Ogólnie rzecz biorąc, testy przeprowadzane w celu oceny i analizy niezawodności produktów elektronicznych nazywane są testami niezawodności. Aby przewidzieć jakość produktu od chwili opuszczenia fabryki do końca jego okresu użytkowania, po wybraniu obciążenia środowiskowego bardzo zbliżonego do środowiska rynkowego, głównym celem ustalenia poziomu stresu środowiskowego i czasu stosowania jest poprawna ocena niezawodności produktu w możliwie najkrótszym czasie.
Test niezawodności ma na celu sprawdzenie, czy produkty, które przeszły badanie kwalifikacyjne niezawodności i są przekazywane do produkcji masowej, spełniają określone wymagania niezawodnościowe w określonych warunkach oraz sprawdzenie, czy niezawodność produktu zmienia się wraz z procesem, oprzyrządowaniem, przebiegiem pracy, i części podczas masowej produkcji. Zmniejszona ze względu na zmiany jakości i inne czynniki. Tylko w ten sposób można zaufać wydajności produktu i doskonałej jakości produktu.
Klasyfikacja testów niezawodności produktów elektronicznych
01. Test środowiskowy
W niektórych monografiach niezawodności próbki umieszczane są w naturalnych lub sztucznie symulowanych środowiskach przechowywania, transportu i pracy, zwanych łącznie testami środowiskowymi. Służą do oceny działania produktów w różnych środowiskach (wibracje, wstrząsy, wirowanie, temperatura, szok termiczny, uderzenia gorąca. Jednym z ważnych testów jest zdolność przystosowania się do warunków takich jak mgła solna, niskie ciśnienie powietrza itp. metody oceny niezawodności produktu. Generalnie wyróżnia się następujące typy:
(1) Pieczenie stabilności, czyli test przechowywania w wysokiej temperaturze
Cel testu: Ocena wpływu przechowywania w wysokiej temperaturze na produkty bez stosowania naprężeń elektrycznych. Produkty posiadające poważne wady znajdują się w stanie nierównowagi, czyli stanu niestabilnego. Proces przejścia ze stanu nierównowagi do stanu równowagi to nie tylko proces powodujący uszkodzenie wyrobów z poważnymi wadami, ale także proces przejścia, który promuje produkty ze stanu niestabilnego do stanu stabilnego. .
Przejście to jest na ogół zmianą fizyczną i chemiczną, a jego szybkość jest zgodna ze wzorem Arrheniusa i rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury. Celem naprężenia wysokotemperaturowego jest skrócenie czasu tej zmiany. Dlatego ten eksperyment można uznać za proces stabilizacji wydajności produktu.
Warunki badania: Generalnie wybiera się stałe obciążenie temperaturowe i czas przetrzymywania. Zakres naprężeń temperaturowych mikroukładu wynosi od 75 stopni do 400 stopni, a czas testu przekracza 24 godziny. Przed i po badaniu badaną próbkę należy umieścić na pewien czas w standardowym środowisku testowym, w temperaturze 25 ± 10 stopni i pod ciśnieniem powietrza 86 kPa ~ 100 kPa. W większości przypadków wymagane jest zakończenie testu punktu końcowego w określonym czasie po teście.
(2) Test cyklu temperaturowego
Cel testu: Ocena zdolności produktu do wytrzymywania określonej szybkości zmian temperatury oraz jego zdolności do wytrzymywania środowisk o ekstremalnie wysokich i ekstremalnie niskich temperaturach. Ustala się go w oparciu o właściwości termomechaniczne produktu. Gdy materiały tworzące komponenty produktu mają słabe dopasowanie termiczne lub naprężenia wewnętrzne komponentu są duże, test cyklu temperaturowego może spowodować awarię produktu spowodowaną pogorszeniem się mechanicznych wad konstrukcyjnych. Takie jak wyciek powietrza, wewnętrzne pęknięcie przewodu, pęknięcia wiórów itp.
Warunki badania: Przeprowadzono w środowisku gazowym. Kontroluje głównie temperaturę i czas, w którym produkt znajduje się w wysokich i niskich temperaturach, oraz szybkość konwersji stanu wysokiej i niskiej temperatury. Cyrkulacja gazu w komorze testowej, położenie czujnika temperatury i pojemność cieplna osprzętu są ważnymi czynnikami zapewniającymi warunki testowe.
