CN101900788B - 一种检测产品可靠性的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测电子产品可靠性的试验方法，所述方法包括以下步骤：对待检测产品依次进行温度步进应力试验、快速温变应力试验、振动步进应力试验、温度和振动综合试验，并在上述各试验过程中以及各试验结束后，对待测产品进行功能检测。本发明可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期，同时还可建立设计能力、产品可靠性的基础数据，作为日后研发的重要依据。

Description

一种检测产品可靠性的试验方法

技术领域

本发明涉及可靠性领域，特别是涉及一种检测产品可靠性的试验方法。

背景技术

当今，许多产品都需要在极端严酷的环境应力下无故障地运转上千小时，因此，需要通过试验来确认设计缺陷或者验证预计寿命。

极限应力试验是高加速应力试验（HAST，highly accelerated stresstest）的一种，它规定了确定或评价微电子器件最大能力的方法，这些能力包括绝对最大额定值（从中可推出安全设计极限值）、在不引起退化的前提下筛选或试验时可以施加的最大应力、对不引起退化的特殊筛选或试验的敏感性，以及与之有关的失效模式和机理。

随着电子技术的高速发展，几年前刚刚出现的的试验方法已不再适应当今的技术了，尤其是那些专门针对微电子产品的加速试验。例如，由于塑料集成电路包装的发展，现在用传统的、普遍被接受的85℃/85%RH的温度/湿度试验需要花上千小时才能检测出新式集成电路的失效。在大多数情况下，试验样本在整个试验中不发生任何失效。但不发生失效的试验是说明不了什么问题的，而产品在使用中可能会偶尔失效。因此，需要进一步改进试验方法。极限应力试验就是为代替老的温度/湿度试验而开发的方法。电子产品通用的可靠性测试手段，一般是在研发时采用传统的性能各异的温湿度箱来验证提高产品的可靠性性能，如“模块级电子产品可靠性强化试验方法研究”，褚卫华，《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）信息科技辑》，2005年第2期，2005年6月15日；在线生产采用的是老化寿命（即高温等）的传统测试方法，通常需要花费较长的试验周期，仅依靠以上这些传统的测试手段，要达到电子产品高质量的技术指标，尚存在着一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种可迅速找出产品设计及制造的缺陷的试验方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种检测电子产品可靠性的试验方法，所述方法包括以下步骤：对待检测产品依次进行温度步进应力试验、快速温变应力试验、振动步进应力试验、温度和振动综合试验，并在上述各试验过程中以及各试验结束后，对待测产品进行功能检测；

其中，所述温度步进应力试验包括低温步进应力试验和高温步进应力试验，其中，低温步进应力试验包括以下步骤：

应力开始于起始温度，然后以步进温度为变量，逐步下降；

在每个阶段温度稳定后，维持10分钟，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试，如一切正常则将温度再逐步下降，并待温度稳定后维持10分钟再执行功能测试，依此类推直至发生功能故障时，则将温度恢复至常温并稳定后，再执行功能测试，观察其功能是否恢复，如功能正常恢复，则将故障前的低温值记录为低温操作极限，同时再将温度逐段下降直至发现当恢复常温仍然无法使功能自动恢复的低温，则此低温即为低温破坏极限；

高温步进应力实验包括以下步骤：

应力开始于起始温度，然后以步进温度为变量，逐步上升；

然后进行与上述低温步进应力试验相同的步骤，确定高温操作极限和破坏极限。

其中，在上述低温步进应力实验和高温步进应力实验中，在每个阶段温度的温度点驻留时间至少10分钟，或驻留时间要足够长直至待检测产品上的温度监测热电偶达到稳定，待检测产品的功能测试在样品温度达到稳定后进行，或者在整个试验过程中一直进行。

其中，所述步进温度为10℃。

其中，所述快速温变应力试验包括以下步骤：

以上述温度步进应力试验中所得到的低温及高温操作极限作为快速温变应力试验的高、低温度极限，或选择比上述低温操作极限高10℃和比高温操作极限低10℃作为快速温变应力试验的高、低温度极限，并以设备的最大温变速率作为快速温度变化率，在高、低温度极限区间内进行至少5个循环的高低温度变化，在每个循环的最高温度及最低温度的驻留时间内，在温度稳定后进行功能测试，检查待测物是否发生可恢复性故障，获得待检测产品的快速温变应力试验的操作极限。

