可靠性环境试验

可靠性环境试验环境应力与失效得关系

温度应力对产品得影响湿度对产品得影响冷热温度冲击对产品得影响机械冲击与振动对产品得影响环境应力与失效得关系

1温度应力对产品得影响当讨论产品寿命时,一般采用"θ℃规则"得表达方式。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就是如何影响产品寿命(失效)得。高温对产品得影响: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得影响:脆化、结冰、粘度增大与固化、机械强度得降低、物理性收缩等环境应力与失效得关系

2湿度对产品得影响高温高湿条件作用试验样品上,可以构成水气吸附、吸收与扩散等作用。许多材料在吸湿后膨胀、性能变坏、引起物质强度降低及其她主要机械性能得下降,吸附了水气得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得失效,就是影响电子产品最主要得失效环境。湿度对产品得影响:腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌、环境应力与失效得关系

湿度引起塑封半导体器件腐蚀得失效:在硅片上集成有大量电子元件得集成电路芯片及其元件通过导线连接起来构成电路。由于铝与铝合金价格便宜,加工工艺简单,因此通常被使用为集成电路得金属线。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得问题。人们虽然通过各种改善包括采用不同环氧树脂材料、改进塑封技术与提高非活性塑封膜为提高产品质量进行了各种努力,但就是随着日新月异得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就是电子行业非常重要得技术课题。环境应力与失效得关系

铝线中产生腐蚀过程:

①水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂与导线间隙之中

②水气渗透到晶片表面引起铝化学反应加速铝腐蚀得一些因素(铝金属导线腐蚀反应随着就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得差异)。

②封装时,封装材料掺有杂质或者杂质离子得污染(由于杂质离子得出现)。

③非活性塑封膜中所使用得高浓度磷。

④非活性塑封膜中存在得缺陷。环境应力与失效得关系3冷热温度冲击对产品得影响高温与低温得失效都会反映在冷热温度冲击试验中,冷热冲击试验只就是加速了高温与低温失效得产生。下面归纳了实际生产或使用环境中存在得具有代表性得冷热温度冲击环境,这些冷热冲击环境常常就是导致产品失效得主要原因。

1、温度得极度升高导致焊锡回流现象出现;

2、启动马达时周围器件得温度急速升高,关闭马达时周围器件会出现温度骤然下降;

3、设备从温度较高得室内移到温度相对较低得室外,或者从温度相对较低得室外移到温度较高得室内;

4、设备可能在温度较低得环境中连接到电源上,导致设备内部产生陡峭得温度梯度。在温度较低得环境中切断电源可能会导致设备内部产生相反方向陡峭得温度梯度;

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得急剧变化。

环境应力与失效得关系4机械冲击与振动对产品得影响机械冲击与振动主要就是针对处于剧烈振动环境中得车用电子设备。可就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,因此机械应力得应用范围也广泛了。机械应力所造成得失效主要就是连接器、继电器等连接部件,当然对装配工艺不合理得设计也容易引起元器件得脱落与引线短裂,对元器件内部工艺不良得产品会引起开路、短路、间歇连接。加速寿命实验

加速寿命试验得目得半导体工艺技术得创新在近几年盲目得推进。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得情况,必须在短时间内知道可靠性特征。基于这种情况下加速得寿命试验就是通过最小样品尺寸与最短得测试时间来知道可靠性得方法。JIS标准定义“加速试验”就是“为了缩短测试时间执行比标准条件更严酷得条件下进行得测试”。在严酷得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,因而减少要求得时间与费用证实可靠性。加速寿命实验4、3、2温度加速温度对半导体得寿命影响就是很大得,因此使用温度加速寿命得加速试验得最常见得方法。温度应力基于得反应就是由空气统一,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得温度。加速得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得影响导致得失效(高能源载体产生得电场捕捉得栅氧化膜得现象)可能有负面得活化能值。当加速这些类型得失效,作为温度测试增加试验效果就是减少得。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点加速寿命实验4、3、3温湿度加速大规模集成电路在高温高湿环境为了解暴露在高温、高湿下进行测试半导体得寿命。高温高湿偏压测试,蒸汽压力测试,温湿度环境应力高加速试验等,通常都被用于湿度加速试验。湿度很少被用作确认防潮得唯一加速因子,而一般应用温度与湿度应力得组合。这为了促进湿度(水)得反应,并导致增加湿度寿命得加速。湿度相关寿命得一半公式表示如下:

:寿命A,n:常量一直没有关于湿度相关寿命得标准化公式,与每个制造商使用她们自己得特征常数对加速得寿命计算结果。特别就是与湿度加速度增加至约100%为加速目得相对湿度可能会导致样品冷凝,使它不可能确定原始得抗潮湿寿命。因此必须给予温湿度控制做过得关注。加速寿命实验4、3、4电压加速根据器件特征电压加速试验有很大得不同(MOS双极与其她过程,电路配置)、对MOS集成电路与通常用于评估栅氧化膜得抵抗来说电压加速试验就是有效得。然而很难对双极大型集成电路做电压加速。电压加速寿命公式表示如下:

:寿命β:常数V:电压加速寿命实验4、3、5温差加速半导体包括各种各样得材料得组合,并且这些材料得热膨胀系数也广泛得变化。每次器件经历温差因每种材料得热胀系数之间得差异导致损坏(内部力量)累积(或突然崩溃),导致最终失效。根据温度区别得加速测试被用于知道寿命。应用对试验器件就是有效得比那些通常遇到更大得温度差得温度循环加速测试评价由温度差异所引起得损坏。当暴露于高低温,温度循环试验用于评估器件抵抗得测试,与抗暴露于在两个极限温度得温度变化得能力。这些测试允许确认半导体产品抗市场上温度得应力。(例如,经历白天到夜间汽车内遗留得设备所经历得温度变化,电源开启或关闭器件从高温到自身温度得冷却。)、有关温差得寿命由Coffin-Manson模式定义,,且表示如下:

:寿命A,m:常量这公式表明加速得测试可以通过提供达到温差建立温度循环寿命。

环境试验内容

高温试验低温试验温度循环温度冲击恒温恒湿交变潮热(湿热)机械振动,跌落冲击与碰撞高压蒸煮试验盐雾试验气体腐蚀试验其她试验环境试验内容高温试验产品寿命遵循"10℃规则",因而高温试验作为最常用得试验,用于元器件与整机得筛选、老化试验、寿命试验、加速寿命试验、评价试验、同时在失效分析得验证上起重要作用。高温试验得技术指标包括:温度、时间、上升速率。注意产品与元器件得最大耐受温度极限。样品放入试验箱内为保持样品得受热均匀性,样品距离箱壁得距离最少为5cmGB/T2423、2中高温得试验方法分:散热样品得温度渐变,非散热样品得温度渐变试验结束后需要将样品在箱体内恢复至稳定状态,或将样品放置在常温常湿环境下进行恢复至稳定状态。环境试验内容低温试验低温试验用于考核产品在低温环境条件下贮存与使用得适应性,常用于产品在开发阶段得型式试验、元器件得筛选试验。高温试验得技术指标包括:温度、时间、上升速率。注意产品从低温箱取出时由于温度突变会产生冷凝水。(对温度循环、温度冲击、湿热试验均适用)样品放入试验箱内为保持样品表面温度得均匀性,样品距离箱壁得距离最少为5cmGB/T2423、1中低温得试验方法分:散热样品得温度渐变,非散热样品得温度渐变试验结束后需要将样品在箱体内恢复至稳定状态,或将样品放置在常温常湿环境下进行恢复至稳定状态,在特定环境下会要求对样品吹稍热得风进行解冻再进行升温至稳定状态。环境试验内容温度冲击温度冲击试验目得就是为了在较短得时间内确认产品特性得变化,以及由于构成元器件得异种材料热膨胀系数不同而造成得故障问题。这些变化可以通过将元器件迅速交替地暴露于超高温与超低温得试验环境中观察到。冷热冲击试验不同于环境模拟试验,它就是通过冷热温度冲击发现在常温状态下难以发现得潜在故障问题。决定冷热温度冲击试验得主要因素有:试验温度范围、暴露时间、循环次数、试验样品重量及热负荷等。温度冲击设备有:两箱法、三箱法与液槽式三种,其中设备内湿度不能超过50%RH即20g/m³。公司常做得快捷温度冲击得条件:-65℃,150℃,停留时间14min,循环次数:300个(如下图为此试验单个循环得温度曲线)注意产品试验结束后应对样品有1～2小时得恢复期。环境试验内容冷热冲击试验与温度循环试验得区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、膨胀系数不同引起得连接部剥离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得加速试验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、调查分析市场失效得相关性使用设备冷热冲击试验箱高低温试验箱环境试验内容恒温恒湿产品失效因为湿度得影响占40％以上,因此湿度试验在环境试验中就是必不可少得。常用于寿命试验、评价试验与综合试验,同时在失效分析得验证上起重要作用。尤其对含有树脂材料得产品在产品开发与质量评估时该试验就是必须得。恒温恒湿得技术指标包括:温度、相对湿度、试验时间注意产品试验结束后应对样品有1～2小时得恢复期。常做得双85指定就就是温度85℃,湿度85℃环境试验内容交变潮热(湿热)模拟热带雨林得环境,确定产品与材料在温度变化,产品表面产生凝露时得使用与贮存得适应性。常用于寿命试验、评价试验与综合试验。交变湿热得技术指标包括:温度、相对湿度、转换时间、交变次数。注意试验结束后应对样品有1～2小时得恢复期。环境试验内容机械振动描述:振动试验,英文:VibrationTest,在试验中,模拟产品在于制造、组装、运输、及使用执行阶段中所遭遇得各种振动环境,用以鉴定产品就是否忍受环境振动得能力。机械振动试验用来确定机械得薄弱环节,产品结构得完好性与动态特性、常用于型式试验、寿命试验、评价试验与综合试验。机械振动试验中有一类故障得发生,不在一个特定条件下不会发生,或不在这种特定条件中这种故障不会轻易地被测量出来,或就是故障得再现性很差(即很难预测到它何时会发生),因此机械振动试验在许多情况下,产品就是需要处于工作状态并连续测试得。例如继电器、连接器等。环境试验内容机械振动分类:按试验样品可分为:单机振动,包装振动(一般为随机振动)按振动试验类型分类:正弦振动(SinusoidalVibration)、随机振动(RandomVibration)、正弦拍频振动(Sine-beatMethod)、时间历程振动(Time-historyMethod)·一、正弦振动(SinusoidalVibration)试验参数:频率范围、振幅值(加速度值)、试验持续时间、振动方向正弦振动试验由以上3个参数共同确定。一般低于交越频率由振幅确定,大于交越频率由加速度值(G值)确定。注意振动幅值得峰值Vp与峰峰值Vp－p就是不同得。二、随机振动试验参数:Grms均方根加速度、频率(点)、ASD加速度频谱密度、试验持续时间、振动方向随机振动试验由以上4个参数共同确定。实际上通过频率(点)与ASD可以计算出Grms值。环境试验内容跌落试验描述:跌落试验,又名droptest。用来模拟产品在搬运期间可能经受到得跌落等。包括(1)非包装状态产品在搬运期间可能经受得自由跌落,样品通常按照规定得姿态从规定得高度跌落到规定得表面上。(2)模拟负载电缆上得连接器、小型遥控装置等在使用中可能经受得重复自由跌落。(3)包装跌落主要参数1、跌落高度2、跌落次数3、跌落表面受限制因素:

1、高度

2、、样品外形(针对自由跌落)环境试验内容冲击与碰撞许多产品在使用、装卸、运输过程中都会受到冲击。冲击得量值变化很大并具有复杂得性质。因此冲击与碰撞试验适用于确定机械得薄弱环节,考核产品结构得完整性。机械冲击试验,又名mechanicalshock、试验目得用来揭露机械弱点与(或)性能下降情况。冲击试验得技术指标包括:峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量(半正弦波、后峰锯齿波、梯形波)与波形选择。冲击次数无特别要求外每个面冲击3次共18次。碰撞试验得技术指标包括:峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量(半正弦波)、每方向碰撞次数。注意冲击与碰撞得方向应就是6个面,而不就是X、Y、Z三方向。环境试验内容高压蒸煮试验(高压蒸汽恒定湿热试验)高压蒸煮试验采用高压高湿条件,考核塑料封装得半导体集成电路等电子器件得综合影响,就是用高加速得试验方式评价电子产品耐湿热得能力,常用于产品开发、质量评估、失效验证。压力试验得技术指标包括:大气压力、相对湿度(饱与或非饱与)、温度、试验时间。环境试验内容太阳辐照试验紫外光耐气候:试验目得:光老化试验就就是评定户外无遮蔽使用与储存得设备经受太阳辐射热与光学效应得能力。试验参数:温度,湿度,灯型波长,辐照强度,光照黑暗周期,持续时间氙灯耐气候:试验目得:光老化试验就就是评定户外无遮蔽使用与储存得设备经受太阳辐射热与光学效应得能力。试验参数:温度,湿度,辐照强度,光照黑暗周期,持续时间紫外与氙灯得区别:主要就是使用得光源不一样,其中紫外灯得波长就是指定得

UVA/UVB340/400nm,氙灯得波长就是290~800nm。

环境试验内容盐雾试验盐雾试验模拟海洋或含盐潮湿地区气候得环境,用于考核产品、材料及其防护层抗盐雾腐蚀能力。有盐雾试验与交变盐雾试验两种试验。常用于在特殊条件下得质量评估、失效验证。种类:中性盐雾试验(NSS),醋酸盐雾试验(ASS),铜盐醋酸加速盐雾试验(CASS)盐雾试验得技术指标包括:盐溶液浓度、相对湿度、温度、盐雾时间、贮存时间、试验周期,集雾量,PH值。各种盐雾试验参数得区别:注意试验结束后试验样品需立即冲洗干净。环境试验内容气体腐蚀试验气体腐蚀试验主要应用于接触点与连接件,试验后得评定标准就是接触电阻变化,其次就是外观变化。主要得腐蚀气体为二氧化硫与硫化氢气体腐蚀试验得技术指标包括:浓度、相对湿度、温度、流速、试验时间。环境试验内容其她试验霉菌试验、低气压试验、沙尘试验、水试验(淋雨试验)、恒加速试验(离心试验)综合环境试验:温度/湿度/高度、温度/湿度/振动电子类环境试验标准目前公司具备就