可靠性測試工作流程與實驗

可靠性基礎(chǔ)知識培訓(xùn)可靠性的歷史1.起源

1944年納粹德國用V-2火箭襲擊倫敦，有80枚火箭沒有起飛就在起飛臺上爆炸，還有不少火箭沒有達(dá)到倫敦就掉進(jìn)英吉利海峽。同期，據(jù)美國海軍統(tǒng)計，在二戰(zhàn)期間，美軍因可靠性問題損失飛機(jī)2100架，是被擊落飛機(jī)的1.5倍。通過大量現(xiàn)場調(diào)查和故障分析，采取對策，誕生了可靠性這門學(xué)科。

可靠性的歷史2.可靠性的血淚史（1）1986年1月28日，美國航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者號”起飛76秒后爆炸，其中7名宇航員喪生，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12億美元，美國的民族精神受到了嚴(yán)重創(chuàng)傷。這次事故的直接原因是因為一個密封圈不密封而引起的。

（2）“永不沉沒的”Titanic,1912年4月15日處女航中，在北大西洋撞上冰山而沉沒，1500人葬生海底，造成迄今為止最著名的一次海難。泰坦尼克號上所使用的鋼板含有許多化學(xué)雜質(zhì)硫化鋅，加上長期浸泡在冰冷的海水中，使得鋼板變脆。遭遇冰山只是“泰坦尼克”號沉沒的誘因可靠性基礎(chǔ)知識1可靠性工作程序2可靠性試驗3一可靠性基礎(chǔ)知識一.可靠性1.定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。可靠性的概率量度成為可靠度。規(guī)定條件：包括使用時的環(huán)境條件和工作條件（條件越惡劣，產(chǎn)品可靠性越低）；規(guī)定時間：廣義，除時間外還可以是里程，次數(shù)，循環(huán)等（產(chǎn)品的可靠性和時間的關(guān)系呈遞減函數(shù)的關(guān)系）；規(guī)定能力：產(chǎn)品規(guī)格書中給出的正常工作的性能指標(biāo)（衡量一個產(chǎn)品的可靠性水平時一定要給出故障/失效判據(jù)）

二.浴盆曲線大多數(shù)不可修復(fù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，故將故障率曲線成為浴盆曲線。產(chǎn)品失效機(jī)理雖然不同，但產(chǎn)品的失效率隨時間的變化大致可以分為三個階段：1.早期失效期：產(chǎn)品投入使用的初期產(chǎn)品的失效率高，且具有迅速下降的特征。故障主要是設(shè)計與制造中的缺陷，如設(shè)計不當(dāng)、材料缺陷、加工缺陷等。產(chǎn)品投入使用后很容易較快暴露出來，可篩選。2.偶然失效期：產(chǎn)品投入使用一段時間后產(chǎn)品的失效率降到一個較低水平，且基本穩(wěn)定，可近似認(rèn)為失效率為常數(shù)。故障主要是由偶然因素引起的。偶然失效階段是產(chǎn)品的主要工作階段。3.耗損失效期：產(chǎn)品投入使用相當(dāng)長時間后產(chǎn)品的失效率迅速上升，很快出現(xiàn)產(chǎn)品故障大量增加直至報廢。故障主要是由老化、磨損、疲勞、腐蝕等引起?？赏ㄟ^試驗數(shù)據(jù)分析，確定耗損階段的起始點。對耗損的零件、部分予以維修、更換，降低產(chǎn)品的失效率，延長產(chǎn)品的壽命浴盆曲線三.失效率的計算1.試驗數(shù)據(jù)計算根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行失效率的預(yù)計。隨機(jī)失效率：2.元器件記數(shù)法元器件記數(shù)法中的器件失效率是固定的，不隨產(chǎn)品或環(huán)境而變化。二可靠性基本工作程序1.可靠性的工作可靠性可靠性驗證可靠性控制新產(chǎn)品EVT：可靠性增長實驗DVT&PVT：可靠性驗證實驗新工藝針對單點工藝進(jìn)行驗證生產(chǎn)異常針對異常點進(jìn)行可靠性評估例行試驗每兩年對生產(chǎn)工藝進(jìn)行驗證ORT每月抽樣進(jìn)行HTOLIPD流程中可靠性工作的開展概念計劃EVTDVTPVT提交可靠性試驗計劃可靠性增長試驗可靠性驗證試驗在立項階段，針對項目開發(fā)計劃制定相關(guān)可靠性要求及指標(biāo)IPD流程中可靠性工作的開展1.概念階段在項目開發(fā)的立項階段，可靠性工作即參與其中，針對項目開發(fā)計劃，制定產(chǎn)品可靠性預(yù)計需要滿足的可靠性指標(biāo)，包括：產(chǎn)品FIT率的要求；產(chǎn)品的ESD等級；產(chǎn)品的安規(guī)級別；特殊實驗項目的要求（GR-468之外的標(biāo)準(zhǔn)）IPD流程中可靠性工作的開展2.計劃階段在IPD計劃階段，制定相關(guān)的可靠性試驗計劃，包括：產(chǎn)品需要進(jìn)行的可靠性試驗；各單項試驗的條件；試驗前后樣品失效的判據(jù)；試驗所需要的樣本數(shù)；各試驗相關(guān)的時間點測試資源提請（如設(shè)備、夾具、軟件等）IPD流程中可靠性工作的開展3.EVT---可靠性增長試驗（1）目的