其中，所述振动步进应力试验具体包括：

试验开始的振动量级为2～5Grms，频率在2Hz～2000Hz之间，以2～5Grms的振动量级递增进行试验；在每个振动量级的驻留时间不小于10分钟，且在整个试验过程中，以及在每个振动量级至少驻留10分钟后，都对所述待测产品进行功能检测，直至确定所述待测产品的操作极限或者试验应力等级达到试验箱的能力极限，停止试验。

其中，在确定所述待测产品的操作极限后，还包括：

在所述待测产品的操作极限和破坏极限，或试验箱的能力极限之间，继续以2～5Grms的振动量级递增进行试验。

其中，所述温度和振动综合试验至少执行5个循环；

试验中温度循环曲线设置的温度极值为样品操作极限温度的上下值之内，试验在每个温度极值点至少驻留10分钟；

试验中的初始振动量级是振动步进应力试验中的最大振动量级的1/5，以后每个循环中振动量级递增，递增量级为初始振动量级，如果在振动步进应力试验中没有找到最大振动量级，那么试验就以试验设备的最大振动量级的1/5开始和递增；

在整个试验过程中，以及在每个振动量级至少驻留10分钟后，都对待测产品进行功能检测。

上述技术方案具有如下优点：本发明通过让被测物承受不同的应力，进而发现其设计上的缺限以及潜在弱点，通过增加被测物的极限值，进而增加其坚固性及可靠性。利用阶梯应力的方式加诸于产品，能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限，其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该方法可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期，同时还可建立设计能力、产品可靠性的基础数据，作为日后研发的重要依据。

附图说明

图1是本发明实施例的一种检测电子产品可靠性的试验方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1，本实施例的检测电子产品可靠性的试验方法包括对待检测产品依次进行温度步进应力试验、快速温变应力试验、振动步进应力试验、温度和振动综合试验，并在上述各试验过程中以及各试验结束后，对待测产品进行功能检测。

其中，温度步进应力试验具体步骤如下：

温度步进应力包括低温步进应力试验和高温步进应力试验：

（1）低温步进应力试验：应力开始于20℃，然后温度以每步10℃往下降。

（2）阶段温度稳定后维持10分钟，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试，如一切正常则将温度再降10℃，并待温度稳定后维持10分钟再执行功能测试，依此类推直至发生功能故障时，则将温度恢复至常温并稳定后，再执行功能测试，观察其功能是否恢复，以判断是否达到操作极限或破坏极限，如功能正常恢复，则将故障前的低温值记录为可操作极限，同时再将温度逐段下降直至发现当恢复常温仍然无法使功能自动恢复的低温，则此低温即为低温破坏极限。

（3）高温步进应力试验：应力开始于20℃，然后温度以每步10℃往上升。然后进行与低温步进应力试验相同的程序，确定高温操作极限和破坏极限。

（4）温度点驻留时间至少10分钟，驻留时间要足够长直至样品上的温度监测热电偶达到稳定，样品的功能测试可以在样品温度达到稳定后进行，也可以在整个试验过程中一直进行。

快速温变应力试验具体步骤如下：

此项试验将先前在温度阶段应力试验中所得到的低温及高温操作极限作为此处的高低温度极限，或选择比最低温度操作极限高10℃和比最高温度操作极限低10℃，并以设备的最大温变速率作为快速温度变化率，在此区间内进行至少5个循环的高低温度变化。在每个循环的最高温度及最低温度都要停留至少5分钟，并使温度稳定后再执行功能测试。检查待测物是否发生可恢复性故障，寻找其可操作极限。在此试验中不需寻找破坏极限。

温度极值驻留时间根据以下三个条件确认：1、至少驻留5分钟；2、驻留时间要足够长直至样品上的温度监测电偶达到稳定；3、驻留时间还要适当的延长，直至样品上热容量最大的部件的温度应力不小于试验应力的80％。

