可靠性筛选及环境试验技术

《可靠性筛选及环境试验技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可靠性筛选及环境试验技术（166页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、可靠性筛选及环境试验技术可靠性筛选及环境试验技术DQA-QTRJaccky Zang2008-12-102021/3/101一、概述一、概述国外：国外： 40年代重视可靠性 50年代调查分析，统计试验 60年代失效分析，强调环境试验的重要性 70年代可靠性工程国内：国内： 50年代建立环境适应性实验基地 60年代提出可靠性问题 70年代开展可靠性研究 80年代以后可靠性保证、管理、系统工程 78年电视机的MTBF300500小时，年返修率95% 从可靠性的发展历史看可靠性是战争的产物；是产品的重要指 标；是企业的命脉。可可靠靠性性工工作作的的发发展展2021/3/102一、概述一、概述可靠性的

2、两种思路及产生的原因可靠性的两种思路及产生的原因1. 通过强化试验保证产品的可靠性2. 从失效机理控制入手保证产品的可靠性 不要割裂的看这两种思路可可靠靠性性发发展展的的历历史史2021/3/103一、概述一、概述环境试验目的环境试验目的1.考核产品在各种环境条件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的信息4.为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段环环境境试试验验的的目目的的和和意意义义2021/3/104一、概述一、概述环境试验意义环境试验意义1.确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。2.充分暴露产品的潜在缺陷

3、，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。3.确认是否符合产品交收的可靠性定量要求。4.发现分析纠正的循环过程，不断提高产品质量。环环境境试试验验的的目目的的和和意意义义2021/3/105一、概述一、概述应用范围应用范围（1）产品的设计定型（型式）验证试验（2）可靠性增长试验（3）用于生产检查的试验（例行试验）（4）用于产品的验收试验（5）可靠性寿命试验（6）研究性试验和失效分析验证（7）环境应力筛选试验（ESS和HASS）（8）产品的极限应力试验（RET和HALT）环环境境试试验验的的应应用用2021/3/106一、概述一、概述环境试验类型环境试验类型 环境试验共有约2530种试验类

4、型环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验试验类别人工模拟试验单因素试验综合试验组合试验气候条件高低温、湿度、气压、风雨、冰霜机械条件冲击、碰撞、振动、摇摆、噪声、恒加速度、跌落生物条件霉菌、有害生物、海洋生物辐射条件太阳辐射、电磁辐射、核辐射化学活性物硫化氢、二氧化硫、混合气体、盐雾、防爆试验机械活性物沙粒、沙尘2021/3/107一、概述一、概述环境试验环境试验 环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，常用于快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。可靠性试验可靠性试验 可靠性试验是对产品进行评价、验证的各种试验如增长、筛选、验收、鉴定、统计等。环环境境试试验验和和可可靠靠性性

5、试试验验环境试验功能适应性试验极限试验结构完好性试验可靠性试验工程试验统计试验环境应力筛选可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收暴露缺陷暴露缺陷产品验证产品验证2021/3/108一、概述一、概述功能适应性试验功能适应性试验 当产品在使用环境条件下极限应力水平已知时，给试样施加在使用中的一个或几个环境因素的极限应力，检验产品的机械、电气特性。要求产品的工作状态不变，性能参数不超差。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回2021/3/109一、概述一、概述极限试验极限试验 不断增加某一个或某几个环境应力的水平，直至试样失效为止，但失效模式不变。比较在正常使用时相应的环境因素的应力水平，用于确定

6、产品正常使用的安全余度和允许使用最大环境应力范围。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回2021/3/1010一、概述一、概述结构完好性试验结构完好性试验 在产品使用环境条件下极限应力水平已知时，给试验样品施加该应力，考核产品能否承受这样大的应力水平，而结构不发生损坏；或者考核产品在低于正常使用极限应力的应力水平下使用的潜在能力，验证产品结构是否已经达到最低的安全余度要求。这种试验要求试样在试验中或应力去掉后结构完好，电气、机械性能正常，不允许有结构失效或潜在的结构失效现象。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验返回返回2021/3/1011一、概述一、概述筛选试验的目的筛选试验的

7、目的 通过检验剔除不合格的或有可能早期失效的产品，消除在早期失效期发生的产品缺陷及不良问题，提高产品的使用可靠性。筛选试验的内容筛选试验的内容 常规条件筛选试验、老化筛选试验或环境应力筛选试验（包括机械应力、电应力、热应力、严寒等）。筛选试验的方法筛选试验的方法 规定条件下的目视检查、功能测量、参数检测、密封性检查等。筛筛选选试试验验返回返回2021/3/1012一、概述一、概述可靠性增长试验的定义可靠性增长试验的定义 通过试验逐步改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。可靠性增长试验的特点可靠性增长试验的特点 a. 针对产品的薄弱环节进行 b. 改进后产品原来的薄弱环节不重现或

8、出现率低于允许的水平 c. 验证条件与原故障发生的条件一致或更严酷可靠性增长试验的过程可靠性增长试验的过程 可可靠靠性性增增长长试试验验返回返回（再）设计故障发生2021/3/1013一、概述一、概述鉴定试验的目的鉴定试验的目的 是为了验证产品的可靠性，确定产品可靠性与设计要求可靠性的一致性，而不是在于暴露产品的可靠性缺陷，同时鉴定试验在很大程度上可作为产品定型试验。 可靠性鉴定试验方案和试验内容主要是由承制方制定。鉴鉴定定试试验验返回返回2021/3/1014一、概述一、概述验收试验的目的验收试验的目的 确定产品是否符合规定的可靠性要求。验收试验对产品的要求验收试验对产品的要求 用已交付产品

9、或可交付的产品。验收试验的前期工作验收试验的前期工作 在系统或设备的可靠性验收试验开始以前，必须对元器件、零部件及设备完成环境试验。验验收收试试验验返回返回2021/3/1015一、概述一、概述环境试验和可靠性试验环境试验和可靠性试验1.目的不同2.可靠性试验过程可以不加任何环境应力3.环境试验可以不考虑试验的样本量和抽样数量4.环境试验可以确定产品的极限应力5.通过提高环境应力对产品进行加速试验6.可靠性试验主要通过统计计算评价产品的可靠度。环境试验主要用于快速暴露各种环境条件下产品的缺陷。环环境境试试验验和和可可靠靠性性试试验验2021/3/1016一、概述一、概述环境试验的发展历程环境试

10、验的发展历程1.从模拟自然环境到创造环境条件2.通过试验发现问题到通过试验确定问题和不出问题3.单项试验向组合试验和综合试验发展4.试验监测技术的运用和评价方法的改变5.模拟试验方法（虚拟试验）6.提高试验的再现性，摸清试验与使用之间的关系环环境境试试验验的的发发展展2021/3/1017一、概述一、概述环境试验方法的变化环境试验方法的变化1.模拟自然环境的变化2.加强的环境适应性试验3.针对失效机理进行的环境试验4.由单项试验向组合试验、综合试验发展5.环境试验与试验监测技术运用环环境境试试验验的的发发展展2021/3/1018一、概述一、概述环境试验时间的变化环境试验时间的变化1.加大试验

11、的环境应力，缩短试验时间2.减少测量和试验作业工序所需的时间3.高精度测试与时间的关系环环境境试试验验的的发发展展2021/3/1019一、概述一、概述高精度的实时监测技术高精度的实时监测技术1.加大试验应力，缩短试验时间2.实时监测试验变化3.改变以往的失效判定方法环环境境试试验验的的发发展展2021/3/1020一、概述一、概述环境应力环境应力 就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、强烈的振动、冲击都是环境应力的表现形式。基基本本知知识识和和术术语语2021/

12、3/1021一、概述一、概述1010规则规则 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。基基本本知知识识和和术术语语2021/3/1022一、概述一、概述环境试验的发展历程环境试验目的、意义应用范围环境试验和可靠性试验的不同环境试验的基本概

13、念本本章章小小结结2021/3/1023二、环境试验标准二、环境试验标准国标GB2421-99 “电工电子产品基本环境试验规程 总则”国标GB2422-95 “电工电子产品环境试验 术语”国标GB2423.1.55为试验方法国标GB2424.1.25为试验导则国标GB/T 4796 “环境参数分类及其严酷程度分级”国军标GJB-150.125 “军用设备环境试验方法”国军标GJB 367.287 “军用通信设备通用技术条件环境试验 方法”国际电工委员会标准 IEC-68美国军用标准 MIL-STD-810电电子子类类环环境境试试验验标标准准2021/3/1024二、环境试验标准二、环境试验标准

14、国标提供的国标提供的5555种环境试验方法的其中种环境试验方法的其中4 4种种GB2423.189 试验A：低温试验方法GB2423.289 试验B：高温试验方法GB2423.393 试验Ca：恒定湿热试验方法GB2423.493 试验Db：交变湿热试验方法国军标的部分环境试验标准国军标的部分环境试验标准GJB 150.186 军用设备环境试验方法 总则GJB 150.386 军用设备环境试验方法 高温试验GJB 150.486 军用设备环境试验方法 低温试验GJB 150.586 军用设备环境试验方法 温度冲击试验GJB 150.686 军用设备环境试验方法 温度-高度试验GJB 367.2

15、87 军用通信设备通用技术条件 环境试验方法电电子子类类环环境境试试验验标标准准2021/3/1025二、环境试验标准二、环境试验标准了解标准了解标准1.国标（GB242 14、GJB360）与IEC是设备和元器件的通用标准；2.军标（GJB150、MIL810）是设备环境试验标准；3.国家标准（GB、JIS、BS）协会标准（IPC）；4.企业标准是已经过裁剪的，针对企业产品的标准；5.标准中不能说哪个更好、更有效的保证可靠性；6.一般来说最严酷的环境试验标准是汽车工业和宇航企业的标准电电子子类类环环境境试试验验标标准准2021/3/1026二、环境试验标准二、环境试验标准国标总则确定的字母意

16、义国标总则确定的字母意义1.组成本系列标准的试验方法用大写字母命名（部分） A：低温 B：高温 C：恒定湿热 D：交变湿热 E：冲撞（例如冲击和碰撞）2. 系列标准试验中的扩充用小写字母细分试验 Ea：冲击 Ec：倾跌 Eb：碰撞 Ed：自由跌落国标中试验方法和导则的意义国标中试验方法和导则的意义1.导则可以看成某类试验的教科书，含有“是什么，为什么”2.试验方法可以看作“如何做、怎样做”的意思电电子子类类环环境境试试验验总总则则2021/3/1027二、环境试验标准二、环境试验标准实验步骤实验步骤（1）预处理为消除或部分消除试验样品以前经历的各种效应，在条件试验前对试验样品所做的处理。（2）

17、初始检测目的是保留试验前的技术参数，用于试验后的比较。（2a）试验样品在试验设备中的安装（GJB） 要考虑安装和连接问题（3）试验把试验样品暴露在试验环境中，以确定这些条件对试验样品的影响。（4）恢复在条件试验之后，最后检测之前，为使试验样品的性能稳定所做的处理。（5）中间检测中间过程的参数测试。（6）重复（3）（5）（7）最终检测试验结束的参数测试电电子子类类环环境境试试验验总总则则2021/3/1028二、环境试验标准二、环境试验标准试验的中断处理（试验的中断处理（GJB150.13.6GJB150.13.6）1.容差范围内的中断2.欠试验条件中断3.过试验条件中断电电子子类类环环境境试试