為暴露產(chǎn)品設(shè)計中可能隱含的設(shè)計缺陷和工藝薄弱環(huán)節(jié)等所進(jìn)行的，具有針對性的可靠性試驗。（2）要求

樣品在增長試驗過程中，若出現(xiàn)失效，可靠性工程師需將信息反饋給項目組，項目負(fù)責(zé)人針對失效樣品進(jìn)行分析，改進(jìn)。改進(jìn)后的樣品重新進(jìn)行可靠性增長試驗至滿足要求。（3）說明可靠性增長試驗是否要做，做什么，怎么做，由項目負(fù)責(zé)人與可靠性工程師根據(jù)方案共同商討確定，故此處不限定實驗項目

IPD流程中可靠性工作的開展（3）說明（續(xù)）通常，以下情況可能需要進(jìn)行增長實驗：

a.采用了新材料或新組件：膠水、TO、芯片等例如更改了膠水后增加了可靠性風(fēng)險，故針對薄弱環(huán)節(jié)，通過高溫高濕，溫度循環(huán)等實驗判定膠水可靠性，直到滿足預(yù)期要求。

b.更換了新工藝：焊接、貼片、耦合、封裝等例如在焊接工藝更改后，通過溫度循環(huán)，沖擊振動等實驗判定機(jī)械完整性，直到滿足預(yù)期要求。實驗項目由產(chǎn)品具體情況討論決定，此處不能一一列舉。IPD流程中可靠性工作的開展4.DVT&PVT---可靠性鑒定試驗（1）目的為確定產(chǎn)品的可靠性特征量是否達(dá)到所要求的水平而進(jìn)行的試驗，各級別實驗項目見下表，并非所有項目都需進(jìn)行：（2）要求

根據(jù)具體的產(chǎn)品設(shè)計，試驗項目以Bellcore相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為主，綜合其他與客戶協(xié)商、承諾的可靠性試驗要求。（3）說明具體試驗在DVT和PVT兩個階段的分配，需與各項目組內(nèi)部討論決定；可靠性增長試驗的結(jié)果可用于鑒定試驗(如果影響此試驗結(jié)果的產(chǎn)品設(shè)計、工藝因素沒有變化)。

