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1、可靠性试验培训,可靠性发展及重要性,2,可靠性的发展背景,可靠性发展及重要性,可靠性的发展,可靠性开始兴起：1940s1950s二战的需求，推出了许多新的产品，包括电子开关，真空管便携式收音机，雷达和电子雷管，也带来了产品可靠性的问题。可靠性概念来自德国,1945 年德国科学家把它带到美国。可靠性迅速发展：1960s 1980s随着美国航空及航天工业，汽车工业和计算机产业的迅速发展，推动可靠性的迅速发展。可靠性进入成熟期并国际化：1990s 2000s 推广和应用高加速寿命试验（HALT）、高加速应力试验（HAST）&高加速应力筛选试验（HASS）和Robust设计【田口(Taguchi)设计
2、】，特别是在高科技产业，极大地提高了电子元部件的可靠性，从而促进了计算机产业，互联网技术，智慧手机的迅速发展和广泛应用随着经济全球化，可靠性的应用在世界各地迅速地推广发展，提高产品可靠性和经济效益。,可靠性发展及重要性,4,产品失效后可能造成灾难性的后果、巨大的经济损失和严重的国家安全危害。,可靠性的重要性,一、太空发展史上的重大事故 1974年长征二号运载火箭首次发射,因控制系统的一根0.25mm的导线断裂而失败。1986年美国“挑战者号”因一个密封圈在低温下腐蚀疲劳失效，起飞76秒后爆炸，其中7名宇航员全部丧生，直接经济损失达12亿元。1991年历史上第一次为外国发射卫星“澳星”，因一个小
3、小的零件失效，导致发射失败。2003年美国“哥伦比亚号”重返地球大气层后发生爆炸，7名机组人员全部遇难。起因是左翼上的保温泡沫在发射过中损坏，在返途中，高温气体进入机翼，导致航天飞机解体。,可靠性发展及重要性,5,可靠性的重要性,二、航空业上的重大灾难 1984年一架波音747客机由于尾翼隔板疲劳断裂，在日本坠毁导致521人死亡。三、石油化工业的重大事故 1984年美国联合碳化公司设在印度的农药厂，由于地下毒气罐阀门失效，毒气溢出，造成3000人死亡的重大灾难。2010年英国石油公司(BP)在墨西哥的海洋平台在钻井发生油管爆炸而沉没。由于油井的防喷阀失效，造成有史以来最大海面污染，面临高达百亿
4、美元的经济索赔和善后处理费用。,6,可靠性概念,什么是可靠性？,可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。评估方式：产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的概率（能力）,可靠性又可分为两种：一种是固有可靠性，是指产品在设计、制造过程中，产品对象已经赋予的固有属性，这部分的可靠性是在产品在设计开发时可以控制的；一种是使用可靠性，是指产品在实际使用过程中表现出来的可靠性，除了固有可选性的影响因素外，还需要考虑产品安装、操作使用、维修保障等各方面因素的影响。,可靠性概念,7,浴盆曲线,失效率(t)是随时间变化的函数。典型的失效率曲线，称为浴盆曲线。,可靠性试验,8,定义：可靠
5、性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一个过程。目的：为了评价分析电子产品可靠性而进行的试验称为可靠性试验。试验目的通常有如下几方面：在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产品可靠性达到预定指标的情况；生产阶段为监控生产过程提供信息；对定型产品进行可靠性鉴定或验收；暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律及有关的失效模式 和失效机理；为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为用户选用产品提供 依据。,可靠性标准,9,国标（国家标准）行标（行业通用标准）国际标准企业标准客户特殊需求定制产品,美国国家标准学会,可靠性标准,10,可靠性常用试验,11,气候环境试验 高温贮存试验
6、（HTST）稳态湿热试验（THT）低温贮存试验（LTST）高压蒸煮试验（PCT）温度循环试验（TCT）高速老化寿命试验（uHAST),机械环境试验 跌落试验,负载老化试验 高温高湿偏置试验（THB）高速老化寿命试验（HAST）高温反偏（HTRB）,JCET试验其他分类：工程试验客户试验稽查试验筛选试验,常规试验分类,环境应力与失效的关系,12,1.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,环境应力与失效的关系,13,1 温度应力对产品的影响当讨论产品寿命时,一般采用“10规则的表达方式。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
7、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,14,2 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
8、关系,15,3 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