18、验验总总则则2021/3/1029二、环境试验标准二、环境试验标准环境试验的顺序环境试验的顺序 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。环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排2021/3/1030二、环境试验标准二、环境试验标准GBGB对进行这些试验的顺序安排对进行这些试验的顺序安排 GB2421GB2421的第七条规定了气候试验顺序的第七条规定了气候试验顺序 气候试验的顺序主要适用于各类元件，为了在有要求时加以使用，一

19、般认为低温、高温、低气压和交变湿热试验之间有一定的联系，并称之为气候顺序。 高温； 交变湿热（上限温度55的试验Db的第1个循环）； 低温； 低气压（有要求时）； 交变湿热（上限温度55 的试验Db的其余循环）； 这些试验之间的时间间隔应不大于3h，但交变湿热试验第一循环与低温试验之间的时间间隔除外，这一时间间隔包括恢复时间在内应不大于2h。测量通常只在气候顺序的开始和结束时进行，另有规定者除外。环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排2021/3/1031二、环境试验标准二、环境试验标准GJB150.1的附录A“环境试验顺序表”A组地面设备（包括海军海岸用设备）；A1一般基地（隐蔽的）全部地面设

20、备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A2一般基地（不隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A3飞机和导弹的地面支援设备，包括飞机场室外设备，导弹发射架，维修用地面设备和检查设备等，但不包括电子设备；A4全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（隐蔽的）；A5全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（不隐蔽的）；B组空用设备（系指安装在飞机和直升飞机上的设备及空中发射和地面发射导弹上的设备）C组海用设备环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排2021/3/1032二、环境试验标准二、环境试验标准GJB150.1的附录A“环境试验顺序表”环环境境试试

21、验验的的顺顺序序安安排排试验方法A组A1A2A3A4A5低气压（高度）11133高温22222低温44311温度冲击5【1】5【1】5【1】5【1】5【1】温度-高度太阳辐射3【1】3【1】4【1】4【1】4【1】淋雨8【1】8711【1】11湿热9981212霉菌101091313盐雾11【1】111014【1】14沙尘7【1】7117【1】7爆炸性大气128【1】8【1】浸渍66666加速度振动1313141010噪声冲击12121399【1】有限用途试验2021/3/1033二、环境试验标准二、环境试验标准确定试验顺序的几种方法确定试验顺序的几种方法1.从最严酷的试验项目开始安排试验顺序

22、；2.从最不严酷的试验项目开始安排试验顺序；3.从前一个试验所产生的结果由后一个试验来暴露或加强；4.从产品实际可能遇到的起主要影响的环境因素出现的次序考虑，安排试验顺序；5.只要有可能，试验顺序的确定应以设备使用时工作条件资料为基础，当这种资料不能得到时，建议采用能给出最显著影响的试验顺序；6.考虑试验经费和试验时间来安排试验顺序环环境境试试验验的的顺顺序序安安排排2021/3/1034二、环境试验标准二、环境试验标准试验顺序对产品的影响试验顺序对产品的影响1.湿热试验后低温试验 湿度试验会让产品的缝隙存有水，低温结冰时会扩大缝隙。2.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

23、验水汽更容易进入。3.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电工作时，容易形成电解，导致离子迁移。环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响2021/3/1035二、环境试验标准二、环境试验标准元器件试验顺序元器件试验顺序1.参照元器件的规范书进行2.原则上采用分组试验方法3.A、B、C各组的试验顺序类似，仅试验项目有增减环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响2021/3/1036二、环境试验标准二、环境试验标准需要注意的细节需要注意的细节1.从一个试验转换到下一个试验必须测试参数2.超应力试验后的样品一般不要再继续试验3.试验样品根据试验情况需要有恢复时间4.通电试验要保证冷凝不会影

24、响工作、低温不要使电容器不能工作，高温要在技术规范允许的条件下5.元器件和整机的试验存在差异，不要盲目套用。环环境境试试验验顺顺序序的的影影响响2021/3/1037二、环境试验标准二、环境试验标准环环境境试试验验的的阶阶段段应应力力阶段阶段试验目的试验目的试验特点试验特点试验要求试验要求研发研发鉴定鉴定发现设计缺陷，尽快改进产品高应力、短时间无故障中试中试考察产品是否达到基本的可靠性水平中应力、中时间无设计故障批量批量生产生产生产工艺条件的稳定性低应力、短时间不允许故障大量发生验收验收试验试验确定产品可靠性是否与设计一致，计算产品的MTBF是否满足交收低应力、长时间按制定的要求2021/3/

25、1038二、环境试验标准二、环境试验标准应力水平应力水平 应力条件是以产品的技术规范为参照 低应力技术指标规定以下的应力 中应力技术指标规定的应力或略高 高应力极限应力或略低于极限应力加速应力水平 原则上不要超出产品技术规范规定的极限应力环环境境试试验验的的阶阶段段应应力力2021/3/1039二、环境试验标准二、环境试验标准环环境境试试验验的的阶阶段段内内容容阶段阶段材料和内容材料和内容常用的环境条件常用的环境条件开发阶段开发阶段元件、器件高温、低温集成电路高温、静电连接器高温、低温、温度冲击、湿热PCB板湿热、湿热加电、气体腐蚀生产阶段生产阶段焊接材料温度冲击、机械振动树脂材料高温、温度冲

26、击器件、集成电路静电防护成品阶段成品阶段环境适应性高温、低温、温度冲击、湿热老化高温加电耐久性高温+时间2021/3/1040二、环境试验标准二、环境试验标准比对试验的目的比对试验的目的 选择市场上最好的产品 选择单项应力，单项指标满足设计的产品 选择最适合本单位有利于生产控制的产品生生产产中中常常用用的的试试验验2021/3/1041二、环境试验标准二、环境试验标准例：1000uF/25V；105的电解电容器的比对试验1.试验条件： 温度：100；步进温度：5 ；最高温度：115 ； 时间：每点温度200小时； 应力：直流电压18V；纹波电压5V。2.测试要求： 测试时间：200小时；测试内

27、容：容量、漏电流、损耗3.外观检查： 密封性、外壳损伤、标记、漏液、外壳鼓起4.开封检查： 材料、膜厚、引线、工艺生生产产中中常常用用的的试试验验2021/3/1042二、环境试验标准二、环境试验标准 在合理应用时，环境试验可以帮助使用者对环境价值和系统设计的总耐久性树立信心，帮助建立使用寿命延长项目的基准。 对环境试验得出的结果而言，重要的是要认识到，实验室试验固有的局限性，使其在将实验室结果外推到实际使用条件式，需要很谨慎并进行工程判断。在大多数情况下，实际的环境应力（单个的或组合的）不能在实验室试验中得到实用和可靠的复制。实验室试验更多的是把重点放在产生环境效应上而不是环境本身。因此，使

28、用者不应假设系统或元器件通过了这一标准的实验室试验，就可以通过现场的验证试验，反之亦然。环环境境试试验验的的局局限限性性2021/3/1043二、环境试验标准二、环境试验标准主要的环境试验标准环境试验总则和导则的意义试验顺序和试验步骤对产品的影响环境试验的阶段应力和常用的试验本本章章小小结结2021/3/1044三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响温度应力失效温度应力失效环境应力条件环境应力条件敏感元件和材料敏感元件和材料分类分类( (原因原因) )失效模式失效模式老化抗拉强度老化绝缘强度老化温度+时间塑料、树脂化学变化热分解温度塑料、树脂高

29、温氧化氧化层的结构温度连接点材料、连接器热扩散引线断裂温度+时间异金属连接部位击穿内在的短路，绝缘性差高温（200400）银,金,铜,铁,镁,镍,铅,钯,铂,钽,钛,钨,铝半导体损坏热点、参数漂移温度、电压、电子能非均质材料电迁移引线断开断裂温度+电流（密度为106A/cm2）例如：钨,铜,铝（特别是集成电路中的铝引线）2021/3/1045三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响温度应力失效温度应力失效环境应力条件环境应力条件敏感元件和材料敏感元件和材料分类分类( (原因原因) )失效模式失效模式金属迁移短路温度+应力+时间银、铋、镉、铝、铅、

30、锡、锌金属蔓延疲劳，损坏温度+应力+时间弹簧，结构元件软化、熔化汽化扭曲温度金属，塑料，热保险丝金属脆化损坏、断裂低温体心立方晶体（例如铜，钼，钨）和密排立方晶体（例如锌，钛，镁）及其合金塑料脆化损坏、爆裂低温+低湿度低弹性的非晶体（例如苯乙烯，丙烯酸甲酯）、密封圈焊剂流动噪声，连接不实低温特别是连接到印刷电路板上的元件（例如开关，连接器件）2021/3/1046三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响高温导致的横向剪切力高温导致的横向剪切力 原因：塑料和硅芯片的热膨胀系数相差太大，约1个数量级。塑料：25ppm/（ppm=10-6），硅2.3ppm/ 但不同的塑料和不同的温度其值不同

31、。树脂环氧大约为2168ppm/ ；硅酮2125ppm/ 。 条件：温度变化环境，如：温循、温冲、焊接工艺的波峰焊、再流焊、气流焊。例如：以芯片面积为5X5（mm2）为例，对角线长度最长，所受的应力最大，中心到角的长为3.58mm，在-65 150 的温度循环中，塑料要移动19m，而芯片的顶角只移动1.9m。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响 危害：这种应力对芯片表面产生剪切力，造成对芯片表面粘附力弱的金属化向芯片中心滑移，其结果是：1）金属化铝条滑移引起短路（上下层或相邻的铝条）或铝条断折开路2）在各角的钝化层或多晶硅层甚至硅芯片或介质破裂2021/3/1047三、环境应力对产品的影响

32、三、环境应力对产品的影响低温纵向压力低温纵向压力塑料填料石英砂颗粒对芯片表面的局部损伤 原因：塑料树脂的固化温度150，在070 的正常工作情况下，塑料会对芯片有一个压应力，工作温度越低压应力越大。在塑料封装树脂中一般都加入了石英填料，状如金字形颗粒，其锋利的角尖接触到芯片表面，塑料的压应力传递到石英砂角尖压在芯片上造成了芯片上的局部应力损伤。 条件：石英填料颗粒直径大于2m，在低温非工作条件下这种压应力更为显著。 危害：1）造成金属化条局部破裂甚至开路或烧断2）刺破纯化层或介质造成层间金属化短路3）造成三极管参数变化，特别是使差分对管失去平衡（如RAM中单列线的临介失效）温温度度应应力力对对

33、产产品品的的影影响响2021/3/1048三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响塑料封装高温离层（爆米花）现象塑料封装高温离层（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4

