可靠性试验培训PPT.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Click to edit Master title style,*,JCET Confidential,可靠性试验培训,可靠性发展及重要性,2,可靠性和质量不可分离，其前身是伴随着兵器的发展而诞生和发展的。,从公元前,26,世纪冷兵器时代开始经过,4000,年 发展，成熟期在二战时期。,德国使用火箭和美国使用原子弹为标志。美国当时的航空无线电设备有,60%,不能正常工作，电子设备在规定的使用期限内,共,有,30%,的时间能有效工作。,二战期间，因可靠性引起的飞机损失惨重，损失飞机,2100,架，是被击落的,1.5,倍。,可靠性的发展背景,19-Apr-25,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,】,，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。,3,19-Apr-25,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。,19-Apr-25,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，面临高达百亿美元的经济索赔和善后处理费用。,19-Apr-25,6,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。,19-Apr-25,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,。,使用寿命,偶然失效期,运行时间,失,效,率,损耗失效期,规,定,的,早,期,失,效,期,19-Apr-25,可靠性试验,8,定义：,可靠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。,19-Apr-25,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,19-Apr-25,可靠性标准,10,项目,标准,预处理,PRE,JESD22-A113F,湿气敏感等级试验,MSL,IPC/JEDEC J-STD-020,稳态湿热,THT,GB/T2423.3,JESD22-A101,温度循环,TCT,JESD22-A104,GB/T 2423.22,高温试验,HTST,GB/T 2423.2,JESD22-A103,低温试验,LTST,GB/T 2423.1,JESD22-A119,可焊性,Solderability,GB/T 2423.28,EIA/IPC/JEDEC J-STD-002,项目,标准,高压蒸煮,PCT,JESD22-A102,高速老化寿命试验,(u)HAST,JESD22-A110,JESD22-A118,回流焊,Reflow,JESD22-A113,电耐久,BURN-IN,GB/T 4587,高温反偏,HTRB,GB/T 4587,JESD22-A108,耐焊接热,SHT,GB/T 2423.28,JESD22-B106,锡须生长,Tin Whisker Test,JESD201,JESD22-A121,19-Apr-25,可靠性常用试验,11,气候环境试验,高温贮存试验（,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,19-Apr-25,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,19-Apr-25,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,19-Apr-25,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,19-Apr-25,环境应力与失效的关系,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。,19-Apr-25,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,:,-65,150,Dwell=15min,-40,125,Dwell=15min,-40,85,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,19-Apr-25,可靠性试验项目,17,温度循环,TCT,Temperature Cycling Test,Expansion,Shrinkage,150,C,Air,-,6,5 C,Air,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。,19-Apr-25,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,常规条件：,-65,150,Dwell=15min,-40,125,Dwell=15min,18,19-Apr-25,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：,(85,2),湿度：,(85,5)%,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,THT,Temperature Humidity Bias Life Test,19-Apr-25,可靠性试验项目,20,稳态湿热,THT,Temperature Humidity Bias Life Test,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%RH,60,，,60%RH 55,，,85%RH,85,，,60%RH ,交变湿热,19-Apr-25,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,19-Apr-25,可靠性试验项目,22,高压蒸煮,PCT,Pressure Cooker Test,高速老化试验箱,设备能力：温度,85 145(),；湿度,85100(%RH),常规条件：,121,100,RH,205Kpa(2atm),19-Apr-25,可靠性试验项目,高速老化试验,HAST,Highly-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,23,19-Apr-25,可靠性试验项目,高速老化试验,HAST,Highly-Accelerated 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%RH,110,，,85%RH,24,19-Apr-25,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：,150,3,试验时间：,168/504/1008hrs,25,19-Apr-25,可靠性试验项目,高温贮存试验,HTST,High Temperature Storage,设备能力,环境温度,+20 200,常规条件：,85,125,150,26,19-Apr-25,可靠性试验项目,低温贮存试验,LTST,Low 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,27,19-Apr-25,可靠性试验项目,低温贮存试验,LTST,Low 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，可进行高低温循环试验。