老化、環(huán)境及可靠性試驗(ppt 45頁).ppt

1、電話：87236376傳真：87237185郵編：510610,地址：廣州市天河區(qū)東莞莊路110號,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所元器件可靠性研究分析中心,授課：馮敬東,老化、環(huán)境及可靠性試驗,2,1.1概述,產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，就叫做電子產(chǎn)品的可靠性?？煽啃栽囼炇菫楫a(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的一種手段?？煽啃栽囼災康模?a)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設計、材料和工藝方面的各種缺陷。(b)為改善產(chǎn)品完好性、減少維修費用及保障費用提供信息。(c)確認是否符合可靠性定量要求。(c)評價產(chǎn)品的使用壽命。,一、可靠性試驗及目的,3,1.1概述,10規(guī)則：當討論產(chǎn)品在不同環(huán)境下的使用壽命時

2、,一般采用“規(guī)則”的表達方式。具體應用時可以表達為“10規(guī)則”，即當周圍環(huán)境溫度上升10時，產(chǎn)品壽命就會減少一半；當周圍環(huán)境溫度上升20時，產(chǎn)品壽命就會減少到四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響產(chǎn)品壽命（失效）的。,二、基本知識和術語,4,1.1概述,二、基本知識和術語,浴盆曲線：通常將電子元件和設備失效率數(shù)值連接成曲線后就會得出所示的“浴盆曲線”。此圖表明半導體元器件與電子器件失效曲線是隨著操作時間變化而變化。產(chǎn)品不同階段失效原因可以用右邊表格說明,5,第一章可靠性概論,可靠性工作的技術內(nèi)容,可靠性技術是研究如何評價、分析和提高產(chǎn)品可靠性的一門綜合性的學科?？煽啃怨ぷ鞯募夹g內(nèi)容包括：可靠

3、性系統(tǒng)分析、可靠性設計、可靠性生產(chǎn)、可靠性維護、可靠性失效分析、可靠性數(shù)據(jù)收集處理和交換技術、可靠性試驗、,6,第二章可靠性試驗的分類,可靠性試驗分類,可靠性試驗對于不同的應用有不同的分類方法試驗目的分類、試驗場地分類、試驗方法分類是常用的3種分類方法一般工程和系統(tǒng)人員大部分采用第一種按試驗目的分類元器件采用第三種按試驗方法分類,7,第二章可靠性試驗的分類（1）,可靠性試驗按試驗目的可分為工程試驗與統(tǒng)計試驗兩大類,可靠性試驗,工程試驗,統(tǒng)計試驗,環(huán)境應力篩選,可靠性增長,可靠性鑒定,可靠性驗收,試驗目的分類,8,第二章可靠性試驗的分類（1）,工程試驗的內(nèi)容：包括篩選試驗和可靠性增長試驗。工程試

4、驗的目的：暴露產(chǎn)品設計、工藝、元器件、原材料的可靠性缺陷，對產(chǎn)品的故障原因進行分析并采取有效的針對性糾正措施加以排除。工程試驗由承制方進行，以研制樣機為受試產(chǎn)品,工程試驗,9,第二章可靠性試驗的分類（1）,篩選試驗,篩選試驗的內(nèi)容：常規(guī)條件篩選試驗、老化篩選試驗和環(huán)境應力篩選試驗（包括機械應力、電應力、熱應力、嚴寒等）。美軍方試驗方法篩選試驗的目的：通過檢驗剔除不合格的或有可能早期失效的產(chǎn)品，消除在早期失效期發(fā)生的產(chǎn)品缺陷及不良問題，提高產(chǎn)品的可靠性。篩選試驗的方法：規(guī)定條件下的目視檢查、功能測量、參數(shù)檢測、密封性檢查等。,10,第二章可靠性試驗的分類（1）,可靠性增長試驗,可靠性增長試驗的定

