通信用关键材料可靠性试验设计指南 标准文本

ICSXX.XXX.XX

CSSXXXX

团体标准

T/CSTMXXXXX-202X

通信用关键材料可靠性试验设计指南

DesignGuidelineofsofReliabilityTestforCommunicationMaterials

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX—2022

前言

本部分参照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，GB/T20001.4—

2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》给出的规则起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本标准由中国材料与试验团体标准委员会XXXX领域委员会（CSTM/FCXX）提出。

本标准由中国材料与试验团体标准委员会XXXX领域委员会（CSTM/FCXX）或技术委员会

（CSTM/FCXX/TCXX）归口。

本文件为首次发布。

2

T/CSTMXXXXX—2022

引言

本标准规定了通信用关键材料的应用环境需求分析、可靠性指标需求分析、可靠性试验设计和典型

可靠性试验条件。对比国内外现有标准情况，本标准改进优化的地方：(1)改变传统可靠性标准只提供

相对固定试验条件的思路，基于可靠性物理和产品失效机理制订方法，为通信用关键材料开展可靠性试

验提供了全新的工作思路借鉴，指导性和参考性更强；(2)创新性的提出可靠性试验中应关注试验顺序

的设计，更好保证试验可信度和可比性；(3)创新性的提出基于失效物理的验证试验设计方法，提高可

靠性试验的针对性和有效性。

3

T/CSTMXXXXX—2022

通信用关键材料可靠性试验设计方法

重要提示（危险或警告或注意）：使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未

指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的

条件。

1范围

本标准规定了通信用关键材料的应用环境需求分析、可靠性指标需求分析、可靠性试验设计和典型

可靠性试验条件。

本文适用于通信用关键材料的可靠性试验。

通信用关键材料主要包括高频基材、天线材料、第三代半导体材料、印制板及组装工艺材料、先进

封装材料、电磁屏蔽材料及导热散热材料等。

2应用环境需求分析

2.1分析目的

通过开展标准与资料分析、应用环境实测、历史应用环境数据调研等，掌握产品在生产、运输、贮

存和使用中主要应用环境应力类型与规格，作为制订可靠性试验项目和具体试验方法的输入。

图1环境效应需求分析-试验验证-设计预防闭环工作流程示意图

4

T/CSTMXXXXX—2022

2.2分析流程

通过对任务剖面中环境事件的分析，得出任务过程中的遭遇环境应力类型，根据任务剖面各阶段的

任务特性参数，导出相应的环境应力持续的时间，从而得到环境剖面，明确界定冲击、振动、温度、湿

度、磁场等自然环境和诱发环境的严酷程度和持续时间。一般应包含以下步骤：

——对通信设备的任务剖面分析，包括定义设备的任务阶段、运行方式、运行功能、成功标准、任

务时间等；

——根据任务剖面，对可能对设备的任务成功性带来影响的关键诱发应力类型进行定性分析（图2）；

图2基于任务阶段的环境剖面应力类型分析示意图（以导弹发射为例）

——借鉴现有相似设备的失效敏感参数，从定量上确定装备初始的环境剖面；

——从初始环境剖面的基础上对设备作环境工程分析，确定装备的每一个硬件在每一任务阶段所处

的正式环境、每一环境的正式应力水平与持续时间；分析时应优选使用实测应力，其次是估算应力，最

后是有关标准规定的应力；

——考虑设备环境应力到材料应力的传递过程和局部微环境，将环境剖面从设备→组件→元器件→

材料扩展。

2.3分析要求

开展材料环境剖面分析时，应同时考虑整机应用环境以及材料在整机装备中的局部微环境。

应考虑材料从生产组装、运输、老化筛选、入厂验收、仓储、安装及整机应用等整个寿命周期内会

经历不同的温度、湿度、大气环境、电学应力、机械应力等环境应力的影响；其中整机从出厂到完成任

务的全应用过程基本可以分成3个任务期：运输环境剖面、贮存环境剖面、工作环境剖面；各任务环境