Zasada kontroli polega na tym, że temperatura, czas i współczynnik konwersji wymagane w teście odnoszą się do testowanego produktu, a nie do lokalnego środowiska, w którym przeprowadzany jest test. Czas przełączania mikroukładu nie może przekraczać 1 minuty, a czas utrzymywania w wysokiej lub niskiej temperaturze nie jest krótszy niż 10 minut; niska temperatura wynosi -55 stopnia lub -65-10 stopnia, a wysoka temperatura waha się od 85+10 stopnia do 300+10 stopnia.
(3) Test szoku termicznego
Cel testu: Ocena zdolności produktu do wytrzymywania drastycznych zmian temperatury, to znaczy wytrzymywania dużych szybkości zmian temperatury. Test może spowodować awarię produktu spowodowaną mechanicznymi wadami konstrukcyjnymi i zniszczeniem. Cel testu szoku termicznego i testu cyklu temperaturowego jest w zasadzie taki sam, ale warunki testu szoku termicznego są znacznie surowsze niż testu cyklu temperaturowego.
(4) Próba niskociśnieniowa
Cel testu: Ocena możliwości dostosowania produktu do środowisk pracy o niskim ciśnieniu (takich jak środowiska pracy na dużych wysokościach). Kiedy ciśnienie powietrza spada, wytrzymałość izolacji powietrza lub materiałów izolacyjnych osłabnie; Łatwo wystąpią wyładowania koronowe, zwiększone straty dielektryczne i jonizacja; spadek ciśnienia powietrza pogorszy warunki odprowadzania ciepła i zwiększy temperaturę komponentów. Czynniki te spowodują, że próbka testowa utraci swoje określone funkcje w warunkach niskiego ciśnienia, a czasami spowodują trwałe uszkodzenie.
Warunki badania: Badaną próbkę umieszcza się w szczelnej komorze, przykłada określone napięcie i utrzymuje temperaturę próbki w zakresie {{0}},0 stopnia od 20 minut wcześniej ciśnienie w zamkniętej komorze zostaje obniżone do końca badania. W zamkniętej komorze ciśnienie jest redukowane od normalnego do określonego ciśnienia powietrza, a następnie przywracane do normalnego ciśnienia i podczas tego procesu monitoruje się, czy badana próbka może normalnie pracować. Częstotliwość napięcia przyłożonego do próbki testowej mikroukładu mieści się w zakresie od prądu stałego do 20 MHz. Wystąpienie wyładowania koronowego na zacisku napięciowym traktowane jest jako awaria. Wartość niskiego ciśnienia w teście odpowiada wysokości i jest podzielona na kilka poziomów. Na przykład wartość ciśnienia powietrza na poziomie A w teście niskiego ciśnienia mikroukładu wynosi 58 kPa, a odpowiednia wysokość wynosi 4572 m. Wartość ciśnienia powietrza na poziomie E wynosi 1,1 kPa, a odpowiadająca wysokość to 30480 m itd.
(5) Test odporności na wilgoć
Cel testu: Ocena odporności mikroukładów na rozkład w wilgotnych i gorących warunkach poprzez zastosowanie przyspieszonego naprężenia. Jest przeznaczony do typowych środowisk o klimacie tropikalnym. Głównymi mechanizmami rozpadu mikroukładów w wilgotnych i gorących warunkach jest korozja spowodowana procesami chemicznymi i procesami fizycznymi spowodowanymi zanurzeniem, kondensacją i zamarzaniem pary wodnej, które powodują rozwój mikropęknięć. W badaniu badana jest także możliwość wystąpienia lub nasilenia elektrolizy w materiałach tworzących mikroukład w warunkach wilgoci i gorąca. Elektroliza zmieni rezystancję materiału izolacyjnego i osłabi jego odporność na przebicie dielektryczne.