凡試驗后又做了設(shè)計變更的均要評價變更影響，可靠性工程師與項目負(fù)責(zé)人共同確定是否需要重新進(jìn)行可靠性驗證?？煽啃暂敵龈拍钣媱滶VTDVTPVT樣品可靠性要求及指標(biāo)（融入項目任務(wù)書中）可靠性試驗計劃（大體實驗項目及時間安排）完成全部試驗后輸出可靠性實驗報告詳細(xì)可靠性試驗計劃（若進(jìn)行了增長實驗，則還需增長實驗報告）三可靠性試驗BellcoreGR-468BellcoreGR-468BellcoreGR-468BellcoreGR-468機(jī)械完整性試驗１.機(jī)械沖擊MechanicalShock試驗?zāi)康模捍_定電子元器件受到機(jī)械沖擊時的適應(yīng)性或評定其結(jié)構(gòu)的牢靠性。試驗條件：500g,1ms,5times/direction-----BellcoreGR-468Issue21500g,0.5ms,5times/direction-----722船舶重工研究所試驗原理：短時間極大的沖量轉(zhuǎn)化為短時間內(nèi)試驗樣品動量的變化。在試驗樣品內(nèi)產(chǎn)生極大的應(yīng)力和應(yīng)變，抗沖擊能力弱的試驗樣品就會因沖擊而損壞或性能降低。試驗地點：722船舶重工研究所；試驗時間：1小時（不包括預(yù)約實驗室及夾具安裝時間）機(jī)械完整性試驗2.變頻震動Vibration試驗?zāi)康模捍_定電子元器件受到在一定頻率下振動時的適應(yīng)性或評定其結(jié)構(gòu)的牢靠性。試驗條件：20~2000~20HZ，4min/cy，4cy/axis,3axis試驗原理：一定頻率的震動對樣品機(jī)械性能的影響，造成開裂，分離等。試驗地點：722船舶重工研究所；試驗時間：48分鐘（不包括預(yù)約實驗室及夾具安裝時間）機(jī)械完整性試驗3.熱沖擊ThermalShock試驗?zāi)康模嚎己穗娮釉骷谕蝗辉獾綔囟葎×易兓瘯r之抵抗能力及適應(yīng)能力的試驗。試驗條件：△T≥100℃，轉(zhuǎn)換時間<10s，溫度穩(wěn)定時間<5min，15個循環(huán)試驗原理：溫度的劇烈變化熱量的劇烈變化

熱變形的劇烈變化，從而引起劇烈的應(yīng)力變化。

巨大應(yīng)力可使引線斷開、封裝開裂等，從而電子元器件的機(jī)械性能或電性能發(fā)生變化。如：對半導(dǎo)體器件，熱沖擊可使其襯底開裂、引線封接斷開和管帽產(chǎn)生裂紋，以及由于半導(dǎo)體絕緣體機(jī)械位移或硅氣影響引起電特性的變化。試驗地點：可靠性與失效分析實驗室；試驗時間：3小時物理特性實驗1.內(nèi)部水汽InternalMoisture試驗?zāi)康模簻y定在金屬或陶瓷氣密封裝器件內(nèi)的氣體中水汽的含量

試驗步驟：（1）預(yù)處理：(100土5)℃下烘焙；（2）放真空箱后在(100土5)℃下抽氣，直至真空箱內(nèi)壓力達(dá)到不妨礙規(guī)定的測量準(zhǔn)確度和靈敏度為止。抽氣后穿刺器件外殼或蓋帽，用質(zhì)譜儀測量腔內(nèi)釋放氣體。

試驗地點：第三方實驗室（賽寶）；試驗時間：（從寄出之日起）2~3周物理特性實驗2.氣密性Hermeticity試驗?zāi)康模捍_定具有內(nèi)空腔的電子元器件和含有封裝的電子元器件的氣密性。

試驗方法：先把試驗樣品置于密封容器內(nèi)，把容器抽成真空，然后把試驗樣品放進(jìn)含有檢驗介質(zhì)的容器中，設(shè)法使檢驗介質(zhì)進(jìn)入電子元器件內(nèi)腔。從該容器中取出試驗樣品后，再設(shè)法檢查出有沒有檢驗介質(zhì)進(jìn)入電子元器件內(nèi)腔，從而判斷該電子元器件密封是否完好。

試驗地點：TO生產(chǎn)部；試驗時間：2小時物理特性實驗3.剪切強(qiáng)度DieShear試驗?zāi)康模嚎己诵酒c管殼或基片結(jié)合的機(jī)械強(qiáng)度

試驗方法：試驗地點：TO生產(chǎn)部；試驗時間：1小時物理特性實驗4.鍵合強(qiáng)度WireBondStrength試驗?zāi)康模簷z驗電子元器件鍵合處(如微電路封裝內(nèi)部的內(nèi)引線與芯片和內(nèi)引線與封裝體內(nèi)外引線端)的鍵合強(qiáng)度。

試驗方法：對電子元器件的鍵合處施加使兩部件分離的拉力，若此力達(dá)到某規(guī)定值，則合格。

試驗地點：TO生產(chǎn)部；試驗時間：0.5小時物理特性實驗5.ESD閾值——HBM（人體模型，HumanBodyModel）試驗?zāi)康模耗M人體放電，對半導(dǎo)體器件的影響。