34、0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。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响2021/3/1049三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响危害：由于剥离或爆裂而拉断引线和芯片破裂。 芯片尺寸越大，塑料包封层越薄的SMD，机械应力问题更为突出，因此，越容易发生热开裂现象。根据SMD器件对潮湿的敏感性，可分为16级，其中6级是最敏感的。潮湿敏感器件要采用真空包装，如果包装受到破坏，允许放置的时间如下表所示，如果超出了规定的时间，表贴前必须先进行烘烤。 潮敏级别 1 2 2a 3 4 5

35、 5a 6 级别 时间 条件（30） 1 无限制 85% RH 2 1年 60% RH 2a 4周 60% RH 3 168h 60% RH 4 72h 60% RH 5 48h 60% RH 5a 24h 60% RH 6 使用前必须烘烤，并在规定时间内回流温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响2021/3/1050三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响高温大电流造成的电迁移 互连引线中通过大电流密度时，静电场力驱动电子由阴极向阳极运动。高速运动的电子与金属原子发生冲量交换，原子受到强烈的电子冲击力，这就是电迁移理论中的电子风力Fwd。实际上，金属原子还受静电场力Fei的作用，如

36、图一所示。 当互连引线中的电流密度较高时，向阳极运动的大量电子碰撞原子，使得所产生的电子风力Fwd大于静电场力Fei（图1）。因此，金属原子受到电子风力的驱动，产生了从阴极向阳极的受迫的定向扩散，即发生了金属原子的电迁移（图2）高高温温对对产产品品的的影影响响阳极阳极阴极阴极电子流电子流图图1 1 电迁移作用力的示意图电迁移作用力的示意图F Fei eiF Fwdwd图图2 2 金属原子电迁移示意图金属原子电迁移示意图2021/3/1051三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响热加速特性热加速特性 电迁移产生的局部缺陷使得引线的导电面积减小，电流密度增加，形成电流聚集。电流聚集引起了

37、焦耳热效应，使引线局部温度升高，并产生温度梯度。由于原子的扩散与温度相关，因此，产生了热应力。热应力梯度与电迁移方向相同，加大电迁移驱动力，加速电迁移现象。高高温温对对产产品品的的影影响响高温大电流造成的电迁移高温大电流造成的电迁移2021/3/1052三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响湿湿度度对对产产品品的的影影响响湿度应力失效湿度应力失效所使用的环境条件所使用的环境条件敏感元件和材料敏感元件和材料一般一般分类分类媒介分类媒介分类或原因或原因失效模式失效模式水汽吸附吸收扩散膨胀绝缘性能变差潮解湿度使用低结晶度的极性树脂（例如聚酰胺、聚乙烯醇、酚醛树脂）封装、覆盖或者构造元件水解

38、化学变化温度+湿度聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、对苯二甲酸丁二酯微细爆裂（细线爆裂，吸气）湿气渗透绝缘性能变差潮解湿度、温湿度循环冷热冲击+湿度温度循环+湿度用树脂覆盖或者封装元件迁移离子迁移短路绝缘性能变差湿度+直流电场铋、镉、铜、铅、锡、锌、银湿度+直流电场+卤素离子当与卤素共存时，发生迁移的金属：金、铟、钯、铂2021/3/1053三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响湿湿度度对对产产品品的的影影响响湿度应力失效湿度应力失效所使用的环境条件所使用的环境条件敏感元件和材料敏感元件和材料一般一般分类分类媒介分类媒介分类或原因或原因失效模式失效模式腐蚀电池腐蚀颜色变化、阻抗增加、开路湿度+

39、与外金属接触所形成的电势连接0.2伏电势的连接器或需更加仔细选择电解腐蚀湿度+直流电场例如电阻、封装集成电路的树脂、PCB板裂隙腐蚀湿度霉菌无绝缘性能变差质量变化分解腐蚀温度（2535）+湿度（最小为90%）塑料材料（例如聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰胺）2021/3/1054三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响用水滴法进行试验产生离子迁移的照片用水滴法进行试验产生离子迁移的照片湿湿度度对对产产品品的的影影响响2021/3/1055三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （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

40、、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、产品标记模糊不清等。湿湿度度对对产产品品的的影影响响2021/3/1056三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （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。湿湿度度对对产产品品的的影影响响2021/3/1057三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响 （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

41、、碱性杂质，或由于产品表面附着着如焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀作用。湿湿度度对对产产品品的的影影响响2021/3/1058三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响1.材料间热应力不同造成焊接部位开裂2.膨胀、收缩、变型是主要应力温温度度冲冲击击对对产产品品的的影影响响在冷热冲击条件下印刷电路板焊接接脚错位在冷热冲击条件下印刷电路板焊接接脚错位2021/3/1059三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响机机械械冲冲击击和和振振动动对对产产品品的的影影响响机械应力机械应力失效现象失效现象受影响的部件受影响的部件振动断裂、脱落、瞬断、瞬接共振渗透元件、内部不良的

42、元器件、接插件、装配件、紧固件继电器组件、整机空腔密封的元器件冲击断裂、脱落、变形元器件、接插件、装配件、紧固件碰撞断裂、脱落、变形元器件、接插件、装配件、紧固件2021/3/1060三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响（1 1）对结构的影响）对结构的影响 主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。这种破坏又可分为由于振动所引起的应力超过产品结构强度所能承受的极限而造成的破坏，以及长时间的振动（例如107次以上应力循环的振动）使产品发生疲劳而造成的破坏。这种破坏通常是不可逆的。（2 2）对工作性能的影响）对工作性能的影响 主要是指振动使运动部件动作不正常、接触部

43、件接触不良、继电器产生误动作、电子管噪声增大、指示灯闪烁，从而导致工作不正常、不稳定，甚至失灵不能工作，这种影响的严重程度，往往取决于振动量值的大小，而且这种破坏通常不属于永久性的破坏。因为在许多情况下，一旦振动停止，工作就能恢复正常。这种破坏往往是可逆的。（3 3）对工艺性能的影响）对工艺性能的影响 这种影响主要是指螺钉松动，连接件或焊点脱开等。这种破坏通常在一个不太长的振动时间内（例如半小时）内就会出现。机机械械冲冲击击和和振振动动对对产产品品的的影影响响2021/3/1061三、环境应力对产品的影响三、环境应力对产品的影响温度应力对产品的影响湿度应力对产品的影响机械应力对产品的影响本本章

44、章小小结结2021/3/1062四、环境试验内容四、环境试验内容军用标准军用标准 GJB 150.3-86 军用设备环境试验方法 高温试验 GJB 150.4-86 军用设备环境试验方法 低温试验试验条件（贮存）试验条件（贮存） 高温70；时间48小时（高温工作时间灵活掌握） 低温-55 ；时间24小时（低温工作时间灵活掌握）特点特点 1. 军用设备标准简单明了，容易掌握 2. 约束条件少，一般应用于产品的极限应力的适应性 3. 采用军标对产品进行寿命考核时，不要直接套用以上条件高高温温、低低温温试试验验2021/3/1063四、环境试验内容四、环境试验内容试验标准试验标准 GB2423.1-

45、89 GB2423.1-89 试验试验A A：低温试验方法：低温试验方法 GB2423.2-89 GB2423.2-89 试验试验B B：高温试验方法：高温试验方法 GB2424.1-89 GB2424.1-89 高温低温试验导则高温低温试验导则试验目的试验目的 用来考核和确定电工、电子产品在高温、低温环境条件 下贮存和（或）使用的适应性严酷程度严酷程度 试验温度应优先从下列数值中选取，试验温度的容许偏 差范围均为2 高温：+200 +85 低温：65 55 +175 +70 40 25 +155 +55 10 5 +125 +40 +5 +100 +30 持续时间持续时间 持续时间应从下列时

46、间中选取：2，16，72，96h。如果对试验样品是进行与耐久性或可靠性相联系的试验时，则试验持续时间应由有关标准根据产品特点和实际工作要求另行规定。高高温温、低低温温试试验验2021/3/1064四、环境试验内容四、环境试验内容高温试验要求高温试验要求 1. 试验时，试验样品应尽可能放在试验箱中央，以便在试验样品的任何部分和箱壁之间有尽可能大的空间。 2. 试验箱的容积对试验样品体积之比应不小于5：1。 3. 试验样品任何表面和相对应的箱壁之间的最小距离应不小于1020cm（距离与样品体积大小，散热瓦数有关）。 a. 非散热试验样品的高温试验：试验Ba温度突变； 试验Bb温度渐变。 b. 散热

47、试验样品的高温试验：试验Bc突变； 试验Bd温度渐变。高高温温、低低温温试试验验2021/3/1065四、环境试验内容四、环境试验内容环境温度校正计算图GB 2423.2-89附录A 当环境温度20时样品表面温度为60 ；环境温度55时样品表面温度是多少？高高温温、低低温温试试验验2021/3/1066四、环境试验内容四、环境试验内容低温试验要求（低温试验要求（AdAd散热试验样品温度渐变的低温试验）散热试验样品温度渐变的低温试验）1. 试验样品任何表面与其对应的箱（室）壁间的最小距离大于15cm2. 箱（室）体积对试验样品体积之比不小于5:1（电子、仪表、低 压电器类）或10:1（电视、变压

48、器、高压电器等）3. 在无强迫空气循环试验（优先选用）情况下，试验箱（室）与试 验样品大小及其散热总量比较起来应足够大，要大到可以模拟 “自由空气”条件的影响4. 用有强迫空气循环的试验箱（室）进行试验时，风速应尽可能低5. 条件试验结束时，对通电运行或加负载的试验样品应先停止通电 或卸去负载，试验样品仍保留在试验箱（室）内，将试验箱（室） 温度渐渐升高到正常的试验大气条件范围内，箱（室）内温度变 化的速率为不大于1/min（不超过5min时间的平均值）6. 中间测量一般在箱内，样品不移出。高高温温、低低温温试试验验2021/3/1067四、环境试验内容四、环境试验内容使用标准使用标准GB/T

49、 2423.22 试验n：温度变化试验方法GB 2423.13 温度变化试验导则GJB 150.5-86 军用设备环境试验方法温度冲击试验温度冲击试验试验设备 两箱法；一箱法；两液槽法。温温度度变变化化试试验验2021/3/1068四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击温度冲击试验试验NaNa：规定转换时间的快速温度变化试验试验目的：试验目的： 确定元件、设备和其它产品经受环境温度迅速变化的能力TA：低温GB 2423.1TB：高温GB 2423.2t1： 试验时间 可选3、2、1h， 30min或10min a、10min的试验时间适用于小 试验样品 b、无规定时用3小时t2： 转换时间

50、23min；2030s；10s； 一般选23min，严酷选后两种，10s一般为自动转换温温度度变变化化试试验验2021/3/1069四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击（续一）温度冲击（续一）试验Na：规定转换时间的快速温度变化试验循环次数 一般为5次，除非另有规定严酷程度 试验严酷程度由低温与高温温度差值、转换时间和循环次数确定试验设备和要求 温度冲击试验可采用两箱法温温度度变变化化试试验验2021/3/1070四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击（续二）温度冲击（续二）试验试验NcNc：两液槽温度快速变化试验试验目的试验目的 确定元件、设备或其他产品经受温度快速变化的能力。 本试验