Warunki testowe: Istnieją dwa rodzaje testów uderzenia gorąca, mianowicie test zmiennego uderzenia gorąca i test ciągłego uderzenia gorąca. Test flashowania na gorąco wymaga, aby próbka była badana w zakresie wilgotności względnej od 90% do 100%. Podniesienie temperatury z 25 stopni do 65 stopni i utrzymanie jej przez ponad 3 godziny zajmuje pewien czas (zwykle 2,5 godziny); i następnie ponownie. W zakresie wilgotności względnej od 80% do 100% należy użyć pewnego okresu czasu (zwykle 2,5 godziny), aby obniżyć temperaturę z 6 stopni do 25 stopni. Po kolejnym takim cyklu obniżyć temperaturę przy dowolnej wilgotności. do -10 stopnia i utrzymywać go przez ponad 3 godziny przed powrotem do stanu, w którym temperatura wynosi 25 stopni, a wilgotność względna jest równa lub większa niż 80%. Na tym kończy się cykl przemian krwi w uderzenia gorąca, który trwa około 24 godzin.
Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku testu odporności na wilgoć, wspomniany powyżej duży cykl naprzemiennych uderzeń gorąca należy przeprowadzić 10 razy. Podczas badania do badanej próbki przykładane jest określone napięcie. Wymagana jest objętość wymiany powietrza na minutę w komorze badawczej większa niż 5-krotność objętości komory badawczej. Próbką do badania powinna być taka, która przeszła nieniszczące badanie szczelności ołowiu.
(6) Test mgły solnej
Cel testu: Zastosowanie przyspieszonej metody do oceny odporności na korozję odsłoniętych części komponentów w mgle solnej, wilgoci i wysokich temperaturach. Jest przeznaczony do środowisk o klimacie tropikalnym nadmorskim lub morskim. Komponenty o słabej strukturze powierzchni będą powodować korozję odsłoniętych części pod wpływem mgły solnej, wilgoci i gorąca.
Warunki badania: Badanie mgły solnej wymaga, aby odsłonięte części próbki badanej w różnych kierunkach znajdowały się w tych samych określonych warunkach pod względem temperatury, wilgotności i szybkości osadzania się soli. Wymaganie to spełnia minimalna odległość pomiędzy próbkami umieszczonymi w komorze badawczej oraz kąt pod jakim próbki są ustawione.
Temperatura testu: Ogólne wymaganie to (35+-3)'C, a szybkość osadzania soli w ciągu 24 godzin wynosi 2X104 mg/m2 ~ 5X104 mg/m2. Szybkość osadzania się soli i wilgotność zależą od temperatury i stężenia roztworu soli, który wytwarza mgłę solną, oraz przepływającego przez nią przepływu powietrza. Proporcja tlenu i azotu w strumieniu powietrza powinna być taka sama jak w powietrzu.
Czas testu: ogólnie podzielony na 24 godziny, 48 godzin, 96 godzin i 240 godzin.
(7) Test napromieniania
Cel testu: Ocena zdolności pracy mikroukładu w środowisku napromieniania cząsteczkami o wysokiej energii. Wejście cząstek o wysokiej energii do mikroukładów spowoduje zmiany w mikrostrukturze, powodując defekty lub wygenerowanie dodatkowych ładunków lub prądów. Powoduje to degradację parametrów mikroukładu, blokowanie, odwracanie obwodu lub prąd udarowy powodujący przepalenie i awarię. Napromieniowanie przekraczające pewien limit może spowodować trwałe uszkodzenie mikroukładów.
Warunki testowe: Testy napromieniowania mikroukładów obejmują głównie napromienianie neutronami i napromienianie promieniami gamma. Dzieli się go dalej na test napromieniowania dawką całkowitą i test napromieniowania mocą dawki. Dawka naświetlania testuje wszystkie napromieniowane mikroukłady testowe w postaci impulsów. W teście należy ściśle kontrolować zakres dawki i całkowitą dawkę napromieniania w oparciu o różne mikroukłady i różne cele testu. W przeciwnym razie próbka ulegnie uszkodzeniu w wyniku napromieniowania przekraczającego dopuszczalny limit lub nie zostanie osiągnięta żądana wartość progowa. Testy promieniowania muszą obejmować środki bezpieczeństwa, aby zapobiec obrażeniom ludzi.
