Загалом тести, які проводяться для оцінки та аналізу надійності електронних виробів, називаються тестами надійності. Щоб передбачити якість продукту з моменту його виходу з заводу до кінця терміну служби, після вибору навантаження на навколишнє середовище, яке дуже схоже на ринкове середовище, основна мета встановлення рівня навантаження на навколишнє середовище та часу застосування полягає в тому, щоб правильно оцінити надійність продукції в найкоротші терміни.
Перевірка на надійність полягає в тому, щоб визначити, чи відповідають продукти, які пройшли кваліфікаційне випробування на надійність і передані в масове виробництво, встановленим вимогам надійності за певних умов, а також перевірити, чи змінюється надійність продукту в залежності від процесу, інструментів, робочого процесу, і деталей під час масового виробництва. Зменшення внаслідок зміни якості та інших факторів. Тільки завдяки цьому можна довіряти продуктивності продукту та бути відмінною якістю.
Класифікація тестів на надійність електронних виробів
01. Екологічний тест
Деякі монографії про надійність поміщають зразки в природні або штучно змодельовані умови зберігання, транспортування та роботи, що разом називають екологічними випробуваннями. Вони використовуються для оцінки продуктивності продуктів у різних середовищах (вібрація, удари, центрифугування, температура, термічний удар, припливи. Здатність адаптуватися до таких умов, як сольові бризки, низький тиск повітря тощо, є одним із важливих тестів). Методи оцінки надійності продукту.Загалом існують такі типи:
(1) Випічка на стабільність, тобто тест на зберігання при високій температурі
Мета тесту: оцінити вплив високотемпературного зберігання на продукти без застосування електричного навантаження. Вироби з серйозними дефектами знаходяться в нерівноважному стані, який є нестійким станом. Процес переходу від нерівноважного стану до рівноважного - це не тільки процес, який викликає поломку виробів із серйозними дефектами, але й процес переходу, який сприяє переходу продуктів із нестабільного стану в стабільний стан. .
Цей перехід зазвичай є фізичною та хімічною зміною, і його швидкість відповідає формулі Арреніуса та експоненціально зростає з температурою. Метою високотемпературного стресу є скорочення часу цієї зміни. Тому цей експеримент можна розглядати як процес стабілізації продуктивності продукту.
Умови випробування: як правило, вибирається постійна температура і час витримки. Діапазон температурних навантажень мікросхеми становить від 75 градусів до 400 градусів, а час випробування більше 24 годин. До і після випробування зразок для випробування необхідно помістити на певний період часу в стандартне випробувальне середовище з температурою 25 ± 10 градусів і тиском повітря 86 кПа ~ 100 кПа. У більшості випадків тест кінцевої точки має бути завершений протягом визначеного часу після тесту.
(2) Випробування температурного циклу
Мета випробування: оцінити здатність продукту витримувати певну швидкість зміни температури та його здатність витримувати екстремально високу та екстремально низьку температуру середовища. Встановлюється виходячи з термомеханічних властивостей продукту. Якщо матеріали, з яких складаються компоненти виробу, мають погану температурну відповідність або внутрішня напруга компонента є великою, випробування температурним циклом може спричинити поломку виробу, спричинену погіршенням механічних структурних дефектів. Наприклад, витік повітря, поломка внутрішнього проводу, тріщини від сколів тощо.
Умови випробування: Проводиться в газовому середовищі. Він в основному контролює температуру та час, коли продукт знаходиться при високих і низьких температурах, а також швидкість перетворення високотемпературного стану в низькотемпературний стан. Циркуляція газу в випробувальній камері, положення датчика температури та теплоємність приладу є важливими факторами для забезпечення умов випробування.
Принцип контролю полягає в тому, що температура, час і швидкість перетворення, необхідні для тесту, стосуються продукту, який тестується, а не місцевого середовища тестування. Час перемикання мікросхеми повинен бути не більше 1 хвилини, а час витримки при високій або низькій температурі - не менше 10 хвилин; низька температура становить -55 градусів або -65-10 градусів, а висока температура коливається від 85+10 градусів до 300+10 градусів.
(3) Тест на термічний удар
Мета тесту: оцінити здатність виробу витримувати різкі зміни температури, тобто витримувати великі зміни температури. Випробування може призвести до поломки продукту через механічні структурні дефекти та погіршення. Мета випробування на термічний удар і випробування на температурний цикл в основному однакові, але умови випробування на термічний удар набагато суворіші, ніж випробування на температурний цикл.