剖面需考虑的常见环境因素见表1。

表1不同任务环境剖面常见环境因素

环境剖面环境因素

温度、湿度、沙尘、盐雾、雨、雪

运输

振动、冲击、跌落、盐雾、腐蚀性大气、霉菌等

贮存温度、湿度、静压力、盐雾、霉菌等

温度、湿度、低气压、干燥、沙尘、振动、加速度、噪声、冲击、腐蚀、沙

工作

尘、雨水、臭氧、辐射、化学溶剂、浸渍、霉菌、动物啃咬、电磁环境等

5

T/CSTMXXXXX—2022

确定通信设备在世界范围内的主要气候区域（如高原、海岛、热带、高纬度等）以及该地点中主要

温度、湿度、降水和大气等气候条件；比如长期在潮湿多雨地区和霉菌滋生环境条件下材料不应发生霉

变，并应能正常工作；在直接经受振动和冲击的地方使用的材料，应充分考虑机械类环境试验的评估。

应考虑通讯设备使用、工作模式、电气分布系统设计、甚至气候条件对供电电压的影响。

注意设备类型（如AAU、BBU、光模块、核心网、固网等）、安装方式和环境条件（如铁塔、楼

顶、室内机房等）的差异性。

重视使用条件和工作模式引起设备内环境条件的变化，如正常运行、维护保养、开关机等。

当设备可以在多种环境下工作时，应按最严酷的环境要求进行设计和试验。

关注分析敏感应力类型及敏感参数。

表2通信设备敏感应力类型及影响参数

应力类型主要影响参数

高温温度值、持续时间

温度低温温度值、持续时间

温度循环Tmax、Tmin、停留时间、温度变化速率及循环次数

湿度停留时间、湿度大小、施加方式（稳态或交变）

盐雾：盐雾成分（酸性或中性）、浓度、暴露时间；

腐蚀

腐蚀性气体：气体成分、各成分含量、湿度、暴露时间

沙尘沙尘成分、沙尘浓度、温度、持续时间、风速

雨水降雨强度、雨滴尺寸、风速、水压、水温

低气压气压、压力变化速率、持续时间

辐射（老化）材料敏感光谱区域、辐射剂量率、辐射强度或剂量、辐射时间

电磁环境干扰电压/电流、频段

生物环境温湿度环境、生物种类

振动：量级（频率范围、位移、加速度、功率谱密度等）、暴露持续

时间

力学环境

冲击：单次冲击持续时间、冲击次数、能量谱密度、傅立叶谱和最

大绝对加速度

3可靠性指标需求分析

3.1分析目的

通过开展历史产品可靠性数据分析、行业标准调研、关键可靠性指标识别、用户需求分析、标杆企

业水平调研等，明确可靠性功能指标清单、重要程度（关键、重要、一般）、失效定义及失效判据等信

息，作为制订可靠性试验中监控指标和允收判据的输入。

3.2分析流程

通过资料调研全面收集信息，再结合产品实物特点对相关可靠性指标需求进行补充分析，最后组织

会议评审确认最终可靠性指标。

3.3分析要求

6

T/CSTMXXXXX—2022

应根据设备工作特点和工程需求，对反映设备类别及其自身特点的特征性能进行充分论证，并尽量

提出量化指标。

定量指标的制订要充分考虑设备的类别、用途、寿命特征、使用需求、重要程度、复杂程度、所处

环境等因素来。

明确故障定义与判据，提出最低可接受值。

结合材料特点和使用需求，将设备的可靠性指标进行分解，转化为可供材料直接参考使用的可靠性

指标。

4可靠性试验设计

4.1设计原则

不同类型的可靠性试验有其不同的目的，要想让试验达到预定的目标，应当考虑试验项目的完整性、

试验条件的合理性、试验项目和试验顺序的科学性、以及采用的试验方法和具体试验程序的可重现性四

大因素。

4.2设计要求

设计过程中，至少应考虑以下因素：

——受试设备型号和用途；

——试验类型和目的，见表3；

——可靠性指标和选用的试验方案；

——试验样品的确定；

——应力类型、应力量值和试验剖面；

——性能参数检测项目和测试间隔；

——故障分类和判据；

——数据处理方法；

——合格与否的判据；

——试验中断处理规定；

——试验设备与测量仪表；

——试验日程安排。

表3试验应力类型与考核目的

应力类型考核目的

高温加速氧化或腐蚀；加速绝缘材料老化

低温密封件丧失弹性；水汽冷凝

温度

温度冲击：应力破坏；疲劳损伤

温度循环

温度循环：应力松弛；弹性疲劳

湿度加速氧化或腐蚀；离子漏电；ECM/CAF；促进材料退化

腐蚀腐蚀引起外观不良、开路，引入的电解液造成腐蚀或漏电、短路等

雨水湿度水分来源；绝缘材料泡胀；增大锈蚀可能性；促进霉菌生长

低气压降低高压绝缘性能和对流传热效率；宇航高真空环境有机材料变硬变脆、释气

辐射材料老化(电气性能退化、密封失效)