02. Próba życia
Test żywotności jest jednym z najważniejszych i podstawowych elementów badania niezawodności. Poddaje produkt określonym warunkom testowym, aby zbadać zmiany jego uszkodzeń (uszkodzeń) w czasie. Dzięki testowi żywotności możemy poznać charakterystykę żywotności produktu, wzorce awarii, wskaźniki awaryjności, średnią długość życia i różne tryby awarii, które mogą wystąpić podczas testu żywotności. W połączeniu z analizą awarii można dokładniej wyjaśnić główne mechanizmy awarii prowadzące do awarii produktu, co może służyć jako podstawa do projektowania niezawodności, przewidywania niezawodności, poprawy jakości nowego produktu oraz określenia rozsądnej kontroli i rutynowych testów (gwarancyjnych partii). warunki.
Jeżeli w celu skrócenia czasu badania można przeprowadzić badanie poprzez zwiększenie naprężenia bez zmiany mechanizmu uszkodzenia, mamy do czynienia z przyspieszonym badaniem trwałości. Poziom niezawodności produktów można ocenić poprzez testy żywotności, a poziom niezawodności nowych produktów można poprawić poprzez informacje zwrotne dotyczące jakości.
Cel testu żywotności: Ocena jakości i niezawodności produktu w określonych warunkach i przez cały czas pracy. Aby wyniki badań były bardziej reprezentatywne, liczba badanych próbek musi być wystarczająca.
Warunki testowe: Test żywotności mikroukładu dzieli się na test trwałości w stanie ustalonym, test trwałości przerywanej i test symulowanej żywotności.
Test trwałości w stanie ustalonym jest testem, który należy przeprowadzić na mikroukładach. Podczas badania badana próbka musi być zasilana odpowiednią mocą, aby utrzymać ją w normalnym stanie pracy. Krajowa norma wojskowa, temperatura środowiska testowego w stanie ustalonym wynosi 125 ° C, a czas wynosi 1000 godzin. Przyspieszone testowanie może zwiększyć temperaturę i skrócić czas.
Temperatura obudowy mikroukładu mocy jest na ogół wyższa niż temperatura otoczenia. Podczas testu temperaturę otoczenia można utrzymać poniżej 125 stopni. Temperatura otoczenia lub temperatura obudowy podczas testu trwałości mikroukładu w stanie ustalonym powinna opierać się na temperaturze złącza mikroukładu równej temperaturze znamionowej złącza.
Okresowy test żywotności wymaga odcięcia testowanego mikroukładu przy określonej częstotliwości lub nagłego przyłożenia napięcia i sygnału polaryzacji. Pozostałe warunki badania są takie same, jak w przypadku badania trwałości w stanie ustalonym.
Symulowany test trwałości to test kombinowany, który symuluje środowisko aplikacji obwodu. Jego połączone naprężenia obejmują cztery testy wytrzymałościowe mechaniczne, wilgotnościowe i niskociśnieniowe: mechaniczne, temperaturowe, wilgotnościowe i elektryczne cztery testy obciążeniowe itp.
03.Badanie przesiewowe
Badania przesiewowe to badania nieniszczące, które w pełni sprawdzają produkt. Celem jest wyselekcjonowanie produktów o określonych cechach lub wczesne wyeliminowanie produktów, które ulegają awariom, aby poprawić niezawodność produktu. W procesie produkcyjnym produktów, na skutek wad materiałowych lub procesów wymykających się spod kontroli, w niektórych produktach powstają tzw. wczesne wady lub awarie. Jeśli te wady lub awarie zostaną usunięte wcześniej, można zagwarantować poziom niezawodności produktu w rzeczywistym użytkowaniu.
Charakterystyka testów przesiewowych niezawodności:
1. Ten rodzaj testu nie jest próbkowaniem, ale testem 100%;
2. Ten test może poprawić ogólny poziom niezawodności kwalifikowanych produktów, ale nie może poprawić wewnętrznej niezawodności produktu, to znaczy nie może wydłużyć żywotności każdego produktu;
3. Efektu przesiewania nie można ocenić po prostu na podstawie współczynnika eliminacji przesiewu. Wysoki stopień eliminacji może wynikać z poważnych wad w konstrukcji, komponentach, procesach itp. samego produktu, ale może również wynikać ze zbyt dużego natężenia naprężeń przesiewających.