(4) Випробування низьким тиском
Мета тесту: оцінити адаптивність продукту до робочого середовища з низьким тиском (наприклад, робоче середовище на великій висоті). Коли тиск повітря знижується, ізоляційна міцність повітря або ізоляційних матеріалів слабшає; легко виникне коронний розряд, збільшення діелектричних втрат та іонізація; зниження тиску повітря погіршить умови тепловіддачі та підвищить температуру компонентів. Ці фактори призведуть до того, що тестовий зразок втратить свої визначені функції в умовах низького тиску, а іноді призведе до незворотного пошкодження.
Умови випробування: зразок для випробування поміщають у герметичну камеру, подають зазначену напругу, а температуру зразка потрібно підтримувати в діапазоні {{0}}.0 градусів за 20 хвилин до тиск знижується в герметичній камері до кінця випробування. Тиск у герметичній камері знижується від нормального до заданого тиску повітря, а потім повертається до нормального тиску, і під час цього процесу контролюється, чи може тестовий зразок нормально працювати. Частота напруги, що подається на досліджуваний зразок мікросхеми, знаходиться в діапазоні від постійного струму до 20 МГц. Виникнення коронного розряду на клемі напруги вважається несправністю. Значення низького тиску тесту відповідає висоті і ділиться на кілька рівнів. Наприклад, значення тиску повітря рівня А при випробуванні низького тиску мікросхеми становить 58 кПа, а відповідна висота - 4572 м. Значення тиску повітря на рівні E становить 1,1 кПа, а відповідна висота становить 30480 м тощо.
(5) Тест на стійкість до вологи
Мета тесту: оцінити здатність мікросхем протистояти розкладанню у вологих і жарких умовах шляхом застосування прискорених навантажень. Він розроблений для умов типового тропічного клімату. Основними механізмами руйнування мікросхем у вологих і жарких умовах є корозія, викликана хімічними процесами, і фізичні процеси, викликані зануренням, конденсацією і замерзанням водяної пари, що викликають зростання мікротріщин. Випробування також перевіряє можливість виникнення або посилення електролізу в матеріалах, з яких складається мікросхема, у вологих і гарячих умовах. Електроліз змінить опір ізоляційного матеріалу та послабить його здатність протистояти пробої діелектрика.
Умови випробування. Існує два типи випробувань гарячого спалаху, а саме тест зі змінним гарячим спалахом і тест постійного гарячого спалаху. Тест гарячого спалаху вимагає, щоб зразок був у діапазоні відносної вологості від 90% до 100%. Потрібен певний період часу (зазвичай 2,5 години), щоб підняти температуру з 25 градусів до 65 градусів і підтримувати її більше 3 годин; а потім знову. У діапазоні відносної вологості від 80% до 100% використовуйте певний період часу (зазвичай 2,5 години), щоб знизити температуру з 6 градусів до 25 градусів. Після ще одного такого циклу знизити температуру при будь-якій вологості. до -10 градусів і витримайте більше 3 годин, перш ніж повернутися до стану, де температура становить 25 градусів, а відносна вологість дорівнює або перевищує 80%. Це завершує цикл змін крові до припливів, який триває приблизно 24 години.
Як правило, для випробування на вологостійкість згаданий вище великий цикл чергування гарячих спалахів потрібно виконати 10 разів. Під час випробування на досліджуваний зразок подається певна напруга. Об’єм повітрообміну за хвилину в випробувальній камері повинен перевищувати в 5 разів об’єм випробувальної камери. Випробовуваний зразок має бути таким, що пройшов неруйнівний контроль на герметичність.
(6) Випробування сольовим туманом
Мета випробування: Використовуйте прискорений метод для оцінки корозійної стійкості відкритих частин компонентів у сольових туманах, вологості та спекотних умовах. Він розроблений для тропічного узбережжя або морського клімату. Компоненти з поганою поверхневою структурою роз'їдають відкриті частини під впливом соляних бризок, вологих і гарячих умов.
