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1、可靠性与环境试验简介,开发2部/叶玲玲,可靠性定义,产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力（概率），就叫做电子产品的可靠性。 可靠性试验是对产品进行评价的各种试验如增长、筛选、验证、验收、统计等。 环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。 可靠性是质量的重要组成部分，它具有自已的特征，即综合性、时间性和统计性。综合性是指从全寿命期内来衡量产品的优劣；时间性是指在整个寿命周期内，在规定的使用环境条件内保持出厂规定功能的能力；统计性是指通过大量统计数据积累得出具有规律的数据。,可靠性的重要性,1、关系到企业的生存和壮大 2、关系到使用
2、者的安全 3、提升企业形象，减少维护费用。 4、是军事产品中重要的技术指标。,可靠性基础知识,MTTF： Mean Time To Failures 平均无故障时间 MTBF： Mean Time Between Failures, 平均无故障间隔时间 MCBF: Mean Cycle Between Failures 平均无故障间隔次数 ESS： Environmental Stress Screening Test 环境应力筛选 HALT ： High Accelerate Life Test 高加速寿命试验 HASS ： High Accelerate Stress Screening
3、高加速应力筛选,可靠性基础知识,10 规则 当讨论产品在不同环境下的使用寿命时,一般采用“10规则” 的表达方式。即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。 电容器的估计寿命用下述公式表示： 其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax 表示最高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10，电容器寿命将下降一倍！,温度对元器件的影响温度对电容器的影响主要是每升高10，使用时间就要下降一半，绝缘材料的性能也下降。 温度的升高会导致电阻器的使用功率下降。如碳膜电阻，当
4、环境温度为40时，允许的使用功率为标称值的100%；环境温度增到100时，允许使用功率仅为标称值20%。 又如RJ-0.125W金属膜电阻，环境温度为70 时，允许使用功率仅为标称值的20%。 温度的变化对阻值大小有一定的影响，温度每升高或降低10，电阻值大约要变化1%。,应力的定义,当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变（Strain）。 材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress）。或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作
5、用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。,应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。 有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交
6、变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。,环境应力,是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85 下工作受到的应力，比在25 下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了。 快速的温差变化，宽范围的温差、强烈的震动、冲击都是环境应力的表现形式。,环境试验目的,1 观察产品在各种环境下的适应性和耐受性 2 排除早期失效提高产品的质量 3 为失效分析提供验证数据和有效
7、的信息 4 为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段 环境试验的方法：A：低温。B：高温。C：恒定湿热。D：交变湿热。E：冲撞（冲击、碰撞、倾跌、自由跌落）。,环境试验的意义,确定产品在各种环境条件下工作或储存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。 充分暴露产品的潜在缺陷，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。 确认是否符合产品交收的可靠性定量要求。 发现-分析-纠正的循环过程，不断提高产品质量。,环境试验的应用范围,(1) 产品的设计定型(型式)试验 (2) 可靠性增长试验 (3) 用于生产检查试验 (4) 用于产品的验收试验 (5) 可靠性寿命试验 (6) 研究性试验和验证试验
8、 (7) 筛选试验,环境试验的试验顺序,电子电工产品的环境试验方法很多，这就有一个试验顺序的问题。所谓试验顺序，是指对同一产品进行二种或二种以上的单因素人工模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么试验。试验顺序通常对试验结果是有影响的，如果选择不当会造成试验结果不真实，甚至造成试验中断，所以必须合理的确定试验顺序。参照GJB150.1的附录A“环境试验顺序表” (1) 根据试验目的来确定试验顺序 (2)根据实际遇到的环境因素来确定试验顺序 (3)根据能对产品产生最大的影响来确定试验顺序 (4)根据试验的经费和时间确定试验顺序,试验顺序对产品的影响,湿热试验后低温试验 湿度试验会对产品的缝隙存有
9、水，低温结冰时会扩大缝隙。 振动与湿度的关系 振动导致两种材料的结合缝隙扩大，湿热试验水汽更容易进入。 湿热试验后温度循环的影响 湿热后残存的水汽在温度循环加点工作中，容易形成电解，导致离子迁移。,温度应力对产品的影响,温度应力对产品的影响,温度应力对产品的影响,塑料封装高温离层(爆米花)现象 表贴器件（SMD）在经过再流焊后容易发生失效，失效现象常表现为开路、半开路或时好时坏，失效原因是封装塑料发生热开裂（这种裂缝发生在内部，用显微镜进行外观检查时也不可能发现）。 其失效机理是：因表贴器件芯片外面包封的塑料很薄，很少，外部的潮气容易浸入内部。表贴工艺（SMT）是将器件整体加热而不是只对管腿加
10、热（例如：波峰焊、烙铁焊），并且加热时间长（一般215240，时间12分钟）。当封装体内有潮气，表贴再流焊时，潮气受热膨胀（水分子体积可扩大40倍），造成封装塑料开裂。开裂的发生与塑料体内含湿量、芯片尺寸、塑料包封的厚度，管脚引线与塑料的粘合状况以及再流焊时受到的温度冲击等因素有关。,湿度对产品的影响,（1）物理性能的变化。潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体积膨胀、机械强度降低等。由于吸潮，使密封产品的密封性降低或遭破坏、产品表面涂敷层剥落、产品标记模糊不等。 （2）电性能变化。由于凝露和吸附作用，使绝缘材料的表面绝缘电阻下降。另外，由于水分的吸收和扩散（渗透）作用，使绝缘材
11、料的体积电阻下降，损耗角增大，从而产生漏电流。对于整机设备，将会导致灵敏度降低、频率漂移等。 （3）腐蚀作用。湿热试验一般不能作为腐蚀试验。湿热的腐蚀作用是由于空气中含有少量的酸、碱性杂质，或由于产品表面附着如焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀作用。,机械冲击和振动对产品的影响,可靠性设计目的,可靠性设计是为了在设计、生产、使用过程中挖掘和确定隐患(和薄弱环节)，并采取设计预防和设计改进措施，有效地消除隐患。从而形成产品的固有可靠性。 产品可靠性的三个阶段： 1、设计阶段：重视可靠性增长试验、确定和暴露薄弱环节。 2、生产制造：元器件保证、生产工艺保证、固有可靠性。 3、使用过程：环境条件、操作方法和检测程序、合理维护、现场使用可靠性。,1. 全面了解元器件的参数、可靠性能力（或薄弱环节）。 2、全面了解产品的生产工艺，设备条件。 3、全面了解整机或系统的失效特点与环境试验方法。 4、全面了解各类元器件的失效机理与对应的筛选试验。,设计人员的四个全面,