,常规条件：,-40,-55,-65,28,19-Apr-25,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：,V,R,=Vz,，,Ic=P,D,/Vz,，,（,Vz,规范要求值，,P,D,规范要求的功率值,）,试验时间：,168/500/1000 h,29,19-Apr-25,可靠性试验项目,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。,30,19-Apr-25,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,125,3,；,射频晶体管,125,3,；,肖特基二极管,85,3,；,可控硅,110,3,；,MOS,管,(VDSS,100V)110,3,，,(VDSS,100V)125,3,试验,电压：反偏电压为,Bvcbo,的,70,，二极管为反向击穿电压的,70,80%,，或根据产品要求或客户（,Bvcbo,为规范要求值,）,。,试验时间：,168/500/1000 h,31,19-Apr-25,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。,32,19-Apr-25,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、不润湿、弱润湿、退润湿等异常,33,19-Apr-25,可靠性试验项目,易焊性,Solderability,试验条件,：,(245,5),、（,5,0.5,）,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：,(25,5)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,40,2,C,，相对湿度,93,3%,c),高温老化,155,，,16,小时,槽焊法（定性）,34,19-Apr-25,可靠性试验项目,易焊性,Solderability,将元器件的引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）,35,19-Apr-25,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,245/270,备注：,Solder Test,可进行定性和定量分析。,36,19-Apr-25,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,：,L1,85/85%RH/168hrs,充分吸湿,L3,30/60%RH/192hrs,5,、,Reflow,：,245/250/260,，,3times,高温考核,6,、最终电性测试,+SAT,判定结果,37,19-Apr-25,可靠性试验项目,预处理,&MSL,Precondition&Moisture Sensitivity Classification,水平,level,室内贮存,试验的必要条件,时间,条件,标准试验,相当的加速试验,时间,（小时）,条件,时间,（小时）,条件,1,无限制,30/85%RH,168,+5/-0,85/85%RH,-,-,2,1,年,30/60%RH,168,+5/-0,85/60%RH,-,-,2a,4,周,30/60%RH,696,+5/-0,30/60%RH,120,+1/-0,60/60%RH,3,168,小时,30/60%RH,192,+5/-0,30/60%RH,40,+1/-0,60/60%RH,4,72,小时,30/60%RH,96,+2/-0,30/60%RH,20,+0.5/-0,60/60%RH,5,48,小时,30/60%RH,72,+2/-0,30/60%RH,15,+0.5/-0,60/60%RH,5a,24,小时,30/60%RH,48,+2/-0,30/60%RH,10,+0.5/-0,60/60%RH,6,标签时间,30/60%RH,标签时间,30/60%RH,-,-,湿气封装等级水平对照表,38,19-Apr-25,可靠性试验项目,回流焊曲线图,Package,Thickness,Volume mm,3,2000,1.6 mm,260,260,260,1.6 mm-2.5 mm,260,250,245,2.5 mm,250,245,245,回流焊,Reflow,39,19-Apr-25,可靠性试验项目,回流焊,Reflow,回流焊曲线要求,40,19-Apr-25,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,：,-55,85,air to air;10 minute soak;3 cycles/hr or -40,85,air to air;10 minute soak;3 cycles/hr,，,2000cycle,THT,：,30/60,RH,，,4000H,HT&H,：,55/85,RH,，,4000H,判定标准：,Whisker 45um(TCT,）,Whisker 40um(THT/HT&H,）,41,19-Apr-25,可靠性试验项目,跌落试验（板级）,Drop test,（,board level,）,42,19-Apr-25,可靠性试验项目,跌落试验（板级）,Drop test,（,board level,）,Representative Test Board,Item,Description,Standard,JEDEC,Type,Daisy-chained,Components per board,15(max),Component size,15 x 15 mm(max),Solder Paste,NP303-CQS-1H,Material,FR4 Tg140+RCC,Board Size,132 x 77 mm,No of Layers,8,Board Thickness,1.00mm 0.1mm,Trace/Gap,3/3 mils,min through via:11.8 mils,Min Blind via Structure,4 mil laser L1-L2(via-on-pad,non-filled),only to be plated shut for BGA surface pad,Configuration,Single-Side Loading,Finishing,OSP,Others,S/M Green,S/S White,oz Cu Int,1 oz Cu Ext,Drop Test Board Description,Bulk solder crack near component side,IMC crack at PCB bump pad,Crack at copper trace at PCB side,43,19-Apr-25,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,44,19-Apr-25,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,45,19-Apr-25,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,46,19-Apr-25,可靠性失效案例,样品,HTST,后失效,分析：点断,47,19-Apr-25,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,48,19-Apr-25,49,结束语,