电应力环境静电敏感等

霉菌：分解有机材料，造成材料物理或化学变化，劣化性能；分泌产物引起腐

生物环境

蚀

7

T/CSTMXXXXX—2022

啮齿动物：咬坏部；排泄物桥接漏电

振动（持续性）：断续电气接触；微动磨损；金属疲劳

力学环境冲击（瞬间性、破坏性）：低周疲劳、结构变形甚至开裂

机械应力：焊点失效或器件本体开裂

4.3试验顺序设计

当依次进行多个环境试验项目时，应充分考虑各试验项目间可能产生的相互影响，根据试验的目的

制订最佳的试验项目安排顺序。试验顺序设计示意图见图3。

图3试验顺序设计示意图

4.4基于失效物理的验证试验设计

4.4.1设计原则

从失效物理出发，找出引起故障的各种相关因素，以及相关因素的相应表征参数，结合实际应用需

求和环境应用剖面，设计验证试验进行针对性评价。

4.4.2设计流程

8

T/CSTMXXXXX—2022

图4设计流程图

4.4.3失效分析技术

查找产品失效机理和原因时，可使用但不限于以下技术：

——外观检查；

——X射线透视检查；

——电学测试；

——高速高频；

——扫描超声显微镜检查；

——红外热像分析；

——红外显微镜分析；

——扫描电镜分析及能谱分析；

——AFM/激光共聚焦分析；

——金相切片分析；

——热分析技术；

——离子束切割技术；

——聚焦离子束分析技术；

——光电子能谱分析技术；

——二次离子质谱分析技术；

——失效复现/验证。

4.4.4设计示例

重点关注：

——性能指标/应用工艺指标/可靠性与环境适应性指标；

——指标的选取与历史故障以及失效风险密切相关。

表4设计示例

失效模式风险分析

现

失效失效失效机理设计材料应力影响参数试验方法检测项目

象制程风险

部件模式风险风险

XPCBA焊接不良1）弹1）焊点没1）锡/焊点尺/拉伸强度

9

T/CSTMXXXXX—2022

A（空洞、簧拉对好或压膏质寸、焊接（机械强

未对准、力太紧；2）锡量不强度、最度）、

污染氧大膏使用不稳大弹簧拉X-Ray、

化）当或焊料定；力内部目

受到污2）污检、切片

染；3）焊染分析

接工艺波温变范

温循、温

动温变围、温变/

冲

速率

疲劳退化

振幅、频

振动机械振动/

率

高温温度高低高温存储/

焊料成分焊点切片

异常导致///分析

熔点变化（EDS元

B素面扫

焊接污染

描）、熔点

导致焊接///

分析（热

不良

重DSC）

5可靠性试验条件

5.1户外环境参数

户外环境是制订可靠性试验条件的基本依据，一般包括雨、雪、冰雹、风、冰、盐雾、沙尘暴、雷

电、电磁兼容及不同等级的太阳辐射等。

通信用户外设备的常见条件如下：

工作温度范围：-40℃~55℃；

贮存温度范围：-25℃~55℃；

运输温度范围：-40℃~70℃。

相对湿度条件：5%RH~100%RH。

大气压力条件：62kPa~101kPa。

太阳辐射强度：1120×（1±10%）W/sr。

5.2内部工作环境参数

内部工作环境是制订具体可靠性试验条件的重要依据，一般应结合实际产品、安装部位和具体测试

值给出内部工作环境参数。

5.3典型可靠性试验条件

表5典型可靠性试验条件

试验编号试验项目板级试验条件

将元器件安装在PWBs上

1#最少5次回流

预处理

2#无偏压HAST条件A（130℃/85%RH）或条件B（110℃/85%RH）

10

T/CSTMXXXXX—2022

3#高温存储条件A（125℃）或条件B（150℃）

4a#湿热加偏压50℃~85℃&80%RH~85%RH，加偏压

4b#湿热无偏压50℃~85℃&80%RH~85%RH，无偏压

5#加偏压HAST条件A（130℃/85%RH）或条件B（110℃/85%RH）

条件J（0℃~100℃），条件G（-40℃~125℃），条件K（0℃

6#温度循环

~125℃）或条件L（-55℃~110℃）

7#电源温度循环条件A（-40℃~85℃）或条件B（-40℃~125℃）

8#机械冲击（跌落试验）JESD22B110：条件A（500G的峰值加速度）&JESD22-B111

9#变频振动条件1（20G的峰值加速度）

10#弯曲：单向&循环见IPC/JEDEC9702

11

T/CSTMXXXXX—2022

附录A

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

12

T/CSTMXXXXX—2022

参考文献

[1]施建荣，王晓侠，党弦.装备全寿命环境剖面与任务剖面[J].装备环境工程，2010,7（2）：

18.