51、产生一种急剧的热冲击，适用于玻璃金属密封及类似的试验样品。TA：低温 0TB： 高温 100循环次数循环次数 一般为10次，除非另有规定严酷程度严酷程度 本试验方法有两组标准化了的持续时间参数 第一组：t2=82s 5mint120min 第二组：t2=21s 15st15min试验设备试验设备 应有两个槽，一个用于低温，另一个用于高温温温度度变变化化试试验验2021/3/1071四、环境试验内容四、环境试验内容温度循环温度循环试验试验NbNb：规定温度变化速率的温度变化试验试验目的：试验目的： 确定元件、设备和其它产品耐环境温度变化的能力和在环境温度变化期间的工作能力。TA：低温GB 242

52、3.1TB：高温GB 2423.2t1： 试验时间 可选3、2、1h， 30min或10min a、10min的试验时间适用于小 试验样品 b、无规定时用3小时温温度度变变化化试试验验2021/3/1072四、环境试验内容四、环境试验内容温度循环（续）温度循环（续）试验试验NbNb：规定温度变化速率的温度变化试验循环次数循环次数 一般为2次，除非另有规定上升速率上升速率 试验箱的温度升降变化速率（不超过5min内的平均值）应为10.2/min、30.6/min或51/min严酷程度严酷程度 试验严酷程度是由试验的低温和高温温度值，温度变化速率和循环次数来确定的。试验设备和要求试验设备和要求 温

53、度循环试验采用一箱法，在试验期间可以监测试验样品的性能。温温度度变变化化试试验验2021/3/1073四、环境试验内容四、环境试验内容GJB 150.5-86 GJB 150.5-86 军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法温度冲击试验温度冲击试验试验目的 确定军用设备在周围大气温度急剧变化时的适应性。试验条件1.试验温度：高温为70 低温为55 2.试验温度保持时间：1h或者直至试验样品达到温度稳定，以时间长者为准。3.转换时间：不大于5min4.循环次数：3次试验设备 本标准应用温度冲击试验箱（室）或采用高温试验箱（室）和低温试验箱（室）进行温度冲击试验，以提供试验样品经受周围空气温度急

54、剧发生变化的环境温度。温温度度变变化化试试验验2021/3/1074四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击与温度循环有什么不同温度冲击与温度循环有什么不同温温度度变变化化试试验验温度冲击试验温度循环试验温度变化速率急剧2030/min缓慢15 /min循环次数510个循环（多至1000循环）210个循环（多至1000循环）试验时间短长用途1膨胀系数不同引起的连接部剥离1通过长期试验发现腐蚀倾向2膨胀系数不同龟裂后水分进入（冷凝、扩散）2长时间地多次循环观察应力疲劳现象3水分渗入导致腐蚀及短路现象发生的加速试验3不均匀受热导致的变形、开裂使用设备温度冲击试验箱或两箱高低温试验箱中间过程样品不工

55、作、参数不测试加电工作并参数测试2021/3/1075四、环境试验内容四、环境试验内容温度冲击温度冲击 异种材料热膨胀系数不同而造成的故障问题 急剧的温度变化，将使产品受到一种热冲击力。在这种热冲击力的作用下，将导致涂敷层脱落、灌封材料或密封化合物龟裂甚至破碎、密封外壳开裂、填充材料泄漏，玻璃器皿和光学仪器等破碎。温度循环温度循环 对于由不同材料或同种材料构成的产品，由于温度变化时产品受热不均匀，因此导致材料的变形、开裂。 受热不均匀的产品，在工作期间由于温度的变化会产生蠕变失效，这些失效不同于热冲击。 就环境试验而言，温度冲击和温度循环试验的目的性，在标准中已很明确。温温度度变变化化试试验验

56、2021/3/1076四、环境试验内容四、环境试验内容温度变化的应用温度变化的应用1.在美国，冷热温度冲击试验经常作为产品出厂前的一种筛选试验形式对产品进行100%的全数检查。2.在日本，冷热冲击试验则作为加速可靠性试验的一种形式广泛应用于产品开发的阶段（HALT）。3.筛选试验（ESS、HASS）4.焊接工艺评估5.内部互连的评估6.灌封材料的评估7.新材料、新工艺的评估温温度度变变化化试试验验2021/3/1077四、环境试验内容四、环境试验内容GB 2423.3-1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Ca：恒定湿热试验方法GB 2423.4-1993 电工电子产品基本环境试验规程

57、试验Db：交变湿热试验方法GB 2423.9-1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb：设备用恒定湿热试验方法GB/T 2423.40-1997 电工电子产品环境试验 第2部分： 试验方法 试验Cx：未饱和高压蒸汽恒定湿热GB/T 2423.50-1999 电工电子产品环境试验 第2部分： 试验方法 试验Cy：恒定湿热主要用于元件的加速试验GB/T 2424.2-1993 电工电子产品基本环境试验规程 湿热试验导则GJB 150.9-86 军用设备环境试验方法 湿热试验湿湿热热试试验验2021/3/1078四、环境试验内容四、环境试验内容湿度的物理现象湿度的物理现象 凝露、吸附、吸收、

58、扩散、呼吸凝露、吸附、吸收、扩散、呼吸水渗入固体材料内部与通过缝隙进入封闭空隙中的机理水渗入固体材料内部与通过缝隙进入封闭空隙中的机理 a. 水渗入固体材料是由于“体积扩散”，一个个单体水分子通过固体材料的分子空隙的运动。该机理导致“吸收”现象，可使水分子到达塑料封装器件内部的灵敏部分，如到达薄膜电阻器中的电阻膜。按相同的过程，水分子也能到达封闭物的内部空隙，在这种情况下，解吸是潮气进入内腔这一过程的结束。 b. 穿过缝隙的渗入是由于水汽在充满空气的泄漏通道或封闭物中运动的结果。这可分为三种作用机理说明： 扩散：水分子沿缝隙中气体的浓度梯度而运动。扩散不依赖空气的宏观流动。 流动：水分子通过缝

59、隙被空气流吸入。 呼吸：由于空气压力与水汽分压力之差随缝隙的深度而变化，使水汽沿缝隙而流动，即由于温度变化而使水汽流动。 注：辨别缝隙的渗透机理具有某种随意性，事实上扩散和流动是一个连续转变的过程，流动也可能是呼吸作用的结果。湿湿热热试试验验2021/3/1079四、环境试验内容四、环境试验内容试验方法的选择试验方法的选择 湿热试验是产品三防（防潮、防霉、防盐雾）试验之一，被广泛用于电子电工技术领域。要想得到最经济、易控制、再现性好的试验结果，正确的选用试验方法是非常重要的。 （1）根据产品的受潮机理和吸湿方式选择湿热试验方法。 （2）根据产品本身的特征选择。 （3）根据试验结果的再现性选择。

60、湿湿热热试试验验2021/3/1080四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CaCa：恒定湿热试验方法：恒定湿热试验方法试验条件 温度402、相对湿度应能保持在93%3%+2%的范围内严酷等级 在本标准中，试验严酷等级由试验持续时间决定中间检测 1. 在条件试验期间或结束时，有关标准可以要求对试验样品加电负载和（或）测量，并规定测量时间和测量项目。 2. 中间检测时不允许将试验样品移出试验箱（室）外，更不允许在恢复后进行测量。 3. 若在条件试验结束前想要知道该类试验样品的性能，则对每一特定的试验时间都要另增加一组试验样品。每组样品的恢复和最后检测应分别进行。湿湿热热试试验验2021/3/1

61、081四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CbCb：设备用恒定湿热试验方法：设备用恒定湿热试验方法严酷等级 试验严酷等级是由温度、相对湿度和时间组合而成，并由有关标准加以规定。 温度和相对湿度的条件可以从下列组合中选择： 302（933）% 402（933）% 302（853）% 402（853）% 推荐的试验时间是： 2，4，7，10，21天湿湿热热试试验验2021/3/1082四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验DbDb：交变湿热试验方法：交变湿热试验方法严酷等级严酷等级 试验严酷等级由高温温度和试验周期数的组合确定。 a. 高温温度：40 试验周期：2，6，12，21，56天 b

62、. 高温温度：55 试验周期：，1，2，6天中间检测中间检测 在条件试验期间，有关标准可要求对试验样品的电气和（或）机械性能进行检测。 中间检测时，不允许将试验样品移出工作空间恢复后进行测量。 如要求中间检测，有关标准应明确规定测量项目以及在条件试验的哪一（些）阶段进行测量。湿湿热热试试验验2021/3/1083四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验DbDb：交变湿热试验方法：交变湿热试验方法试验过程1.试验准备 在温度为253、相对湿度为45%75%的条件下，使试验样品达到温度稳定。之后，在1h内将工作空间内的相对湿度升高到不小于95%2.循环试验 见右图3.恢复 应将试验箱（室）工作空间

63、内的相对湿度在0.5h内降至75%3%，然后在0.5h内将温度降至实验室的温度，容差为2。湿湿热热试试验验循环试验图循环试验图2021/3/1084四、环境试验内容四、环境试验内容物理过程的加速物理过程的加速 1. 目前还不可能给出一个通用而有效的加速因子。在相对湿度给 定的条件下，可用提高温度的方法实现湿热试验的加速作用。 只有知道渗透速度、温度和水汽压力三者之间的关系或建立起 三者之间的经验公式后，才能确定加速因子的大小。 2. 对于比较试验，如果不同试验样品的失效机理相同，则允许使 用高加速试验。在用恒定湿热试验模拟真实温湿度条件下的效 果时，用下列方法之一就可以实现加速作用； a. 使

64、用高于真实条件的温度和湿度或其中之一。 b. 如真实环境的特点是高温高湿和中等程度的温度和湿度条件交 变循环，则只考虑高温高湿条件而忽略中等程度的温湿度循环。 但在交变循环的情况下，样品具有干燥周期，而在恒定的情况 下却没有这一特点，这可能影响该试验的有效性。湿湿热热试试验验2021/3/1085四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CyCy：恒定湿热主要用于元件的加速试验：恒定湿热主要用于元件的加速试验适用范围：适用范围： 本标准规定了一种以加速方式评价小型电工电子产品，主要是非气密元件耐湿热劣化效应的试验方法。 本试验不适用于评价诸如腐蚀和变形等外部效应说明说明 在本试验中，样品在较长的

65、时间内承受很高的未饱和湿热蒸汽压力的作用。通常施加偏压。 本试验在相对湿度为85%、温度为85的条件下提供了若干优先的试验持续时间。 就塑封元件而言，劣化作用是因塑料吸收水汽和水汽沿引出端渗入而引起的。严酷等级严酷等级 试验严酷等级由试验持续时间决定 168、504、1000、2000小时湿湿热热试试验验2021/3/1086四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CyCy：恒定湿热主要用于元件的加速试验（续）：恒定湿热主要用于元件的加速试验（续）加速试验的物理意义加速试验的物理意义 水蒸汽加速渗入试验样品是加速湿热试验最重要的物理因素，其加速作用是由非气密试验样品内部与试验环境间的水蒸汽有压