5、義：通過試驗逐步改正產(chǎn)品設計和制造中的缺陷，不斷提高產(chǎn)品可靠性的過程。可靠性增長試驗的特點：a.針對產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)進行b.改進后產(chǎn)品原來的薄弱環(huán)節(jié)不重現(xiàn)或出現(xiàn)率低于允許的水平c.驗證條件與原故障發(fā)生的條件一致或更嚴酷可靠性增長試驗的過程：,11,第二章可靠性試驗的分類（1）,統(tǒng)計試驗的內(nèi)容：可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗，還有一種目的不在驗收與否的試驗可靠性測定試驗，是研制方對自身產(chǎn)品當前達到的可靠性水平的信息獲取。統(tǒng)計試驗的目的：驗證產(chǎn)品是否達到規(guī)定的可靠性標準，,統(tǒng)計試驗,12,第二章可靠性試驗的分類（1）,鑒定試驗,可靠性鑒定試驗的目的是為了驗證產(chǎn)品的可靠性，確定產(chǎn)品可靠性與設計要求可靠

6、性的一致性，而不是在于暴露產(chǎn)品的可靠性缺陷，同時鑒定試驗在很大程度上可作為產(chǎn)品定型試驗。可靠性鑒定試驗方案和試驗內(nèi)容主要是由承制方制定。,13,第二章可靠性試驗的分類（1）,驗收試驗,驗收試驗的目的：是確定產(chǎn)品是否符合規(guī)定的可靠性要求驗收試驗對產(chǎn)品的要求：用已交付產(chǎn)品或可交付的產(chǎn)品。驗收試驗的前期工作：在系統(tǒng)或設備的可靠性驗收試驗開始以前，必須對元器件、零部件及設備完成環(huán)境試驗（包括沖擊、振動、離心、溫度、濕度、沙劣、鹽霧、核梅射、電磁干擾等等），和單項試驗（抗靜電試驗、電磁輻射、安全性試驗），容許的邊緣環(huán)境條件考核產(chǎn)品。,14,第二章可靠性試驗的分類（2）,可靠性試驗按試驗場地分可以是試驗室

7、試驗也可以是使用現(xiàn)場試驗實驗室試驗：在試驗室內(nèi)模擬實際使用條件或在規(guī)定的工作及環(huán)境條件下進行的試驗。使用現(xiàn)場試驗：原則上現(xiàn)場試驗最能忠實地反映產(chǎn)品的實際可靠性水平。只需做好統(tǒng)計，不用另外找樣品做試驗。,試驗場地分類,15,從廣義上來說，凡屬與可靠性有關的試驗都屬于可靠性試驗。例如，篩選試驗、質(zhì)量認證試驗、產(chǎn)品的交收驗收試驗、產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗等等。本節(jié)可靠性試驗分類，指專門用來評價產(chǎn)品可靠性特征量或用來確定產(chǎn)品失效模式而作的各類試驗。試驗主要有壽命試驗、評價鑒定試驗、環(huán)境適應性試驗等。,第二章可靠性試驗的分類（3）,試驗方法分類,16,第二章可靠性試驗的分類（3）,壽命試驗（耐久性試驗)：壽命試驗

8、為了評價分析產(chǎn)品在規(guī)定使用和維護條件下的使用壽命而進行的一種試驗。用于調(diào)查分析何時出現(xiàn)電子元器件和機械零件的摩耗和使用壽命的問題，使用壽命的故障分布函數(shù)呈什么樣的形狀；以及分析失效率上升的原因。專門用來評價產(chǎn)品可靠性特征量或用來確定產(chǎn)品失效模式而進行的一種試驗。試驗內(nèi)容包括：貯存壽命試驗工作壽命試驗加速壽命試驗,壽命試驗,17,第二章可靠性試驗的分類（3）,試驗分類圖,18,在失效率試驗和驗收試驗中常采用截尾試驗和非試尾試驗試驗一直進行到全部試驗樣品都失效才截止的試驗，稱為非截尾試驗;試驗進行到規(guī)定的時間就截止的試驗，稱為定時截尾試驗，試驗進行到規(guī)定失效數(shù)就截止的試驗，稱為定數(shù)截尾試驗。根據(jù)試