9、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。,可靠性试验项目,16,（冷热冲击试验）试验目的：考核产品承受极端高温和极端低温的能力以及极端高温和极端低温交替变化对产品的影响。常规温度:-65150,Dwell=15min-40125,Dwell=15min-4085,Dwell=10min（锡须条件）循环次数：100/200/500/1000cycles，常规试验采用100cycles。滞留时间：10min以上。转换时间：不超过5min。温度循环试验不同于环境模拟试验，它是通过冷热温度冲击发现在常温状态下难以发现的潜在故障问题。决定冷热温度冲击试
10、验的主要因素有：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。,温度循环 TCT Temperature Cycling Test,可靠性试验项目,17,温度循环 TCT Temperature Cycling Test,Expansion,Shrinkage,150 CAir,-65 CAir,膨胀,收缩,产品受到循环温度热应力示意图,温度冲击设备有：两箱法、三箱法和液槽式三种。JCET：air to air 方式，三箱法。,可靠性试验项目,温度循环 TCT Temperature Cycling Test,温度循环试验箱,设备能力：低温-80/高温200，温度转换5min常规条
11、件：-65150,Dwell=15min-40125,Dwell=15min,可靠性试验项目,19,试验目的：评定产品经长时间施加湿度应力和温度应力作用的能力试验条件：温度：(852)湿度：(855)%试验时间：168/504/1008hrs恒温恒湿的技术指标包括：温度、相对湿度、试验时间常做的双85指定就是温度85，湿度85产品失效因为湿度的影响占比非常高，因此湿度试验在环境试验中是必不可少的。,稳态湿热 THTTemperature Humidity Bias Life Test,可靠性试验项目,20,稳态湿热 THTTemperature Humidity Bias Life Test,
12、恒温恒湿试验机,设备能力：温度-20 150；湿度1098%RH设备精度：温度0.2；湿度2%RH设备特点：设备温湿度程序设定可进行交变湿热试验。常规条件：30，60%RH 85，85%RH60，60%RH 55，85%RH 85，60%RH 交变湿热,可靠性试验项目,21,试验目的：考核产品在高温、高湿、高气压条件下抗潮湿能力，加速其失效过程。试验条件：温度：121 湿度：100%R 相对压力：2atm(205kPa)试验时间：96/168/336小时，常规推荐96小时。,高压蒸煮 PCT Pressure Cooker Test,可靠性试验项目,22,高压蒸煮 PCT Pressure C
13、ooker Test,高速老化试验箱,设备能力：温度85 145()；湿度85100(%RH)常规条件：121,100RH,205Kpa(2atm),可靠性试验项目,高速老化试验 HASTHighly-Accelerated Temperature and Humidity Stress Test,试验目的：评估元器件在高温，高湿，高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程。试验条件：温度/湿度：130/85%RH（常规值）时间：96hrs电压：根据产品的规范或客户的要求注：我司目前主要进行的是无偏置状态的高速老化试验,可靠性试验项目,高速老化试验 HASTHighly-Accelerate
14、d Temperature and Humidity Stress Test,高加速寿命试验箱,设备能力温度：105.0133.3（at 100%RH）110.0140.0（at 85%RH）118.0150.0（at 65%RH）湿度：65100%RH精度：温度0.5/湿度3%RH（at 85%RH）常规条件：130，85%RH110，85%RH,可靠性试验项目,高温贮存试验 HTST High Temperature Storage,试验目的：评定产品承受长时间施加高温应力下工作或贮存的适应能力。试验条件：贮存温度：1503 试验时间：168/504/1008hrs,可靠性试验项目,高温贮
15、存试验 HTST High Temperature Storage,设备能力环境温度+20 200常规条件：85125150,可靠性试验项目,低温贮存试验 LTSTLow Temperature Storage,试验目的：评定产品承受长时间施加低温应力下工作或贮存的适应能力。试验条件：贮存温度：A:-40(-10/+0)B:-55(-10/+0)C:-65(-10/+0)试验时间：168/504/1008hrs,可靠性试验项目,低温贮存试验 LTSTLow Temperature Storage,高低温恒温试验箱,设备能力：-70150设备精度：0.2设备特点：设备具有可编程设置，可进行高低温
16、循环试验。常规条件：-40-55-65,可靠性试验项目,电耐久试验 Burn-in,试验目的：评定晶体管经长时间施加电应力和温度应力作用的能力。试验条件：1.普通三极管：常温条件电压、电流：Vce=0.7Bvceo，Ic=Ptot/Vce（Bvceo为规范要求值，Ptot为规范要求的功率值）。2.三端稳压器（主要针对78/79系列）：输入电压：根据常规三端稳压器电耐久试验条件对照表负载电流：负载电流额定功率P/（输入电压Vi输出电压Vo）3.稳压二极管及TVS管：常温条件电压、电流：VR=Vz，Ic=PD/Vz，（Vz规范要求值，PD规范要求的功率值）试验时间：168/500/1000 h,可