66、力差而引起的。 该试验主要用于集成电路和其他塑封半导体器件中敷铝的加速腐蚀。当考虑将该试验用于其它产品时，重要的是确定失效模式及根据每种失效模式选择适当的劣化过程和试验严酷等级。加速试验的偏压加速试验的偏压 偏压的定义是为增强湿度效应，按试验目的所施加的电压，它不一定与试验样品的正常功能有关。 a）样品表面上各规定点的温度的增加值小于2. b）施加偏压时既要促进水解作用，也要限制试验样品自身发热，影响水的渗透和吸收。在施加连续偏压而不可能阻止明显自热时，建议间断地施加偏压。除非另有规定，施加偏压的顺序为先停止施加偏压3h，接着施加偏压1h。湿湿热热试试验验2021/3/1087四、环境试验内容

67、四、环境试验内容试验试验CxCx：未饱和高压蒸汽恒定湿热：未饱和高压蒸汽恒定湿热 本标准规定了一种以加速方式评定小型电工电子产品，主要是非气密元件耐湿热劣化效应的标准试验方法。 本试验不宜用于评定诸如腐蚀和变形等外部效应。 通常要施加电偏压。严酷等级严酷等级 除非相关规范另有规定，应使用表中温度和持续时间的组合之一。每一种温度都规定了三种持续时间湿湿热热试试验验温度压力MPa相对湿度%持续时间（h）1100.1285961924081200.178548961921300.23852448962021/3/1088四、环境试验内容四、环境试验内容试验试验CxCx：未饱和高压蒸汽恒定湿热：未饱和

68、高压蒸汽恒定湿热 高压蒸煮试验采用高压高湿条件，主要考核塑料封装的半导体集成电路和空封器件等电子器件的综合影响，是用高加速的试验方式评价电子产品耐湿热和密封的能力，常用于产品开发、质量评估、失效验证。 高压蒸煮试验的技术指标包括：大气压力、相对湿度（饱和和非饱和）、温度、试验时间。 常用于塑料封装的半导体器件、集成电路、密封继电器，密封器件等。湿湿热热试试验验2021/3/1089四、环境试验内容四、环境试验内容GJB 150.9-86 GJB 150.9-86 湿热试验湿热试验 军用设备的环境试验只有循环湿热试验 试验条件表湿湿热热试试验验类别高温高湿阶段低温高湿阶段试验周期温度相对湿度%温

69、度相对湿度%地面和机载电子设备湿热试验6095309510地面起动控制设备和舰船设备湿热试验60595305955弹药和自然环境周期湿热试验40902195202021/3/1090四、环境试验内容四、环境试验内容注意事项注意事项 （1）试验箱用水的电阻率会影响试验结果的再现性，因此规定试验用水的电阻率为500m，在25条件下自来水10100m，蒸馏水1001000m，去离子水10000100000m。 （2）交变试验的上升和下降过程对时间和湿度的要求，有些要求产生冷凝，有些不要求冷凝，注意对试验箱的控制。 （3）中间过程测试一般要求在箱内，但可灵活掌握。 （4）恢复过程有严格要求，否则影响最

70、终测试结果。 （5）在温度/湿度组合循环试验中，如果湿热和低温循环分别在两个试验箱内进行，除要求从一个试验箱转移到另一个试验箱的转移时间尽量短外，还应注意转换期间样品不要受到热冲击。湿湿热热试试验验2021/3/1091四、环境试验内容四、环境试验内容GB/T 2423.10-1995 试验FC和导则：振动（正弦）GB/T 2423.11-1997 试验Fd：宽频带随机振动一般要求GB/T 2423.12-1997 试验Fda：宽频带随机振动高再现性GB/T 2423.13-1997 试验Fdb：宽频带随机振动中再现性GB/T 2423.14-1997 试验Fdc：宽频带随机振动低再现性GB/

71、T 2423.48-1997 试验Ff：振动时间历程法GB/T 2423.49-1997 试验Fe：振动正弦拍频法GJB 150.16-86 军用设备环境试验方法 振动试验振振动动试试验验标标准准2021/3/1092四、环境试验内容四、环境试验内容1.目的、说明2.术语定义的四点 固定点、检测点、基准点、控制点3.设备特性要求的五点 横向运动、加速度波形失真、振幅容差、频率容差、扫频容差4.设备和试验的测试方法5.试验采用的严酷等级（重点）6.条件试验7.附件的重要性（有参考性的示例） 1. 军标与国标相比可裁剪性好 2. 军标的随机振动可使用梯形谱而国标基本采用平直谱 3. 军品的随机振动

72、可采用窄带，民品基本采用的是宽带抓抓要要点点看看振振动动标标准准2021/3/1093四、环境试验内容四、环境试验内容正弦振动正弦振动 运动量随时间按正弦（或余弦）函数变化的振动，亦称简谐振动。随机振动随机振动 对未来任何一个给定时刻，其瞬时值不能预先确定的振动。（注：在某一个范围内，随机振动大小的概率可以用概率密度来确定。）幅值幅值 正弦量的最大值。在振动中幅值亦称振幅。振振动动试试验验的的术术语语2021/3/1094四、环境试验内容四、环境试验内容扫频扫频 连续从低频（高频）到高频（低频）的变化过程，并且以不超过每分钟一个倍频程的速率变化。扫频循环是在规定的频率范围内往返扫描一次。倍频程

73、（倍频程（OCTOCT） 以前一频率为基数，扩大一倍频率所需要经历的时间过程，在振动领域中一般指频率变化的速率，当扫频规律为指数变化时倍频程为对数变化。振振动动试试验验的的术术语语2021/3/1095四、环境试验内容四、环境试验内容交越频率交越频率 振动特性由一种振动特性量变为另一种振动特性量的频率。如交越频率由等位移频率关系变为等加速度频率关系时的频率。即从以频率为函数的恒定位移幅值变到以频率为函数的恒定加速度幅值。在交越频率以下为位移，以上为加速度。交越频率的振动量值相同。再现性再现性 此处的再现性是指不同的人在不同的试验室或不同场合下进行试验时，得到结果的一致性，不是指试验与实际环境之

74、间的再现性。振振动动试试验验的的术术语语2021/3/1096四、环境试验内容四、环境试验内容加速度谱密度（功率谱密度）加速度谱密度（功率谱密度） 由于随机振动的波形如同噪声波形，因此随机过程最明显的特点是非周期性的，瞬时值是无法预测的，因此对随机信号的研究，采用的是统计的方法，通过四个信息（时域、幅值域、时差域、频率域）描述的总表述方法。 加速度谱密度是对幅值域的表述，表示的是随机振动的有效幅值。均方根值均方根值 描述一随机变量或一组数据在平均值周围的集中程度，此值在随机振动中表示有效幅值的大小，用单位g表示。振振动动试试验验的的术术语语2021/3/1097四、环境试验内容四、环境试验内容

75、试试验验分分类类和和应应用用振动试验定频振动扫频振动随机振动时间历程正弦拍频已知危险频率的试验，试验中可选择一个或多个频率点1.不明确或无明显危险频率2.剔除早期失效的筛选试验3.模拟运载工具的振动1.尽可能真实重现振动环境2.不知或很难确定样品的危险频率1.短持续时间脉冲和振荡力2.易受到随机或多频激励的结构1.确定危险频率的响应检查2.不明确或无明显危险频率3.剔除早期失效的筛选试验2021/3/1098四、环境试验内容四、环境试验内容常用的振动方式和特点常用的振动方式和特点 定频振动的特点是振动频率不变，振动幅值也不变，试验前需了解产品的危险频率。 正弦扫频的特点是振动频率范围确定，但工

76、作频率从下限频率上限频率下限频率，并以倍频程循环变化，振动幅值（加速度）不变。 随机振动的特点是在试验过程中振动频率和振动幅值都不确定，呈现随机的状态。常用的振动波形常用的振动波形 定频 扫频 随机几几种种常常用用振振动动波波形形2021/3/1099四、环境试验内容四、环境试验内容两两种种特特殊殊振振动动波波形形2021/3/10100四、环境试验内容四、环境试验内容振动试验的技术参数振动试验的技术参数1.频率定频频率、频率范围（扫频和随机） Hz、KHz2.幅值位移幅值（mm）、加速度幅值（m/s2、gn）、加速度谱密度（ m/s2 ）2/Hz）、峰值振幅（Vp）3.持续时间扫频耐久的持续

77、时间以扫频循环数给出 定频耐久的持续时间以分钟或小时给出定频振动如何确定危险频率定频振动如何确定危险频率 在整个频率范围内进行响应检查。响应检查的方法是按耐久试验相同的条件进行一个扫频循环，并根据以下现象确定危险频率 a、样品出现故障或性能下降 b、出现机械共振及其他响应现象，例如抖动。严严酷酷等等级级的的表表征征参参数数2021/3/10101四、环境试验内容四、环境试验内容提交振动试验的注意事项提交振动试验的注意事项1.样品的外观是否有现成的固定夹具2.现有设备的能力，能否满足试验要求3.是否有清晰、明确的技术指标4.是否有明确的危险频率5.试验过程如何监测失效或性能下降提交试验的内容提交

78、试验的内容1.定频振动：频率（一点或多点）、位移（加速度）幅值、持续时间、轴向2.正弦振动：频率（上限、下限）、位移（加速度）幅值、循环次数、轴向3.随机振动：频率范围、加速度谱密度（总均方根加速度值）、持续时间、轴向注：以上三项均可以规定试验样品加电、加监测设备等提提交交试试验验要要求求2021/3/10102四、环境试验内容四、环境试验内容1. 1.从振动方式看严酷等级从振动方式看严酷等级 振动试验从效果来说一是模拟运输过程和自然条件对产品的影响，二是通过试验确定机械薄弱环节或产品性能。因此，对一般产品而言严酷程度依次为随机振动、扫频振动、定频振动。 随机振动中民品大量采用宽频，军品为窄频

79、。2.2.从技术指标看严酷等级（一般情况）从技术指标看严酷等级（一般情况） 持续时间长 循环次数多 幅值大 加速度谱密度大 随机振动中总均方根加速度值大 频率范围大严严酷酷程程度度如如何何看看2021/3/10103四、环境试验内容四、环境试验内容振动试验的选用原则：振动试验的选用原则：1.如果是以暴露产品缺陷，剔除早期失效，选随机、扫频2.如果是产品定型、验证或交收，选扫频、随机3.如果是产品的危险频率已知，选定频，疲劳或失效机理研究选扫频、定频4.如果是耐久性试验应优先选用扫频耐久振动试验通常安排在以下的可靠性试验振动试验通常安排在以下的可靠性试验1.环境应力筛选试验（随机、扫频）2.可靠

80、性增长（随机、扫频、定频）3.交收、验收试验（随机、扫频）4.耐久性试验（扫频、定频）振振动动试试验验的的应应用用2021/3/10104四、环境试验内容四、环境试验内容美国海军的随机振动应力 最早电子产品的ESS是根据美国海军1979年NAVMAT-P9492生产筛选试验大纲确定的，其中对随机振动的试验条件如下：随机振动采用梯形谱2080Hz为3db/OCT80350Hz为功率谱密度0.020.04g2/Hz的平直谱3502000Hz为3db/OCT振动时间为单向10min，三向时每向5min。随随机机振振动动试试验验例例子子2021/3/10105四、环境试验内容四、环境试验内容国内某通讯

81、设备生产单位的扫频振动的应力频率范围10-55Hz；恒定振幅0.35mm。扫频速率每分钟1个倍频程。试验方向X、Y、Z，每方向25分钟。 如果抗振动性能较差的方向能通过振动试验，则其它方向可以免作。移动产品带电振动。随机振动应力应改为：频率20500Hz最高频率大于500Hz最大功率谱密度为0.02（对单机）0.05（对单板）试验方向为X、Y、Z，每方向30min。 如果抗振动性能较差的方向能通过振动试验，则其它方向可以免作。移动产品带电振动。随随机机振振动动试试验验例例子子2021/3/10106四、环境试验内容四、环境试验内容 机械振动试验用来确定机械的薄弱环节，产品结构的完好性和动态特性

82、、常用于型式试验、寿命试验、评价试验和综合试验。 机械振动试验中有一类故障的发生，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，或是故障的再现性很差（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，产品是需要处于工作状态并连续测试的，例如继电器、连接器、组件、整机等。随随机机振振动动试试验验2021/3/10107四、环境试验内容四、环境试验内容GB/T 2423.5-1995 试验Ea和导则：冲击GB/T 2423.6-1995 试验Ea和导则：碰撞GB/T 2423.7-1995 试验Ec和导则：倾跌与翻倒（主要用于设备型样品）GB/T 2423.