Умови випробувань: випробування сольовим туманом вимагає, щоб відкриті частини випробувального зразка в різних напрямках перебували в однакових заданих умовах щодо температури, вологості та швидкості осадження солі. Цій вимозі відповідає мінімальна відстань між зразками, розміщеними у випробувальній камері, і кут, під яким зразки розміщені.
Температура випробування: загальна вимога становить (35+-3)'C, а швидкість відкладення солі протягом 24 годин становить 2X104 мг/м2 ~ 5X104 мг/м2. Швидкість відкладення солі та вологість визначаються температурою та концентрацією сольового розчину, який створює сольовий бризок, і потоком повітря, що проходить через нього. Співвідношення кисню та азоту в потоці повітря має бути таким же, як і повітря.
Час тестування: зазвичай ділиться на 24 години, 48 годин, 96 годин і 240 годин.
(7) Тест на опромінення
Мета тесту: Оцінити працездатність мікросхеми в середовищі опромінення частинками високої енергії. Входження частинок високої енергії в мікросхеми спричинить зміни в мікроструктурі з виробленням дефектів або створення додаткових зарядів або струмів. Це призводить до погіршення параметрів мікросхеми, блокування, перевороту схеми або стрибків струму, що викликає перегорання та вихід з ладу. Випромінювання понад певної межі може призвести до незворотного пошкодження мікросхем.
Умови випробування: Випробування мікросхем на опромінення в основному включають опромінення нейтронами та гамма-випромінюванням. Він далі поділяється на випробування загальної дози опромінення та випробування потужності дози опромінення. Тести потужності дози опромінення перевіряють всі тестові мікросхеми опромінюють у вигляді імпульсів. У випробуванні серія доз і загальна доза опромінення повинні суворо контролюватися на основі різних мікросхем і різних цілей випробувань. В іншому випадку зразок буде пошкоджений через опромінення, що перевищує межу, або шукане порогове значення не буде отримано. Радіаційні випробування повинні мати заходи безпеки, щоб запобігти травмуванню людей.
02.Життєве випробування
Тест на довговічність є одним із найважливіших і основних пунктів тестування надійності. Виріб піддається особливим умовам випробування, щоб перевірити, як його несправність (пошкодження) змінюється з часом. Завдяки випробуванню на термін служби ми можемо зрозуміти характеристики терміну служби продукту, моделі відмов, частоту відмов, середню тривалість служби та різні типи відмов, які можуть виникнути під час випробування на ресурс. У поєднанні з аналізом несправностей основні механізми відмови, що призводять до відмови продукту, можуть бути додатково з’ясовані, що може служити основою для розробки надійності, прогнозування надійності, покращення якості нового продукту та визначення обґрунтованого відбору та рутинного (гарантійного) випробування. умови.
Якщо для скорочення часу випробування випробування можна провести шляхом збільшення напруги без зміни механізму відмови, це прискорене випробування на ресурс. Рівень надійності продуктів можна оцінити за допомогою життєвих випробувань, а рівень надійності нових продуктів можна покращити за допомогою зворотного зв’язку щодо якості.
Мета випробування на термін служби: Оцінити якість і надійність продукту в заданих умовах і протягом усього робочого часу. Для кращої репрезентативності результатів випробувань кількість досліджуваних зразків має бути достатньою.
Умови випробувань: випробування мікросхеми на довговічність поділяються на випробування в стаціонарному стані, випробування з переривчастим терміном служби та випробування з імітацією ресурсу.
Тест на стійкий термін служби - це тест, який необхідно провести на мікросхемах. Під час випробування зразок, що перевіряється, повинен отримувати відповідну потужність, щоб підтримувати його в нормальному робочому стані. Національний військовий стандарт у стабільному стані при випробуванні температури навколишнього середовища становить 125C, а час – 1000 годин. Прискорене тестування може збільшити температуру та скоротити час.
Температура корпусу мікросхеми живлення зазвичай вище температури навколишнього середовища. Під час випробування температура навколишнього середовища може підтримуватися нижче 125 градусів. Температура навколишнього середовища або температура корпусу мікросхеми під час випробування на стійкий термін служби повинна базуватися на температурі з’єднання мікросхеми, що дорівнює номінальній температурі з’єднання.
Перевірка терміну служби вимагає відключення тестованої мікросхеми на певній частоті або раптової подачі напруги зміщення та сигналу. Інші умови випробування такі ж, як і випробування в стаціонарному стані.
