蚀及短路现象发生的加速试验1.通过长期试验发现腐蚀倾向2.长时间地多次循环观察应力疲劳现象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环境试验验内容恒温恒湿湿产品失效效因为湿湿度的影影响占40％以以上，因因此湿度度试验在在环境试试验中是是必不可可少的。。常用于于寿命试试验、评评价试验验和综合合试验，，同时在在失效分分析的验验证上起起重要作作用。尤尤其对含含有树脂脂材料的的产品在在产品开开发和质质量评估估时该试试验是必必须的。。恒温恒湿湿的技术术指标包包括：温温度、相相对湿度度、试验验时间注意产品品试验结结束后应应对样品品有1～～2小时时的恢复复期。常做的双双85指指定就是是温度85℃，，湿度85℃环境试验验内容交变潮热热（湿热热）模拟热带带雨林的的环境，，确定产产品和材材料在温温度变化化，产品品表面产产生凝露露时的使使用和贮贮存的适适应性。。常用于于寿命试试验、评评价试验验和综合合试验。。交变湿热热的技术术指标包包括：温温度、相相对湿度度、转换换时间、、交变次次数。注意试验结结束后应对对样品有1～2小时时的恢复期期。环境试验内内容机械振动描述：振动试验，，英文：VibrationTest，在试试验中，模模拟产品在在于制造、、组装、运输、、及使用执执行阶段中中所遭遇的的各种振动动环境，用用以鉴定产产品是否忍受环境境振动的能能力。机械振动试试验用来确确定机械的的薄弱环节节，产品结结构的完好好性和动态态特性、常常用于型式式试验、寿寿命试验、、评价试验验和综合试试验。机械振动试试验中有一一类故障的的发生，不不在一个特特定条件下下不会发生生，或不在在这种特定定条件中这这种故障不不会轻易地地被测量出出来，或是是故障的再再现性很差差（即很难难预测到它它何时会发发生），因因此机械振振动试验在在许多情况况下，产品品是需要处处于工作状状态并连续续测试的。。例如继电电器、连接接器等。环境境试试验验内内容容机械械振振动动分类类：：按按试试验验样样品品可可分分为为：：单单机机振振动动，，包包装装振振动动（（一一般般为为随随机机振振动动））按振动试试验类型型分类：：正弦振动动（SinusoidalVibration)、随随机振振动(RandomVibration)、、正弦拍拍频振动动（Sine-beatMethod)、时间间历程振振动(Time-historyMethod）·一、正正弦振动动（SinusoidalVibration)试验参数数:频频率范围围、振振幅值（（加速度度值）、、试验验持续时时间、振振动方方向正弦振动动试验由由以上3个参数数共同确确定。一般低于交交越频率由由振幅确定定，大于交交越频率由由加速度值值（G值））确定。注意振动幅幅值的峰值值Vp和峰峰峰值Vp－p是不不同的。二、随机振振动试验参数:Grms均方方根加速度度、频率（（点）、ASD加加速度频谱谱密度、试试验持续续时间、振振动方向随机振动试试验由以上上4个参数数共同确定定。实际上上通过频率率（点）和和ASD可可以计算出出Grms值。环境境试试验验内内容容跌落落试试验验描述述：：跌落落试试验验，，又又名名droptest。。用来来模模拟拟产产品品在在搬搬运运期期间间可可能能经经受受到到的的跌跌落落等等。。包括括（1））非非包包装装状状态态产产品品在在搬搬运运期期间间可可能能经经受受的的自自由由跌跌落落，，样样品品通通常常按按照照规规定定的的姿姿态态从从规规定定的的高高度度跌跌落落到到规规定定的的表表面面上上。。（2））模模拟拟负负载载电电缆缆上上的的连连接接器器、、小小型型遥遥控控装装置置等等在在使使用用中中可可能能经经受受的的重重复复自自由由跌跌落落。。（3））包包装装跌跌落落主要要参参数数1、、跌跌落落高高度度2、、跌跌落落次次数数3、、跌跌落落表表面面受限限制制因因素素：：1、、高高度度2、、.样样品品外外形形（（针针对对自自由由跌跌落落））环境境试试验验内内容容冲击击和和碰碰撞撞许多多产产品品在在使使用用、、装装卸卸、、运运输输过过程程中中都都会会受受到到冲冲击击。。