Niski stopień eliminacji może wynikać z niewielkiej liczby wad produktu, ale może być również spowodowany intensywnością stresu przesiewowego i niewystarczającym czasem badania. Jakość metody przesiewowej ocenia się zwykle na podstawie współczynnika eliminacji przesiewowego Q i wartości efektu przesiewowego B: rozsądna metoda przesiewowa powinna mieć dużą wartość B i umiarkowaną wartość Q.
04 Test użytkowania w terenie
Powyższe różne testy przeprowadzono poprzez symulację warunków terenowych. Ze względu na ograniczenia warunków sprzętowych w testach symulacyjnych często można zastosować tylko jedno naprężenie produktu, a czasami można zastosować naprężenia podwójne. Różni się to bardzo od rzeczywistych warunków środowiskowych użytkowania i dlatego nie przedstawia w sposób zgodny z prawdą i kompleksowo jakości produktu. Testy w terenie różnią się tym, że są przeprowadzane w miejscu użycia, więc mogą najlepiej odzwierciedlać niezawodność produktu. Uzyskane dane mają dużą wartość dla przewidywania niezawodności produktu, projektowania i gwarancji. Testy terenowe odgrywają większą rolę w formułowaniu planów testów niezawodności, weryfikacji metod testowania niezawodności i ocenie dokładności testów.
05 Test identyfikacyjny
Testy kwalifikacyjne to testy przeprowadzane w celu oceny poziomu niezawodności produktu. Jest to plan pobierania próbek opracowany w oparciu o teorię pobierania próbek. Badania kwalifikacyjne przeprowadzane są w warunkach zapewniających, że producenci nie spowodują odrzucenia produktów spełniających standardy jakościowe.
Testy kwalifikacyjne niezawodności dzielą się na dwie kategorie: jedna to testy kwalifikacyjne niezawodności produktu, druga to testy kwalifikacyjne niezawodności procesowej (w tym materiałowej).
Testy kwalifikacyjne niezawodności produktu są zazwyczaj przeprowadzane po sfinalizowaniu projektu i produkcji nowego produktu. Celem jest ocena, czy wskaźniki produktu w pełni spełniają wymagania projektowe oraz ocena, czy produkt spełnia założone wymagania niezawodnościowe. Treść testu jest zasadniczo zgodna z kontrolą spójności jakości. Wykonywane są wszystkie cztery grupy testów A, B, C i D, a produkty posiadające wymagania dotyczące intensywności odporności na promieniowanie muszą również przejść badania grupy E. Testy kwalifikacyjne niezawodności są wymagane również w przypadku znaczących zmian w projekcie, konstrukcji, materiałach lub procesach produktu.
Badanie kwalifikacji niezawodności procesu (w tym materiałów) służy ocenie, czy linia produkcyjna doboru i kontroli materiałów i procesów może zapewnić jakość i niezawodność wytwarzanych wyrobów oraz czy może spełnić wymagania określonego poziomu zapewnienia jakości .
06.Inne
(1) Test stałego przyspieszenia
Celem tego testu jest ocena zdolności obwodu do wytrzymywania stałego przyspieszenia. Może ujawnić awarie spowodowane niską wytrzymałością strukturalną mikroukładu i defektami mechanicznymi. Takie jak odpadanie wiórów, przerwa w obwodzie wewnętrznym przewodu, odkształcenie płaszcza rury, wyciek powietrza itp.
Warunki badania: Przyłożone jest stałe przyspieszenie większe niż 1mm w kierunku usuwania chipa z mikroukładu, w kierunku ściskania oraz w kierunku prostopadłym do tego kierunku. Zakres wartości przyspieszenia wynosi zazwyczaj 49000 m/s:-1225000m/sV5 000~125000z). Podczas testu obudowa mikroukładu powinna być sztywno zamocowana na stałym akceleratorze.