83、8-1995 试验Ed：自由跌落GB/T 2423.30-1995 试验Ee：弹跳试验方法GJB150.18-1986 军用设备环境试验方法 冲击试验冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10108四、环境试验内容四、环境试验内容冲击试验的目的冲击试验的目的 本试验的目的是用来揭露机械弱点和（或）性能下降情况，并且利用这些资料，结合有关规范，来决定样品是否可以接收。在某些情况下，本冲击试验也可用来确定样品的结构完好性，或作为质量控制的手段。 本试验主要针对非包装样品，以及在运输条件下其包装可看作产品本身一部分的样品。冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10109四、环境试验内容四、环境试验内容碰撞试

84、验的目的碰撞试验的目的 本试验的目的是为了确定由重复冲击所引起的累积损伤或所规定的性能是否下降，然后利用这些资料并结合有关规范来决定产品是否接收。在某些情况下，本试验也可用来确定样品结构的完好性或作为质量控制的手段。 本试验主要对象是针对非包装样品，以及在运输箱中其包装可以看作产品本身一部分的样品。冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10110四、环境试验内容四、环境试验内容 碰撞和冲击一样，是一个非常复杂的物理过程，并且是随机的，能在不同的时间周期上出现。然而由于它们对产品所造成的物理失效不完全相同，为了在试验室内模拟方便起见，才分成冲击试验和碰撞试验二种试验来进行的。冲击峰值加速度较大、脉冲

85、持续时间较短、很少重复出现、相对于产品结构强度来说属极限应力的破坏，造成结构变形，安装松动，产生裂纹甚至断裂，还会使电气连接松动，接触不良，造成时断时通，使产品工作不稳定。碰撞将那些峰值加速度不大、脉冲持续时间较长、不断重复出现、相对于产品结构强度来说是重复应力的定为碰撞，碰撞试验主要是为了确定产品经受重复碰撞后所引起的累积损伤。冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10111四、环境试验内容四、环境试验内容GJB150.18-1986 GJB150.18-1986 军用设备环境试验方法军用设备环境试验方法 冲击试验冲击试验试验一 运输跌落试验试验二 工作台上的倾跌试验试验三 铁路车辆撞击试验试验

86、四 包装件的粗暴装卸试验试验五 基本设计试验试验六 坠撞安全试验试验七 强冲击试验试验八 引信及引信元件的跌落试验试验九 温度冲击综合试验试验十 舰船设备的冲击试验冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10112四、环境试验内容四、环境试验内容冲击波形冲击波形 标准包括了三种脉冲波形，即半正弦形脉冲、后峰锯齿形脉冲和梯形脉冲。脉冲波形的选择取决于许多因素，进行这种选择是一件困难的事情，所以本标准不给出波形的优先顺序碰撞波形碰撞波形 只有半正弦形脉冲冲冲击击和和碰碰撞撞2021/3/10113四、环境试验内容四、环境试验内容GB/T 2423.17-1993 试验Ka：盐雾试验方法GB/T 2423

87、.19-1981 试验Kc：接触点和连接件的二氧化硫试验方法GB/T 2423.20-1981 试验Kd：接触点和连接件的硫化氢试验方法GB/T 2423.33-1989 试验Kca：高浓度二氧化硫试验方法GB/T 2423.51-2000 试验Ke：流动混合气体腐蚀试验GB/T 2424.10-1993 大气腐蚀加速试验的通用导则GB/T 2424.11-1982 接触点和连接件的二氧化硫试验导则GB/T 2424.12-1982 接触点和连接件的硫化氢试验导则GJB150.11 盐雾试验GJB150.10 霉菌试验腐腐蚀蚀试试验验2021/3/10114四、环境试验内容四、环境试验内容高温

88、、低温试验内容温度变化试验标准和内容湿热试验的标准和选择方法了解机械振动试验冲击和碰撞试验本本章章小小结结2021/3/10115五、加速寿命试验五、加速寿命试验略加加速速寿寿命命试试验验2021/3/10116六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验1.明确产品的极限条件2.确定加速试验的高应力试验条件3.利用极限条件的破坏力快速暴露产品缺陷4.设计人员有针对性寻找产品薄弱环节，改进产品5.可以为快速筛选试验提供试验条件的依据极极限限应应力力对对产产品品的的意意义义用户需求用户需求生产产品生产产品产品设计产品设计用户用户应力筛选应力筛选极限试验极限试验修改设计修改设计HASS

89、HASSHALTHALT2021/3/10117六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验极限应力试验极限应力试验 步进应力试验（Step Stress）；可靠性强化试验（RET）；应力寿命试验（STRIFE）；应力裕度和强壮试验（SMART）等等。极限应力的一般试验顺序极限应力的一般试验顺序 原则是先试验对产品破坏力弱的应力类型，再试验破坏力强的应力类型。 低温步进 高温步进 温度变化 随机振动 温度、机械综合试验极极限限应应力力试试验验2021/3/10118六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验极限应力的一般试验方法极限应力的一般试验方法应力步长的确定1.

90、一般温度选510； 加速度35GRMS2.距破坏极限近时可适当减小3.参照同类产品的破坏极限等 分配停留时间的确定1.温度平衡后510分钟 试验停止原则2.取决于失效特点（间歇故障、 1. 全部样品失效 永久故障） 2. 不相关失效出现3.试验对象的不同（电路板、部 3. 远超出设计要求 件、电源、机械框架、镀层）极极限限应应力力试试验验2021/3/10119六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验极限应力关系图极限应力关系图极极限限应应力力试试验验2021/3/10120六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验极限应力节省时间费用的试验方法（针对元器极限应力

91、节省时间费用的试验方法（针对元器件和材料）件和材料）1.预估破坏应力2.（预估破坏应力工作极限应力）0.6183.根据试验结果增加或减少应力继续试验4.停止试验条件是从破坏应力前一次试验（小于5）5.其它试验方法如前 极限应力试验的目的就是要找出最大的破坏应力和工作极限应力。极极限限应应力力试试验验2021/3/10121六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验极限应力与整机设计极限应力与整机设计1.高温和低温试验中重点关注高温，尤其要关注高温工作和温度循环试验。2.扫频试验和随机振动同样重要。3.一般不提倡整机的湿度试验，因此可对有湿度影响的元器件单独做湿度试验。4.HALT

92、重点是快速温度冲击试验。5.极限应力试验不要忘了对整机设计最敏感电应力（拉偏、干扰、脉冲注入、静电）。极极限限应应力力试试验验2021/3/10122六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验温度诱发的故障温度诱发的故障1.参数漂移（数字电路的波形畸变）2.电路的稳定性（耗散功率的变化）3.热匹配（温度升高漏电增大的器件）4.冷凝短路（空封器件和整机）5.密封失效（应力导致的失效）6.接触不良、氧化（接插件选型）7.元器件缺陷（分层、粘接缺陷、键合缺陷）8.电迁移9.金属化缺缺陷陷分分析析和和改改进进2021/3/10123六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验

93、名称：晶体振荡器背景：失效样品有两只，在整机可靠性增长试验前的摸底试验失效试验条件：-40存储2hrs后半小时升至0 时停振失效模式：无频率输出失效机理：密封内腔极高的水汽低温环境中在晶片表面凝露结冰，改变了晶片介电常数，由于工艺损伤引起在低温应力下发生破裂。分析结论：由于密封内腔水汽太高，在负温环境，晶体表面出现大量的水汽凝露和结霜，造成介电常数的变化，同时水汽凝露和结霜也加重了晶片所承受的低温机械应力，结果造成边缘有裂纹缺陷的晶片由于裂纹延伸而破裂，这是晶振在0 加电工作时产生严重频偏和整机无正确时钟信号的原因。缺缺陷陷分分析析和和改改进进2021/3/10124六、设计人员如何运用环境试

94、验六、设计人员如何运用环境试验机械振动诱发的故障机械振动诱发的故障1.布局不合理（高频时注意）2.元器件选择不合理3.电路板开裂、共振4.晶体缺陷5.机械安装缺陷6.互连缺陷缺缺陷陷分分析析和和改改进进2021/3/10125六、设计人员如何运用环境试验六、设计人员如何运用环境试验湿度诱发的故障湿度诱发的故障1.短路2.金属腐蚀3.离子迁移4.绝缘降低5.漏电增大缺缺陷陷分分析析和和改改进进2021/3/10126七、生产保障人员如何运用环境试验七、生产保障人员如何运用环境试验略略生生产产保保障障人人员员如如何何运运用用环环境境试试验验2021/3/10127八、环境应力筛选八、环境应力筛选筛

95、选的定义：筛选的定义：采用非破坏性应力检查所有产品消除隐患。筛选的作用：筛选的作用：在生产期间排除良好设计的产品在制造过 程中引入缺陷的工艺手段。筛选的适用范围：筛选的适用范围：包括产品研制阶段（工程设计人员）、 批生产阶段和出厂前。筛选的特点：筛选的特点：环境应力筛选是一种工艺，而不是一种试 验。筛选是100%对产品进行。筛选的目的：筛选的目的：是迫使存在于产品中的会变成早期故障的 缺陷提前变成故障。筛筛选选定定义义及及其其说说明明2021/3/10128八、环境应力筛选八、环境应力筛选 筛选试验可以在元件、器件、连接器等产品或整机系统中进行，根据要求不同可以有不同的应力筛选试验，环境应力筛