冲冲击击的的量量值值变变化化很很大大并并具具有有复复杂杂的的性性质质。。因因此此冲冲击击和和碰碰撞撞试试验验适适用用于于确确定定机机械械的的薄薄弱弱环环节节，，考考核核产产品品结结构构的的完完整整性性。。机械械冲冲击击试试验验，，又又名名mechanicalshock.试试验验目目的的用用来来揭揭露露机机械械弱弱点点和和（（或或））性性能能下下降降情情况况。。冲击试试验的的技术术指标标包括括：峰峰值加加速度度、脉脉冲持持续时时间、、速度度变化化量（（半正正弦波波、后后峰锯锯齿波波、梯梯形波波）和和波形形选择择。冲冲击次次数无无特别别要求求外每每个面面冲击击3次次共18次次。碰撞试试验的的技术术指标标包括括：峰峰值加加速度度、脉脉冲持持续时时间、、速度度变化化量（（半正正弦波波）、、每方方向碰碰撞次次数。。注意冲冲击和和碰撞撞的方方向应应是6个面面，而而不是是X、、Y、、Z三三方方向。。环境试试验内内容高压蒸蒸煮试试验（（高压压蒸汽汽恒定定湿热热试验验）高压蒸蒸煮试试验采采用高高压高高湿条条件，，考核核塑料料封装装的半半导体体集成成电路路等电电子器器件的的综合合影响响，是是用高高加速速的试试验方方式评评价电电子产产品耐耐湿热热的能能力，，常用用于产产品开开发、、质量量评估估、失失效验验证。。压力试试验的的技术术指标标包括括：大大气压压力、、相对对湿度度（饱饱和或或非饱饱和））、、温度度、试试验时时间。。环境试验验内容太阳辐照照试验紫外光耐耐气候：：试验目的的：光老老化试验验就是评评定户户外无遮遮蔽使用用和储存存的设备备经受太太阳辐射射热和光光学效应应的能力力。试验参数数：温度度，湿度度，灯型型波长，，辐照强强度，光光照黑暗暗周期，，持续时时间氙灯耐气气候：试验目的的：光老老化试验验就是评评定户户外无遮遮蔽使用用和储存存的设备备经受太太阳辐射射热和光光学效应应的能力力。试验参数数：温度度，湿度度，辐照照强度，，光照黑黑暗周期期，持续续时间紫外与氙氙灯的区区别：主主要是使使用的光光源不一一样，其其中紫外外灯的波波长是指指定的UVA/UVB340/400nm,氙氙灯的波波长是290~800nm。。环境试验验内容盐雾试验验盐雾试验验模拟海海洋或含含盐潮湿湿地区气气候的环环境，用用于考核核产品、、材料及及其防护护层抗盐盐雾腐蚀蚀能力。。有盐雾雾试验和和交变盐盐雾试验验两种试试验。常常用于在在特殊条条件下的的质量评评估、失失效验证证。种类类：：中中性性盐盐雾雾试试验验（NSS）），，醋酸酸盐盐雾雾试试验验(ASS)，铜铜盐盐醋醋酸酸加加速速盐盐雾雾试试验验(CASS)盐雾雾试试验验的的技技术术指指标标包包括括：：盐盐溶溶液液浓浓度度、、相相对对湿湿度度、、温温度度、、盐盐雾雾时时间间、、贮贮存存时时间间、、试试验验周周期期，，集集雾雾量量，，PH值值。。各种盐雾试试验参数的的区别：注意试验结结束后试验验样品需立立即冲洗干干净。环境试验内内容气体腐蚀试试验气体腐蚀试试验主要应应用于接触触点和连接接件，试验验后的评定定标准是接接触电阻变变化，其次次是外观变变化。主要要的腐蚀气气体为二氧氧化硫和硫硫化氢气体腐蚀试试验的技术术指标包括括：浓度、、相对湿度度、温度、、流速、试试验时间。。环境试验内内容其他试验霉菌试验、、低气压试试验、沙尘尘试验、水水试验（淋淋雨试验））、恒加速速试验（离离心试验））综合环境试试验:温温度/湿度度/高度、、温度/湿湿度/振动动电子类类环境境试验验标准准目前公公司具具备是是环境境试验验设备备低温试试验设设备可程式式恒温温恒湿湿箱内部尺尺寸：：1000X1000X1000mm温度范范围：：-70~150℃℃温湿度箱（（德国weiss）内部尺寸：：温度范围：：-40~120℃℃湿度范围：：10~98%RH目前公司具具备是环境境试验设备备高温试验设设备可程式恒温温恒湿箱内部尺寸：：1000X1000X1000mm温度范围：：-70~150℃℃烘箱内部尺寸：：温度范围：：常温~200℃充