Імітований тест на довговічність – це комбінований тест, який імітує прикладне середовище схеми. Його комбіновані навантаження включають чотири навантажувальні випробування на механічні властивості, вологість і низький тиск: механічні, чотири стрес-тести на температуру, вологість і електричні навантаження тощо.
03.Скринінговий тест
Скринінговий контроль — це неруйнівний тест, який повністю перевіряє продукт. Мета полягає в тому, щоб вибрати продукти з певними характеристиками або виключити продукти, які рано виходять з ладу, щоб підвищити надійність продукту. Під час виробничого процесу продукції через дефекти матеріалів або процеси, що вийшли з-під контролю, у деяких продуктах виникають так звані ранні дефекти або відмови. Якщо ці дефекти або несправності можна усунути на ранній стадії, можна гарантувати рівень надійності продукту під час фактичного використання.
Характеристики скринінгових тестів на надійність:
1. Цей вид тесту є не вибірковим, а 100% тестом;
2. Цей тест може підвищити загальний рівень надійності кваліфікованих продуктів, але він не може підвищити внутрішню надійність продукту, тобто не може збільшити термін служби кожного продукту;
3. Ефект скринінгу не можна оцінити просто за швидкістю елімінації скринінгу. Високий рівень елімінації може бути наслідком серйозних дефектів у конструкції, компонентах, процесах тощо самого продукту, але це також може бути наслідком занадто високої інтенсивності скринінгового стресу.
Низька швидкість елімінації може бути спричинена невеликою кількістю дефектів продукту, але також може бути спричинена інтенсивністю скринінгового стресу та недостатнім часом тестування. Якість методу скринінгу зазвичай оцінюється за швидкістю елімінації скринінгу Q та значенням B ефекту скринінгу: розумний метод скринінгу повинен мати велике значення B і помірне значення Q.
04 Тест польового використання
Вищевказані різноманітні випробування були проведені шляхом імітації польових умов. Через обмеження умов обладнання випробування моделювання часто можуть застосовувати лише одну напругу до виробу, а іноді можна застосовувати подвійну напругу. Це дуже відрізняється від умов навколишнього середовища фактичного використання, і тому не вдається правдиво та всебічно показати якість продукту. Тестування в польових умовах відрізняється тим, що воно проводиться на місці використання, тож воно може найбільш правдиво відображати надійність продукту. Отримані дані мають високу цінність для прогнозування надійності продукту, проектування та гарантії. Польові випробування відіграють більшу роль у формуванні планів випробувань на надійність, перевірці методів випробувань на надійність і оцінці точності випробувань.
05 Тест на ідентифікацію
Кваліфікаційне випробування – це випробування, яке проводиться для оцінки рівня надійності продукту. Це план вибірки, розроблений на основі теорії вибірки. Кваліфікаційні випробування проводяться в умовах, які гарантують, що виробники не спричиняють бракування продукції, яка відповідає стандартам якості.
Кваліфікаційні випробування надійності поділяються на дві категорії: одна - це кваліфікаційні випробування надійності продукції, а інша - це кваліфікаційні випробування процесу (включаючи матеріали).
Кваліфікаційні випробування на надійність продукції зазвичай проводяться після завершення проектування та виробництва нового продукту. Мета полягає в тому, щоб оцінити, чи повністю відповідають показники виробу вимогам до конструкції та чи відповідає виріб попередньо визначеним вимогам щодо надійності. Зміст тесту загалом відповідає перевірці відповідності якості. Виконуються всі чотири групи випробувань A, B, C і D, і вироби з вимогами до інтенсивності радіаційної стійкості також повинні пройти випробування групи E. Кваліфікаційні випробування на надійність також потрібні, коли є значні зміни в конструкції, структурі, матеріалах або процесах продукту.
Кваліфікаційний тест на надійність процесу (включаючи матеріали) використовується для оцінки того, чи можуть можливості виробничої лінії відбору та контролю матеріалів і процесів забезпечити якість і надійність виробленої продукції, і чи може вона відповідати вимогам певного рівня гарантії якості. .
06.Інші
(1) Тест на постійне прискорення
Метою цього тесту є оцінка здатності схеми витримувати постійне прискорення. Він може виявити поломки, викликані низькою структурною міцністю мікросхеми та механічними дефектами. Наприклад, падіння мікросхеми, розрив внутрішнього дроту, деформація оболонки трубки, витік повітря тощо.