9、驗過程中失效樣品是否可以替換的情況，還可分為有替換試驗和無替換試驗,截尾和非截尾試驗,第二章可靠性試驗的分類（3）,19,比對試驗：1。選擇同種產(chǎn)品中可靠性最好的2。選擇同種產(chǎn)品中技術指標最好的3。選擇同種產(chǎn)品中某項技術指標最好的4。選擇幾個生產(chǎn)批次中最好的對產(chǎn)品優(yōu)劣的評價必需綜合考慮，在比對試驗中為了盡快地出結果，可以考慮加速試驗方法。,第二章可靠性試驗的分類（3）,生產(chǎn)中常用的試驗,20,型式試驗（驗證試驗、定型試驗）型式試驗在產(chǎn)品研制和開發(fā)階段同步或后期進行，試驗目的是考核研制的產(chǎn)品在滿足技術指標情況下對各種環(huán)境條件的適應性。為生產(chǎn)的產(chǎn)品取得相應質(zhì)量許可作準備。,第二章可靠性試驗的分類,

10、生產(chǎn)中常用的試驗,21,其他試驗（在實際工作中常發(fā)生）在用戶的使用中往往會提出比某一項原定技術指標更高要求的使用條件，因此必須進行超額使用的試驗。例如230、10秒的耐焊接熱元器件，能否在260、6秒的條件下使用,生產(chǎn)中常用的試驗,第二章可靠性試驗的分類,22,第三章可靠性試驗,可靠性試驗的要素,1.試驗條件：可靠性試驗的條件既要考慮到受試產(chǎn)品的固有特性，還要考慮到影響受試產(chǎn)品故障出現(xiàn)的其他因素。在選定產(chǎn)品可靠性試驗的條件時，應考慮下述內(nèi)容:(a)要求或進行可靠性試驗的基本理由；(b)預期產(chǎn)品使用條件的變化；(c)使用條件中的不同應力因素引起產(chǎn)品故障的可能性；(d)不同試驗條件下需要的試驗費用

11、；(e)可供可靠性試驗用的試驗設備；(f)可供試驗用的時間；(g)預計的不同試驗條件下的產(chǎn)品可靠性特征值。,23,2.故障判據(jù)對于產(chǎn)品的每一個需要監(jiān)測的參數(shù)應規(guī)定它的容差限。由于測量錯誤或外部測試設備出故障而產(chǎn)的故障現(xiàn)象不能認為是受試產(chǎn)品的故障。如果出現(xiàn)兩個或更多的獨立故障原因，則每一個故障原因都認為是受試產(chǎn)品的一個故障。對產(chǎn)品施加了超出其規(guī)定忍受能力范圍的應力而造成的故障稱為誤用故障，屬非關聯(lián)故障。關聯(lián)故障和非關聯(lián)故障與產(chǎn)品可靠性鑒定或驗收試驗的關系。,第三章可靠性試驗,可靠性試驗的要素,24,3.1可靠性試驗的基本原則可靠性測定試驗、驗證試驗、增長試驗的環(huán)境條件應盡可能反映產(chǎn)品在現(xiàn)場使用與

12、任務環(huán)境的特征投人可靠性試驗的受試產(chǎn)品應該已經(jīng)過篩選、老煉，排除了產(chǎn)品早期故障，應該己經(jīng)通過環(huán)境適應性試驗。因此，環(huán)境適應性試驗和應力篩選應排在可靠性試驗之前。在進行可靠性試驗之前應該取得試驗設備、儀器、儀表工作符合規(guī)定要求的報告。,第三章可靠性試驗,可靠性試驗的基本原則,25,第三章可靠性試驗,3.2可靠性試驗的綜合安排試驗計劃的安排應該盡可能把可靠性試驗、性能試驗、環(huán)境試驗和耐久性試驗結合起來，構成一個比較全面的可靠性的綜合試驗計劃產(chǎn)品的性能測試一般在產(chǎn)品的樣機生產(chǎn)出來之后就立即進行。產(chǎn)品的性能特性參數(shù)有規(guī)定的容許限。如果性能特性參數(shù)落入容許限，產(chǎn)品的性能是合格的在試驗前、試驗中、試驗后，