17、靠性试验项目,电耐久试验 Burn-in,分立器件综合性老化台,设备能力：电流：10A/电压：120V技术特点：系统创新设计每个试验通道16路恒流电子负载，解决多功能试验设备试验稳压二极管、整流二极管试验电流不稳定的状况。备注：中心另有三端稳压管老化系统。,可靠性试验项目,高温反偏试验 HTRB,试验目的：评定晶体管经长时间施加电应力和温度应力作用的能力。试验条件：试验温度：常规二、三级管为1253；射频晶体管1253；肖特基二极管853；可控硅1103；MOS管(VDSS100V)1103，(VDSS100V)1253试验电压：反偏电压为Bvcbo的70，二极管为反向击穿电压的7080%，或
18、根据产品要求或客户（Bvcbo为规范要求值）。试验时间：168/500/1000 h,可靠性试验项目,高温反偏试验 HTRB,高温反偏试验系统,设备能力：温度:200/电压:1000V技术特点：“自动加电”：老化加载实现自适应程控方式，调取器件数据库自动完成试验全过程。全程监控试验情况，记录试验曲线和数据供试验分析。,可靠性试验项目,易焊性 Solderability,试验目的：评估元器件leads在粘锡过程中的可靠度。易焊性试验的方法主要有：槽焊法(dip)和润湿法(wetting balance)。一般作为产品的检测工作主要使用槽焊法，简单易行。判定标准：有效区域95%以上面积上锡，无针孔
19、、不润湿、弱润湿、退润湿等异常,可靠性试验项目,易焊性 Solderability,试验条件：(2455)、（50.5）sec助焊剂：酒精与松香重量之比为3:1或其它非活性助焊剂，目前我公司使用的是酒精与松香重量之比为3:1的助焊剂。焊料：（无铅）锡银铜焊料（Sn96.5%/Ag3.0%/Cu0.5%）浸入取出速度：(255)mm/s易焊性试验的预处理方式 a)蒸气老化1小时（如果试验加严，老化时间可以是4、8或16小时）b)恒定湿热试验10天，湿热条件为温度402C，相对湿度933%c)高温老化155，16小时,槽焊法（定性）,可靠性试验项目,易焊性 Solderability,将元器件的引
20、脚垂直浸入熔化焊料，焊料润湿元器件管脚则附着张力沿直线方向产生作用。由于附着力是接触角的函数，表示润湿的尺度，因此如能定量测定这个附着张力，便能定量求得焊料的润湿性，测定附着张力，可间接求得接触角的时间变化，得到润湿法的曲线，整个润湿过程为5秒。润湿称量装置如下图：,润湿称量法 Wetting Balance（定量）,可靠性试验项目,易焊性 Solderability,易焊性测试仪制造商：ACCTRONICS设备规格：ST88,设备能力温度范围：室温450测试方法：球焊法测试；锡槽法测试传感器：线性度0.1%，分辨率1mg浸润深度：0.19mm选择浸润速度：1-50mm/s可调常规条件245/
21、270备注：Solder Test可进行定性和定量分析。,可靠性试验项目,预处理&MSL Precondition&Moisture Sensitivity Classification,Precondition：在可靠性试验前，模拟吸湿的产品在装配电路板时的影响。MSL：是产品的湿气敏感等级，此等级将决定产品是否采用密封、干燥包装，拆开包装后的使用期限。试验条件/步骤：1、初始电性测试+SAT 筛选样本 2、TCT 5cycle（可选）模拟运输条件 3、Baking：125，24hrs 烘烤去除原有水汽 4、Soaking：L185/85%RH/168hrs 充分吸湿 L330/60%RH/
22、192hrs 5、Reflow：245/250/260，3times 高温考核 6、最终电性测试+SAT 判定结果,可靠性试验项目,预处理&MSL Precondition&Moisture Sensitivity Classification,湿气封装等级水平对照表,可靠性试验项目,回流焊曲线图,回流焊 Reflow,可靠性试验项目,回流焊 Reflow,回流焊曲线要求,可靠性试验项目,锡须试验 Whisker test,试验目的：评定产品承受长时间施加温湿度应力作用下锡须生长情况。试验条件：TCT：-5585,air to air;10 minute soak;3 cycles/hr or
23、-4085,air to air;10 minute soak;3 cycles/hr，2000cycle THT：30/60RH，4000HHT&H：55/85RH，4000H判定标准：Whisker 45um(TCT）Whisker 40um(THT/HT&H）,可靠性试验项目,跌落试验（板级）Drop test（board level）,可靠性试验项目,跌落试验（板级）Drop test（board level）,Representative Test Board,Drop Test Board Description,Bulk solder crack near component s
24、ide,IMC crack at PCB bump pad,Crack at copper trace at PCB side,可靠性试验认证资质,CNAS认可中国合格评定国家认可委员会认可的实验室/检查机构,公正 科学 服务 改进,可靠性失效案例,某产品TCT200后，RDSON偏大分析：导电胶分层,某产品TCT500后分析：点断,可靠性失效案例,样品PCT96后一颗PIN2开路失效分析：球脱,样品UHAST96后1颗OS失效分析：球脱,可靠性失效案例,样品HTST后失效分析：点断,可靠性失效案例,样品MSL后基岛有红区异常分析：分层,取一颗样品切割，3K显微镜下观察发现塑封体与基岛之间有分层，如下图,沿图示直线方向切割后，沿箭头方向观察,49,结束语,