試驗方法：通過HBM模式的靜電放電設(shè)備，對器件管腳或模塊金手指進(jìn)行放電。試驗地點：第三方實驗室（賽寶）；（可靠性與失效分析實驗室的設(shè)備目前在海關(guān)）試驗時間：2周左右。物理特性實驗6.靜電抗擾度試驗?zāi)康模耗M靜電場對模塊工作的影響。

試驗方法：通過滿足IEC-61000-4-2規(guī)定波形的靜電放電設(shè)備，對工作中的模塊進(jìn)行靜電放電（空氣放電±8KV和±15KV，接觸放電±6KV和±8KV

）試驗地點：可靠性與失效分析實驗室試驗時間：3~4小時左右。特殊實驗EMI（Electro-magneticInterference）試驗?zāi)康模?.檢驗?zāi)K對外界的電磁輻射；

2.檢驗?zāi)K在電磁場下工作的情況

試驗地點：第三方實驗室；試驗時間：2~3天（不包括預(yù)約實驗室的時間）特殊實驗MFG（MixedFlowingGas）試驗?zāi)康模簷z驗電連接器（如金手指）的耐酸、堿腐蝕性。

試驗地點：第三方實驗室；試驗時間：10天(issue3)/14天(issue1)（不包括樣品快遞時間）環(huán)境試驗1.溫度循環(huán)TemperatureCycling試驗?zāi)康模嚎己穗娮釉骷诙唐趦?nèi)反復(fù)承受溫度變化的能力及不同結(jié)構(gòu)材料之間的熱匹配性能。溫度循環(huán)試驗是模擬溫度交替變化環(huán)境對電子元器件的機(jī)械性能及電氣性能影響的試驗。試驗條件：溫度范圍-40℃~85℃，高、低溫各停駐15分鐘，溫變速率為10℃/min，500個循環(huán)試驗原理：使電子元器件反復(fù)承受熱脹冷縮變化，產(chǎn)生因為熱脹冷縮而引起的交變應(yīng)力，這個交變應(yīng)力會造成材料開裂、接觸不良、性能變化等有害影響。（蠕變）對于半導(dǎo)體器件，主要是檢驗不同結(jié)構(gòu)材料之間的熱匹配性能是否良好。它能有效地檢驗粘片、鍵合、內(nèi)涂料和封裝工藝等潛在的缺陷；它能加速硅片潛在裂紋的暴露。試驗地點：可靠性與失效分析實驗室；試驗時間：500小時（22天）環(huán)境試驗2.高溫存儲HighTemperatureStorage

試驗?zāi)康模嚎己烁邷貙﹄娮釉骷挠绊?，確定電子元器件在高溫條件下儲存的適應(yīng)性。試驗條件：

85℃，2000小時試驗原理：電子產(chǎn)品的退化率遵循阿倫尼烏斯公式，隨溫度成指數(shù)增加。高溫應(yīng)力的目的是為了縮短這種變化的時間。電子元器件在高溫環(huán)境中，其冷卻條件惡化，散熱因難，將使器件的電參數(shù)發(fā)生明顯變化或絕緣性能下降。如：在高溫條件下，存在于半導(dǎo)體器件芯片表面及管殼內(nèi)的雜質(zhì)加速反應(yīng)，促使沾污嚴(yán)重的產(chǎn)品加速退化。試驗地點：可靠性與失效分析實驗室；試驗時間：2000小時（84天）環(huán)境試驗3.低溫存儲LowTemperatureStorage

試驗?zāi)康模嚎己说蜏貙﹄娮釉骷挠绊?，確定電子元器件在低溫條件下儲存的適應(yīng)性。試驗條件：-40℃，72小時試驗原理：低溫下會使電子元器件的材料變脆，不同材料之間的收縮系數(shù)不同導(dǎo)致裂縫增大等。試驗地點：可靠性與失效分析實驗室；試驗時間：72小時（3天）環(huán)境試驗4.高溫高濕DampHeat

試驗?zāi)康模?）為了確定電子元器件在高溫、高濕度條件下工作或儲存的適應(yīng)能力；（2）對于半導(dǎo)體器件而