13、都應進行產(chǎn)品性能測試，并記錄試驗前、中、后的技術參數(shù)。先進行產(chǎn)品的篩選、老煉，排除產(chǎn)品的早期故障，使產(chǎn)品的故障率趨于穩(wěn)定，這樣在可靠性試驗中可反映出產(chǎn)品的固有可靠性，而不是暴露產(chǎn)品的早期故障。,可靠性試驗的綜合安排,26,篩選的定義：采用非破壞性應力檢查所有產(chǎn)品消除隱患.篩選的作用：在生產(chǎn)期間排除良好設計的產(chǎn)品在制造過程中引入缺陷的工藝手段。篩選的適用范圍：包括產(chǎn)品研制階段（工程設計人員）、批生產(chǎn)階段和出廠前篩選的特點：環(huán)境應力篩選是一種工藝，而不是一種試驗。篩選是100對產(chǎn)品進行篩選的目的：是迫使存在于產(chǎn)品中的會變成早期故障的缺陷提前變成故障參照標準：國軍標GJB1032“電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩

14、選方法”,第四章篩選試驗,環(huán)境應力篩選定義及其說明,27,篩選試驗可以在元件、器件、連接器等產(chǎn)品或整機系統(tǒng)中進行，根據(jù)要求不同可以有不同的應力篩選試驗，環(huán)境應力篩選的主要試驗為：電應力篩選：加電工作試驗、加電加負荷試驗溫度應力篩選：高溫、低溫、高溫工作或低溫工作環(huán)境應力篩選：溫度變化機械應力篩選：沖擊或振動其他篩選：參數(shù)篩選、一致性篩選篩選試驗也可分為普通篩選（一次篩選）、精密篩選（二次篩選）,第四章篩選試驗,環(huán)境應力篩選定義及其說明,28,不存在一個通用的，對所有產(chǎn)品都具有最佳效果的篩選方法，篩選是一個動態(tài)的閉環(huán)過程，生產(chǎn)早期確定的篩選方法同樣需要進行改變。一個良好的環(huán)境應力篩選具備以下特性

15、:（a)能夠很快析出潛在缺陷，包括能析出適當數(shù)量的固有(設計)缺陷；(b)不會引起不適當?shù)脑O計故障，誘發(fā)附加的故障，消耗受篩產(chǎn)品壽命。(c)不應對制造過程控制增加不適當限制。篩選試驗也分為:普通篩選（一次篩選）、精密篩選（二次篩選）,第四章篩選試驗,環(huán)境應力篩選的特性,29,第四章篩選試驗,溫度變化篩選,與溫度變化相比，不管溫度幅度多大，恒定高溫篩選效果遠低于溫度變化。溫度變化諸參數(shù)中，對篩選效果最有影響的是溫度變化范圍R、溫度變化速率V以及循環(huán)次數(shù)N。提高溫度變化范圍和變化速率能加強產(chǎn)品的熱脹冷縮程度和縮短這一過程的時間,30,第四章篩選試驗,進行掃頻正弦振動時，其頻率在給定頻段內(nèi)慢速變化，

16、因而能在每個諧振頻率上持續(xù)一段時間，使激發(fā)缺陷的能力有所加強，但陷藏較深的缺陷仍不易暴露。進行隨機振動時，所有諧振頻率在整個振動時間內(nèi)同時受激勵，激發(fā)能力大大加強?？梢娫谡駝雍Y選中，隨機振動是最有效的，其次為掃頻正弦振動。,各種振動方式激發(fā)故障的曲線圖。,機械振動篩選,31,(a)環(huán)境應力篩選不應改變產(chǎn)品失效機理；(b)由于篩選的目的是剔除早期故障，因此不必準確模擬產(chǎn)品真實的環(huán)境條件；(c)篩選可以提高批產(chǎn)品的可靠性水平，但它不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，只有改進設計、工藝等才能提高后者；(d)對于關鍵設備，應實施三級(元器件級、電路板級、設備級)100%的環(huán)境應力篩選；(e)它不是可靠性鑒定、驗