(2) Próba udarności mechanicznej
Celem tego testu jest ocena odporności mikroukładu na wstrząsy mechaniczne. Oznacza to, że oceniana jest zdolność mikroukładu do wytrzymania nagłej siły. Mikroukłady mogą zostać nagle obciążone podczas załadunku, rozładunku, transportu i prac na miejscu. Na przykład mikroukłady zostaną poddane nagłym naprężeniom mechanicznym w przypadku upuszczenia lub zderzenia. Naprężenia te mogą powodować odpadanie chipów mikroukładów, otwieranie wewnętrznych przewodów, deformację osłon rurek, wycieki powietrza i inne awarie.
Warunki testu: Podczas testu obudowa mikroukładu powinna być stabilnie przymocowana do podstawy stanowiska badawczego, a przewody zewnętrzne powinny być zabezpieczone. Pięć mechanicznych impulsów uderzeniowych o półsinusoidzie jest przykładanych do każdego kierunku wyrzucania chipów z mikroukładu, kierunku dociskania i kierunku prostopadłego do tego kierunku. Zakres wartości szczytowego przyspieszenia impulsu uderzeniowego wynosi zazwyczaj 4900m/s2~294 000m/s2 (500g~30000g). Czas trwania impulsu wynosi 0,1 ms-1,0 ms, a dopuszczalne zniekształcenie nie jest większe niż 20% szczytowego przyspieszenia.
(3) Próba wibracji mechanicznych
Istnieją cztery główne typy testów wibracyjnych, a mianowicie test wibracji o częstotliwości przemiatania, test zmęczenia wibracją, test hałasu wibracyjnego i test wibracji losowych. Celem jest ocena solidności strukturalnej i stabilności właściwości elektrycznych mikroukładów w różnych warunkach drgań.
Test wibracji z przemiataniem częstotliwości powoduje, że mikroukład wibruje ze stałą amplitudą, a jego szczytową wartość przyspieszenia dzieli się ogólnie na trzy poziomy: 196 m/s: (20e), 490 m/s2 (50 g) i 686 m/s2 (70 g). Częstotliwość drgań zmienia się w czasie w zakresie od 20 Hz do 2000 Hz. Czas potrzebny na przejście częstotliwości wibracji z 20 Hz do 2 000 HZ i z powrotem do 20 Hz wynosi nie mniej niż 4 mm i należy to zrobić pięć razy w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach (z których jeden jest prostopadły do chipa) .
Test zmęczenia wibracjami wymaga również, aby mikroukład wibrował ze stałą amplitudą, ale jego częstotliwość wibracji jest stała, zwykle od kilkudziesięciu do setek Hz, a wartości szczytowe przyspieszenia są ogólnie podzielone na 196 ms2 (20 g), 490 m/s2 (50 g) i 686 ms2 ( 70g) Trzeci bieg. Wykonaj tę czynność raz w każdym z trzech kierunków, które są do siebie prostopadłe (jeden kierunek jest prostopadły do chipa), a czas każdorazowego wynosi około 32 godzin.
Warunki badania losowych drgań mają na celu symulowanie drgań, które mogą wystąpić w różnych nowoczesnych środowiskach terenowych. Amplituda drgań losowych ma rozkład Gaussa. Zależność pomiędzy gęstością widmową przyspieszenia a częstotliwością jest specyficzna. Zakres częstotliwości wynosi od dziesiątek do 2000 Hz.
Warunki badania wibracji i hałasu są w zasadzie takie same, jak w przypadku badania wibracji omiatających. Gdy mikroukład wibruje ze stałą amplitudą, jego szczytowa wartość przyspieszenia jest na ogół nie mniejsza niż 196 m/s2 (20 g). Częstotliwość drgań zmienia się logarytmicznie w czasie w zakresie od 20 Hz do 2000 Hz. Czas potrzebny na przejście częstotliwości wibracji z 20 Hz do 2000 Hz i z powrotem do 20 Hz wynosi nie mniej niż 4 minuty i należy to zrobić jednorazowo w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach (z których jeden jest prostopadły do chipa).
Ale mikroukład musi przykładać określone napięcie i prąd. Zmierz, czy maksymalne napięcie wyjściowe szumu przy określonej rezystancji obciążenia przekracza określoną wartość podczas testu.