Умови випробувань: Додається постійне прискорення більше 1 мм у напрямку видалення чіпа мікросхеми, напрямку стиснення та напрямку, перпендикулярному цьому напрямку. Діапазон значень прискорення зазвичай становить 49000 м/с:-1225000м/сВ5 000~125000z). Під час перевірки корпус мікросхеми повинен бути жорстко закріплений на постійному прискорювачі.
(2) Випробування на механічний удар
Мета цього тесту - оцінити здатність мікросхеми витримувати механічні удари. Тобто оцінюється здатність мікросхеми витримувати раптове навантаження. Мікросхеми можуть бути раптово навантажені під час навантаження, розвантаження, транспортування та робіт на місці. Наприклад, мікросхеми піддаються раптовому механічному впливу при падінні або зіткненні. Ці напруги можуть призвести до відпадання мікросхем мікросхем, розриву внутрішніх проводів, деформації оболонок трубок, витоку повітря та інших поломок.
Умови випробування: Під час випробування корпус мікросхеми повинен бути жорстко закріплений на основі випробувального стенду, а зовнішні висновки повинні бути захищені. П'ять механічних ударних імпульсів напівсинусоїдальної хвилі прикладаються до кожного з напрямків викиду мікросхеми мікросхеми, напрямку пресування та напрямку, перпендикулярного цьому напрямку. Діапазон пікового значення прискорення ударного імпульсу зазвичай становить 4900м/с2~294 000м/с2 (500g~30000g). Тривалість імпульсу становить 0,1 мс-1.0 мс, а допустиме спотворення не перевищує 20% від пікового прискорення.
(3) Випробування на механічну вібрацію
Існує чотири основні типи випробувань на вібрацію, а саме: випробування на вібрацію на частоті розгортки, випробування на втому від вібрації, випробування на шум вібрації та випробування на випадкову вібрацію. Мета – оцінка структурної міцності та стабільності електричних характеристик мікросхем за різних умов вібрації.
Тест на вібрацію з розгорткою частоти змушує мікросхему вібрувати з постійною амплітудою, а її пікове значення прискорення зазвичай ділиться на три рівні: 196 м/с: (20e), 490 м/с2 (50g) і 686м/с2 (70g). Частота вібрації змінюється з часом у діапазоні від 20 Гц до 2000 Гц. Час, необхідний для переходу частоти вібрації від 20 Гц до 2 000Гц і назад до 20 Гц, становить не менше 4 мм, і це потрібно зробити п’ять разів у трьох взаємно перпендикулярних напрямках (один з яких перпендикулярний чіпу) .
Випробування на втомлюваність від вібрації також вимагає, щоб мікросхема вібрувала з постійною амплітудою, але її частота вібрації є фіксованою, як правило, від десятків до сотень Гц, а її піки прискорення зазвичай поділяються на 196 мс2 (20g), 490 м/с2 (50g) і 686 мс2 ( 70g) Третя передача. Виконайте це один раз у кожному з трьох напрямків, які перпендикулярні один одному (один напрямок перпендикулярний чіпу), і час кожного разу становить приблизно 32 години.
Умови випробувань випадкової вібрації полягають у моделюванні вібрацій, які можуть виникати в різних сучасних польових середовищах. Амплітуда випадкових коливань має розподіл Гауса. Зв'язок між спектральною щільністю прискорення і частотою є специфічним. Діапазон частот від десятків до 2000 Гц.
Умови випробування на вібрацію та шум в основному такі ж, як і на випробування на вібрацію. Коли мікросхема змушена вібрувати з постійною амплітудою, її пікове значення прискорення зазвичай становить не менше 196 м/с2 (20g). Частота вібрації змінюється логарифмічно з часом у діапазоні від 20 Гц до 2000 Гц. Час, необхідний для переходу частоти вібрації від 20 Гц до 2000 Гц і назад до 20 Гц, становить не менше 4 хвилин, і це потрібно зробити один раз у трьох взаємно перпендикулярних напрямках (один з яких перпендикулярний чіпу).
Але мікросхема повинна подавати задані напруга і струм. Виміряйте, чи максимальна вихідна напруга шуму при заданому опорі навантаження перевищує вказане значення під час випробування.