17、收試驗，但經(jīng)過篩選的產(chǎn)品有利于鑒定和驗收試驗的順利進行。,第四章篩選試驗,篩選試驗的注意事項,32,通電老化試驗：目的是為了通過試驗剔除浴盆曲線中的早期失效，常用于整機、組件。為了保證試驗時不使產(chǎn)品劣化變質(zhì)，達到甄選缺陷品的目的，其重點是試驗條件如何設定。通電老化試驗時要注意的問題：使用的應力類型及應力參數(shù)；老化時間；通/斷電要求；檢測要求；無故障數(shù)量要求。,第四章篩選試驗,老化試驗,33,環(huán)境應力條件可以引起產(chǎn)品失效，Hughes航空公司（美國）技術資料明確地表示了失效與環(huán)境應力的關系。圖中可見在各種應力影響之中溫度和濕度所引發(fā)的失效占所有環(huán)境應力引發(fā)失效的60%左右。,第五章環(huán)境試驗,34

18、,第五章環(huán)境試驗,環(huán)境試驗目的：1觀察產(chǎn)品在各種環(huán)境下的適應性和耐受性2排除早期失效提高產(chǎn)品的質(zhì)量3為失效分析提供驗證和有效的信息4為壽命試驗和加速壽命試驗提供試驗手段環(huán)境試驗的意義：環(huán)境試驗貫穿于電子電工產(chǎn)品的設計、試制、生產(chǎn)、銷售、使用的全過程，通常是設計環(huán)境試驗改進再環(huán)境試驗直至投產(chǎn)。環(huán)境試驗做得越仔細越嚴格，改進提高得越好，在使用中越可靠。因此環(huán)境試驗是可靠性試驗的基礎和最常用的技術手段,35,第五章環(huán)境試驗,環(huán)境試驗的試驗順序,電子電工產(chǎn)品的環(huán)境試驗方法很多，這就有一個試驗順序的問題。所謂試驗順序，是指對同一產(chǎn)品進行二種或二種以上的單因素人工模擬試驗時，應先進行什么試驗，后進行什么試

19、驗。試驗順序通常對試驗結果是有影響的，如果選擇不當會造成試驗結果不真實，甚至造成試驗中斷，所以必須合理的確定試驗順序。(1)根據(jù)試驗目的來確定試驗順序(2)根據(jù)實際遇到的環(huán)境因素來確定試驗順序(3)根據(jù)能對產(chǎn)品產(chǎn)生最大的影響來確定試驗順序(4)根據(jù)試驗的經(jīng)費和時間確定試驗順序,36,第五章環(huán)境試驗,溫度應力對產(chǎn)品的影響,37,第五章環(huán)境試驗,溫度應力對產(chǎn)品的影響,38,第五章環(huán)境試驗,濕度對產(chǎn)品的影響,39,第五章環(huán)境試驗,濕度對產(chǎn)品的影響,40,第五章環(huán)境試驗,機械沖擊和振動對產(chǎn)品的影響,41,冷熱沖擊與溫度循環(huán)的區(qū)別,第五章環(huán)境試驗,42,51電子類環(huán)境試驗標準,國標GB242189“電工

20、電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程總則”對環(huán)境試驗的規(guī)定適應于基本環(huán)境的各類試驗，并對試驗方法的規(guī)定了編號。國標GB242189“電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗術語”國標GB2423.1GB2423.44全部為試驗方法，具體環(huán)境試驗的標準可以參照單項的試驗規(guī)范，以下為國標提供的44種環(huán)境試驗的其中4種試驗A：低溫試驗方法GB2423.1-89試驗B：高溫試驗方法GB2423.2-89試驗Ca：恒定濕熱試驗方法GB/T2423.3-93試驗Db：交變濕熱試驗方法GB/T2423.4-93等國標GB2424為試驗導則，如果需要制定環(huán)境試驗方案，相關的試驗導則是需要了解的。,43,52有具體標準規(guī)定的環(huán)境試驗,對常規(guī)產(chǎn)品進行環(huán)境試驗時，主要是查閱環(huán)境試驗的標準，在相關的標準中明確以下內(nèi)容后可以執(zhí)行。1了解各單項試驗的試驗目的和適用性；2了解該試驗的技術指標；環(huán)境技術指標：高溫溫度、低溫溫度、濕度、時間、周期、