96、选的主要试验为：电应力筛选：加电工作试验、加电加负荷试验温度应力筛选：高温、低温、高温工作或低温工作环境应力筛选：温度变化机械应力筛选：冲击或振动其他筛选：参数筛选、一致性筛选 筛选试验也可分为普通筛选（一次筛选），精密筛选（二次筛选）筛筛选选定定义义及及其其说说明明2021/3/10129八、环境应力筛选八、环境应力筛选常用的筛选方法1.目视和参数测试筛选： 主要用于消除早期失效和减少不合格产品数目。筛选测试经常被生产方作为出厂检查，使用方作为使用前的检查。2.通电老化筛选： 施加合理的电应力，剔除早期失效的产品。3.环境应力筛选 通过向电子产品施加合理的环境应力，将其内部的潜在缺陷加速变成

97、故障，并通过检测发现和排除的过程。常规筛选与定量筛选 常规筛选以能筛选出早期故障为目标。 定量筛选的目标：1、达到浴盆曲线底部拐点；2、交付的产品无可筛选缺陷概率达到规定的水平；3、筛选成本低于现场维护费用。筛筛选选定定义义及及其其说说明明2021/3/10130八、环境应力筛选八、环境应力筛选1.不存在一个通用的，对所有产品都具有最佳效果的筛选方法。2.筛选是一个动态的闭环过程，生产早期确定的筛选方法同样需要进行改变。3.一个良好的环境应力筛选具备以下特性：（a）能够很快析出潜在缺陷，包括能析出适当数量的 固有（设计）缺陷；（b）不会引起不适当的设计故障，诱发附加的故障， 消耗受筛产品寿命。

98、（c）不应对制造过程控制增加不适当限制。应应力力筛筛选选的的特特性性2021/3/10131八、环境应力筛选八、环境应力筛选应应力力筛筛选选的的特特性性收集市场可靠性数据潜在的缺陷校验筛选方法确认试验结果进行筛选试验确定筛选方法对失效机理分类寻找分析失效机理施加应力引发失效制造厂商技术细节失效分析 美国曾对42家企业进行调查统计，得到的结论是将热循环与随机振动相结合，可以达到90%的筛选率。其中随机振动应力可筛出15%25%的缺陷，热循环可筛出75%85%。二者筛选效率比是1：3.5。而随机振动应力比正弦扫描效率高五倍。2021/3/10132八、环境应力筛选八、环境应力筛选筛选试验条件选择的

99、原则：1.针对产品的缺陷及主要失效模式2.根据产品的使用环境确定合理的筛选项目3.施加的应力对良好的产品无破坏作用4.筛选时间为尽可能排除潜在缺陷5.综合考虑筛选试验成本和剔除缺陷的关系参照标准：MIL-STD-2164-85GJB1032-90 “电子产品环境应力筛选方法”应应力力筛筛选选的的特特性性2021/3/10133八、环境应力筛选八、环境应力筛选 恒定高温筛选是析出电子元器件缺陷的有效方法，广泛用于元器件的筛选，但不推荐用于组件级（印制线路板、单元或系统）的筛选。据统计，在美国使用温度循环对组件进行筛选的公司数要比使用恒定高温对组件进行筛选的公司数多5倍。恒定低温筛选极少使用。 恒

100、定高温筛选也叫高温老化，是一种静态工艺，这种方法是使产品在规定高温下连续不断地工作，以迫使早期故障出现。其筛选机理是通过提供额外的热作用，迫使缺陷发展。恒恒定定高高温温筛筛选选2021/3/10134八、环境应力筛选八、环境应力筛选 表征恒定高温筛选应力的基本参数是上限温度（Tu）和恒温时间（t）。另外一个要考虑的参数是环境温度（Te），因为真正影响恒定高温筛选效果的变量是上限温度（Tu）与室内环境温度（Te）之差，即温度变化幅度（R）（R=Tu-Te）。 产品中存在对某一特定筛选敏感的潜在缺陷时，该筛选将缺陷以故障形式析出的概率叫筛选度，是筛选效果的一种量化表达法。 恒定高温的筛选度可如下按

101、公式计算, SS=1exp0.0017(R+0.6)0.6t 式中：SS筛选度； R高温温度与室温之差（室温一般取25）； t 恒定高温持续时间（h）。恒恒定定高高温温筛筛选选2021/3/10135八、环境应力筛选八、环境应力筛选引线下塌与芯片边缘接触（塌丝）引线下塌与芯片边缘接触（塌丝） 起因：这种现象一般发生在小直径的金丝比较多，而且一般都是由于工艺过程管理不严，不慎碰到而引起，在注塑过程进一步下塌。 现象：瞬时短路，潮湿环境漏电最后短路 危害：在出厂检测中还未引起短路，不易检出，在潮湿环境和长期加电中逐步出现漏电或短路。 措施：除了加强工艺管理和自动化之外，使用方通过高湿加电筛选可发现

102、这种失效。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响2021/3/10136八、环境应力筛选八、环境应力筛选温度筛选的应力温度筛选的应力 在高温筛选试验中过高的温度应力会造成产品的潜在缺陷，比较典型的是金铝化合物（又称紫斑）的产生。因此对大部分有金铝化合物界面的产品筛选温度不要大于150，对大部分的半导体器件和集成电路，筛选温度应控制在125左右。温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响2021/3/10137八、环境应力筛选八、环境应力筛选 温度变化诱发的故障机理为：当温度在上、下限温度内循环时，设备交替膨胀和收缩，使设备中产生热应力和应变。如果某产品内部有瞬时的热梯变（温度不均匀性），或产品

103、内部邻接材料的热膨胀系数不匹配，则这些热应力和应变将会加剧。这种应力和应变在缺陷处最大，它起着应力集中者（提升者）的作用。这种循环加载使缺陷长大，最终可大到能造成结构故障并产生电故障。例如，有裂纹的电镀通孔其周围最终完全裂开，引起开路。热循环是使钎焊接头和印制电路板上电镀通孔等产生故障的首要原因。温温度度变变化化筛筛选选2021/3/10138八、环境应力筛选八、环境应力筛选温温度度应应力力对对产产品品的的影影响响2021/3/10139八、环境应力筛选八、环境应力筛选 表征温度变化筛选应力的基本参数包括上限温度Tu、下限温度TL、温度变化速率V、上限温度保温时间tu、下限温度保温时间tL和循

104、环次数N。 温度变化筛选度可按如下公式计算 SS=1exp（0.0017（R+0.6）0.6ln（e+V）3N）式中：SS筛选度； R温度变化范围（TuTL）； e 自然对数的底； V温度变化速率（/min）； N循环次数。温温度度变变化化筛筛选选2021/3/10140八、环境应力筛选八、环境应力筛选 与温度变化相比，不管温度幅度多大，恒定高温筛选效果远低于温度变化。 温度变化诸参数中，对筛选效果最有影响的是温度变化范围R、温度变化速率V以及循环次数N。提高温度变化范围和变化速率能加强产品的热胀冷缩程度和缩短这一过程的时间。温温度度变变化化筛筛选选2021/3/10141八、环境应力筛选八、

105、环境应力筛选温温度度变变化化筛筛选选内保护胶裂拉断引线2021/3/10142八、环境应力筛选八、环境应力筛选 表征扫频正弦振动筛选应力的基本参数是最低频率、最高频率、加速度峰值或位移、扫频速率、扫描时间和振动方向。 扫频正弦振动筛选度按公式计算： SS=1exp0.000727（G/10）0.863t 式中：SS筛选度； G加速度量值（m/s2）； t 振动时间（min）。机机械械振振动动筛筛选选2021/3/10143八、环境应力筛选八、环境应力筛选 进行扫频正弦振动时，其频率在给定频段内慢速变化，因而能在每个谐振频率上持续一段时间，使激发缺陷的能力有所加强，但缺陷较深的缺陷仍不易暴露。

106、进行随机振动时，所有谐振频率在整个振动时间内同时受激励，激发能力大大加强。可见在振动筛选中，随机振动是最有效的，其次为扫频正弦振动。机机械械振振动动筛筛选选各种振动方式激发故障的曲线图2021/3/10144八、环境应力筛选八、环境应力筛选组装等级的选择组装等级的选择 为了保证彻底消除早期故障，最好应在各个组装等级安排环境应力筛选，任何一级上的筛选不能代替高一级上进行的筛选，这是因为在将低组装等级的各产品组装成高一级产品时，由于使用了外购件及组装工艺，会引入新的缺陷。任何一个高一级的筛选，当然能代替低一级组件上的筛选，但筛选效率将降低，而筛选成本大大提高。见下图 在各组装等级进行筛选，有时是不

107、现实的。在制定筛选大纲时，应考虑每一组装等级，并不意味着在每一组装等级都需要进行筛选，而是要从技术效果、费用效果以及故障可探测性等方面进行评估，作出决定。组组件件的的筛筛选选印刷电路板布线采购的组件布线电缆采购的单元元器件组件单元设备与系统2021/3/10145八、环境应力筛选八、环境应力筛选应力类型的选择和安排应力类型的选择和安排 筛选用的环境应力，一般应优先采用温度循环和随机振动，如果经济条件或设备条件不许可，可采用强度较差的其他应力，如振动改用正弦扫频振动，温度循环改成温度冲击等。 如果某些特定产品用某些应力筛选特别有效，则可采用这些环境应力进行筛选。 环境应力筛选效果不仅取决采用的各

108、应力特有的作用机理，还取决于其互相加速作用。使用温度循环和随机振动筛选时，筛选应力组合应是振动温度循环振动。第一次振动后必须保证有5个循环的温度筛选。综合应力筛选效果与组合应力筛选差不多，但要求更昂贵的设备，不推荐采用。 下图是GJB1032中规定的温度和振动应力安排情况。应应力力类类型型的的选选择择和和安安排排无故障验证第二次振动无故障验证温度循环(2)性能筛选后检测寻找故障温度循环(1)寻找故障第一次振动性能筛选前检测寻找排除故障无故障运行2021/3/10146八、环境应力筛选八、环境应力筛选示例：设一个组件中有5个分组件，其设计最高工作温度和最低工作温度及贮存高温和贮存低温列于下表中。

109、从表可得出60和30作为一组工作温度；80 和 40作为一组贮存温度。应应力力类类型型的的选选择择和和安安排排分组件代号设计工作温度（）贮存温度（ ）高温低温高温低温180301004029045100503100501205541105015055560458055选择的最高的低温温度和最低的高温温度603080402021/3/10147八、环境应力筛选八、环境应力筛选应应力力类类型型的的选选择择和和安安排排应力类型应力参数和其他要求组件等级组件级单元、设备（系统）级温度循环温度范围（）40+8540+75试验箱空气温度变化速率（ /min）155上、下限温度下的持续时间达到温度稳定的时间

110、加5min或性能测试时间（长者为准）达到温度稳定的时间加5min或性能测试时间（长者为准）循环次数20401020通/断电工作不通电从低温升向高温和高温保温期间，应通电并检测性能，工作时处于最大电源负载状态；高温向低温下降且在低温达到温度稳定以前，应断电。在高低温度稳定后应通断电源各三次性能监测不进行进行2021/3/10148八、环境应力筛选八、环境应力筛选应应力力类类型型的的选选择择和和安安排排应力类型应力参数和其他要求组件等级组件级单元、设备(系统)级随机振动功率谱密度（m/s2）2/Hz）或加速度均方根值（m/s2）一般不进行振动筛选4或60.6频率范围（Hz）202000振动轴向数（