[2]吴超云，明志茂，黄英龄.舰载装备环境剖面构建及环境要求分析[J].国防科技工业，

2016(2)：45.

_________________________________

13

T/CSTMXXXXX—2022

目次

目次...............................................................................1

前言...............................................................................2

引言...............................................................................3

通信用关键材料可靠性试验设计方法.....................................................4

1范围...........................................................................4

2应用环境需求分析...............................................................4

2.1分析目的.......................................................................4

2.2分析流程.......................................................................5

2.3分析要求.......................................................................5

3可靠性指标需求分析.............................................................6

3.1分析目的.......................................................................6

3.2分析流程.......................................................................6

3.3分析要求.......................................................................6

4可靠性试验设计.................................................................7

4.1设计原则.......................................................................7

4.2设计要求.......................................................................7

4.3试验顺序设计...................................................................8

4.4基于失效物理的验证试验设计.....................................................8

5可靠性试验条件................................................................10

5.1户外环境参数..................................................................10

5.2内部工作环境参数..............................................................10

5.3典型可靠性试验条件............................................................10

附录A..............................................................................12

1

T/CSTMXXXXX—2022

通信用关键材料可靠性试验设计方法

重要提示（危险或警告或注意）：使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未

指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的

条件。

1范围

本标准规定了通信用关键材料的应用环境需求分析、可靠性指标需求分析、可靠性试验设计和典型

可靠性试验条件。

本文适用于通信用关键材料的可靠性试验。

通信用关键材料主要包括高频基材、天线材料、第三代半导体材料、印制板及组装工艺材料、先进

封装材料、电磁屏蔽材料及导热散热材料等。

2应用环境需求分析

2.1分析目的

通过开展标准与资料分析、应用环境实测、历史应用环境数据调研等，掌握产品在生产、运输、贮

存和使用中主要应用环境应力类型与规格，作为制订可靠性试验项目和具体试验方法的输入。

图1环境效应需求分析-试验验证-设计预防闭环工作流程示意图

4

T/CSTMXXXXX—2022

2.2分析流程

通过对任务剖面中环境事件的分析，得出任务过程中的遭遇环境应力类型，根据任务剖面各阶段的

任务特性参数，导出相应的环境应力持续的时间，从而得到环境剖面，明确界定冲击、振动、温度、湿

度、磁场等自然环境和诱发环境的严酷程度和持续时间。一般应包含以下步骤：

——对通信设备的任务剖面分析，包括定义设备的任务阶段、运行方式、运行功能、成功标准、任

务时间等；

——根据任务剖面，对可能对设备的任务成功性带来影响的关键诱发应力类型进行定性分析（图2）；

图2基于任务阶段的环境剖面应力类型分析示意图（以导弹发射为例）

——借鉴现有相似设备的失效敏感参数，从定量上确定装备初始的环境剖面；

——从初始环境剖面的基础上对设备作环境工程分析，确定装备的每一个硬件在每一任务阶段所处

的正式环境、每一环境的正式应力水平与持续时间；分析时应优选使用实测应力，其次是估算应力，最

后是有关标准规定的应力；

——考虑设备环境应力到材料应力的传递过程和局部微环境，将环境剖面从设备→组件→元器件→

材料扩展。

2.3分析要求

开展材料环境剖面分析时，应同时考虑整机应用环境以及材料在整机装备中的局部微环境。

应考虑材料从生产组装、运输、老化筛选、入厂验收、仓储、安装及整机应用等整个寿命周期内会

经历不同的温度、湿度、大气环境、电学应力、机械应力等环境应力的影响；其中整机从出厂到完成任

务的全应用过程基本可以分成3个任务期：运输环境剖面、贮存环境剖面、工作环境剖面；各任务环境

剖面需考虑的常见环境因素见表1。

表1不同任务环境剖面常见环境因素

环境剖面环境因素

温度、湿度、沙尘、盐雾、雨、雪

运输

振动、冲击、跌落、盐雾、腐蚀性大气、霉菌等

贮存温度、湿度、静压力、盐雾、霉菌等

温度、湿度、低气压、干燥、沙尘、振动、加速度、噪声、冲击、腐蚀、沙

工作

尘、雨水、臭氧、辐射、化学溶剂、