111、逐次或同时施加）3（一般）振动持续时间（min）各轴依次激励510各轴同时激励10通电/断电和工作通电性能监测进行2021/3/10149八、环境应力筛选八、环境应力筛选应应力力类类型型的的选选择择和和安安排排1234准备初始运行环境应力筛选应力施加最终运行3-13-2寻找排除故障无故障运行3-1A3-1B3-2A3-2B随机振动温度循环温度循环随机振动检查常温运行5min10循环10循环连续无故障5min连续无故障常温运行最长不超过20循环最长不超过15min性能检测尽最大可能监测性能性能检测2021/3/10150八、环境应力筛选八、环境应力筛选常规筛选常规筛选 目前，国内外最常用的是常规

112、筛选。这种筛选基于以往的筛选经验进行，典型方法是GJB1032或HB6206中规定的方法。由于这两个标准规定的可剪裁性较差，不可能适用于各种类型和复杂程度的电子产品，所以原航空航天又以美国环境科学协会制定的组件级环境应力筛选等文件为基础，制定了HB/Z213。其中说明了筛选的原理，确定了筛选应力的准则和方法，并推荐了基线筛选的方法，以指导生产部门根据产品具体情况制定适用于特定产品的筛选大纲。但这仍然属于常规筛选的范畴。目前我国仅广泛开展常规筛选的原因，一方面是筛选尚处于初期推广应用阶段，另一方面是许多产品的使用方没有提出交付产品的可靠性定量要求和成本阈值要求。常规筛选主要用作可靠性增长、鉴定/

113、验收试验的预处理手段和生产中的质量控制手段。常常规规筛筛选选和和定定量量筛筛选选2021/3/10151八、环境应力筛选八、环境应力筛选定量筛选定量筛选 定量ESS是筛选的高级阶段。进行定量筛选要具备下述条件：对交付产品提出了可靠性定量目标要求，对筛选后产品中无可筛选缺陷的概率有定量要求和置信度要求，对筛选成本有阈值要求。具备定量环境应力筛选所必须的数据：如元器件缺陷率、筛选所用应力的筛选度和检测仪表的检测效率等。GJB/Z34中已经提供了国产和进口元器件缺陷率数据表，温度循环、随机振动、恒定高温和扫频正弦振动四种应力的筛选度数据表，以及某些检测仪表的数据表。如果能从GJB/Z34的数据表中找

114、到所用应力、检测仪表及受筛产品中包含的元器件的相应数据，则可进行定量筛选，否则仍难以进行。有经验丰富的筛选专家。定量筛选大纲的设计十分复杂，筛选过程的监督、评价和控制过程也较难掌握。若没有筛选专家指导，则定量筛选很难顺利进行。常常规规筛筛选选和和定定量量筛筛选选2021/3/10152八、环境应力筛选八、环境应力筛选 （a）环境应力筛选不应改变产品失效机理； （b）由于筛选的目的是剔除早期故障，因此不必准确模拟产品真实的环境条件； （c）筛选可以提高产品的使用可靠性，但它不能提高产品的固有可靠性，只有改进设计、工艺等才能提高后者； （d）对于关键设备，应实施三级（元器件级、电路板级、设备级）1

115、00%的环境应力筛选； （e）它不是可靠性鉴定、验收试验，但经过筛选的产品有利于鉴定和验收试验的顺利进行。筛筛选选试试验验的的注注意意事事项项2021/3/10153八、环境应力筛选八、环境应力筛选 在将潜在缺陷转化为早期故障的机理方面，温度循环与随机振动是不相同的。温温度度变变化化与与随随机机振振动动效效果果的的比比较较2021/3/10154八、环境应力筛选八、环境应力筛选 （a）施加环境应力的类型、水平及承受应力的时 间； （b）进行环境应力筛选的产品（如元器件、电路 板、设备等）； （c）试验期间应监控的产品性能和应力参数； （d）试验持续时间等。试试验验方方案案的的主主要要内内容容2

116、021/3/10155八、环境应力筛选八、环境应力筛选 可以用许多方法来评价筛选效果。其中之一是利用筛选效果系数B B=（NA）/N）100%式中： N筛选前产品的故障率（1/h）； A筛选后产品的故障率（1/h）。筛选效果系数B越大，则说明该筛选方案越好。筛筛选选方方案案优优劣劣的的评评价价方方法法2021/3/10156八、环境应力筛选八、环境应力筛选通电老化试验： 目的是为了通过电应力试验剔除浴盆曲线中的早期失效，常用于整机、组件。为了保证试验时不使产品劣化变质，达到甄选缺陷品的目的，其重点是试验条件如何设定。通电老化试验时要注意的问题： 使用的应力类型及应力参数； 老化时间； 通/断电

117、要求； 检测要求； 无故障数量要求。整整机机通通电电老老化化试试验验2021/3/10157八、环境应力筛选八、环境应力筛选思考题思考题 某厂开关稳压电源最大输出功率1000W，最大输出电流25A，最大输出电压48V。出厂前100%常温老化48小时，老化功率960W，输出电压48V，输出电流20A。产品出厂3个月失效2.5%（均为IGBT管失效）。改变老化条件为老化功率1189W，输出电压47V，输出电流27A，时间48小时。产品出厂三个月失效1.5%。当需要你确定老化条件时如何制定，为什么？筛筛选选试试验验实实例例操操作作思思考考题题提示：1.从产品的可靠性考虑，重点是降低出厂后失效率2.具

118、体应从失效分析入手，解决如何切入问题2021/3/10158八、环境应力筛选八、环境应力筛选样本量：100%目的：将潜在缺陷发展为故障并加以排除应力水平：加速应力环境，以能激发出缺陷不损坏产品为原则典型环境：高温、温度变化、随机振动、电应力（为什么湿热不 选取？）筛选试验不能提高单个产品的固有可靠性，但它可提高一批产品 的使用可靠性水平。就应力强度干预筛选而言，由于通过筛选，可使产品的强度分布 曲线远远高于环境应力分布曲线，从而降低了产品在使用过程中 的失效概率，保证了产品可靠性。就失效模式法筛选而言，由于通过了筛选剔除了比例数最大的失 效模式，从而保证了产品的批量可靠性。就老化筛选而言，由于

119、淘汰了早期失效产品，使产品处于偶然失 效期，从而大大地提高了产品的失效率水平。本本章章小小结结2021/3/10159九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力（一般情况下可根据产品的规范进行，原则上不要超出极限应力）电阻：高压蒸煮2小时，加电两小时，循环两次；测试 阻值漂移小于技术指标，可适当放宽。磁片电容：湿热试验、温度循环电解电容：高温（技术指标）加脉动电压100小时；测 试损耗、漏电、容量，目检漏液、外壳塑封器件：湿热加电；测试漏电流；温度冲击或炉温试验；功能测试；lV测试空封器件：低温（20）漏电测试；温度冲击元元器器件件试试验验条条件件参参考考2021/3/1

120、0160九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力 对常规产品进行环境试验时，主要是查阅环境试验的标准，在相关的标准中明确以下内容后可以执行。1.了解各单项试验的试验目的和适用性；2.了解该试验的技术指标； 环境技术指标：高温温度、低温温度、湿度、时间、周期、循环 次数； 机械技术指标：峰值加速度、持续时间、频率范围、振动幅值；3.试验等级（严酷程度）的选取；4.试验的方法和步骤的具体要求如： 预处理、初始测量、中间测量、样品恢复、条件试验；5.对试验设备的要求；6.查具体产品的标准对环境试验的要求，并按要求执行。有有标标准准规规定定的的环环境境试试验验2021/3/10

121、161九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力1. 1.高温贮存高温贮存 高温试验的温度必须高于产品技术条件规定的高温工作温度Tmax。研制试验时温度最高（一般取Tmax+2030 ）、小批量试产试验时温度次之（一般取Tmax+15 25 ）、例行试验最低（一般取Tmax+10 ）。2.2.低温贮存低温贮存 低温试验的温度TL必须低于产品技术条件规定的低温工作温度。通常状况下三个阶段的TL都取40 。3.3.温度循环应力温度循环应力 高温保持温度同高温试验温度；低温保持温度同低温试验温度。 温变率：大于1/min，小于5 /min。 循环次数：大于80次（研制试验）。建

122、议：10以上加电（研制试验） 温度保持时间：大于0.5小时（组件）或2小时或中心温度达到试验温度5分钟（整机）。4.4.温度冲击试验温度冲击试验 高温保持温度同高温试验温度；低温保持温度同低温试验温度。 温变率：大于20/min； 循环次数：20次 温度保持时间：大于0.5小时（组件）或2小时（整机）。整整机机试试验验条条件件参参考考2021/3/10162九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力5.5.恒定湿热应力恒定湿热应力 恒定湿热应力采用标准为温度402 ；湿度为90% 3%；试验时间为2496小时。全天候产品要加电。6.6.扫频振动的应力扫频振动的应力 扫频范

123、围10-55Hz；恒定振幅0.35mm。 扫频速率每分钟1个倍频程。 试验方向X、Y、Z，每方向25分钟。7.7.冲击振动的应力冲击振动的应力 半正弦波，脉冲宽度11ms。 冲击强度30g；冲击方向X、Y、Z，共6方向，每方向3次。8.8.模拟汽车运输的应力模拟汽车运输的应力 按实际发货的要求包装和装载。用载重汽车在三级公路上以2040公里时速跑200公里，或在模拟汽车运输台上振动90min。整整机机试试验验条条件件参参考考2021/3/10163九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力 有时 产品是无具体环境试验标准的：一、新产品、新材料；二、产品标准中没环境试验内容

124、；三、产品需要满足特殊要求； 制定试验方案时，要了解产品准备使用或已使用的材料、元器件、连接器、电路、PCB板的技术规范情况，准备使用的或已使用的零件的技术规范尽可能详细，尽量要求供应方提供相应质量证书和试验报告。查阅相关的环境试验标准明确5.2中的15项，然后根据以下的原则制定。1.针对产品的环境适应要求，选取环境试验内容；2.根据产品的使用要求选择试验严酷等级；3.结合产品主要失效机理制定试验条件；4.确定试验样品的数量；5.试验设备是否满足要求；6.综合考虑试验成本；7.参照类似的产品标准。无无标标准准规规定定的的环环境境试试验验2021/3/10164九、选择合适的环境试验和试验应力九、选择合适的环境试验和试验应力 针对失效机理的试验往往采用加大试验应力的方法，常用的试验应力有高温度、温度冲击、高电压、大电流、高温高湿、机械振动等。 加大试验应力也是有条件的不能凭印象，如果没有相应资料时，对于产品最大应力的选择可以 1. 通过相类似的产品规范或资料确定； 2. 通过步进试验取得。 对试验会产生的一种或几种失效机理要清楚，使用的应力条件不要太多，以免在分析时不能判断造成失效的主要失效应力。 对几种应力共同作用才会产生的失效，要分清主次。最重要的是要有明确的试验目的。针针对对失失效效机机理理的的试试验验方方法法2021/3/10165The End！2021/3/10166