驻留时间的确认：条件2和3是必须满足的条件，即：驻留时间既要满足样品上的温度监测电偶达到稳定，又要让热容量最大部件的温度应力不小于试验应力的80%。若在5分钟内满足了上述两个条件，就可只驻留5分钟。若不能在5分钟内满足，就要等到条件2和3都满足了才能停止驻留时间。

在快速温变应力试验的整个过程中，都应对样品进行功能监测，以判断试验样品是否会由于快速的温度变化速率而引发故障。

振动步进应力试验具体步骤如下：

（1）试验开始的振动量级为2～5Grms（Gs in a root mean square，加速度均方根值，物理含义为对振动功率谱密度在频率上积分后的平方根）（推荐5Grms），频率在2Hz～2000Hz之间，或者更高的频率范围内。频率上限需根据设备的实际情况而定，建议为2000Hz。在每个振动量级驻留以及样品功能检测完成后，再以2～5Grms（推荐5Grms）的振动量级递增进行试验。

（2）试验在每个振动量级的驻留时间应当不小于10分钟，然后再对产品进行功能检测。因此每个振动量级驻留时间还要由完成一次整个的样品功能检测的时间所决定。注意：虽然在整个试验过程中，都对样品进行功能监测，但是，在每个振动量级至少驻留10分钟后，都应对样品进行功能检测。

（3）直至找到样品的操作极限或者试验应力等级已经达到试验箱的能力极限，可以停止试验。

（4）确定产品的操作极限后，振动步进试验应该继续进行，应力范围在样品的操作极限和破坏极限或试验箱的能力极限之间，振动应力步进等级按照上面的等级设置。由于在此振动应力范围内，样品可能失效，所以，有必要在各个等级振动应力试验间，将振动应力降低，判断样品是否能恢复正常。

如：将振动应力调至0Grms或0Grms与振动操作极限之间的振动量级。

温度和振动组合试验具体步骤如下：

（1）组合试验中的初始振动量级是步进振动试验中的最大振动量级（产品的振动破坏极限量级）的1/5，以后每个循环中振动量级递增，递增量级为初始振动量级。例如：步进振动试验中，产品的最大振动量级为35Grms，那么，开始组合试验的初始振动量级为7Grms，在每个温度试验循环试验后，振动量级增加7Grms，所以，5个循环试验中的振动量级分别为7Grms、14Grms，21Grms，28Grms和35Grms。如果在步进振动试验中没有找到最大振动量级（最大振动量级大于试验设备的最大振动量级），那么试验就以试验设备的最大振动量级的1/5开始和递增。（注：试验中也可以适当采用更小的最初振动量级和递增量级）

（2）试验中温度循环曲线设置的温度极值为快速温变试验中样品操作极限温度的上下值之内，试验在每个温度极值点至少驻留10分钟。

（3）温度和振动组合试验至少执行5个循环，直到试验样品在试验中出现硬故障（不可恢复性故障）。

（4）在每个试验等级驻留一段时间后，都应对样品进行功能检测。试验驻留时间将根据产品功能检测所需时间而延长。注意：虽然在整个试验过程中，都对样品进行功能监测，但是，在每个振动量级至少驻留10分钟后，都应对样品进行功能检测。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用系统地施加工作应力和逐步增大的环境应力，来激发故障，暴露产品设计中的薄弱环节，为开发人员改进产品设计方案提供依据，以对产品设计缺陷进行及时的修正。提高产品在使用过程中的壮实度，保证产品圆满的无故障的完成任务。估计产品的工作极限和破坏极限，评估产品在实际使用条件下的可靠性，并为应力类型和应力量级的选择提供依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对待检测产品依次进行温度步进应力试验、快速温变应力试验、振动步进应力试验、温度和振动综合试验，并在上述各试验过程中以及各试验结束后，对待测产品进行功能检测；

所述温度步进应力试验包括低温步进应力试验和高温步进应力试验，其中，低温步进应力试验包括以下步骤：

应力开始于起始温度，然后以步进温度为变量，逐步下降；

在每个阶段温度稳定后，维持10分钟，之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试，如一切正常则将温度再逐步下降，并待温度稳定后维持10分钟再执行功能测试，依此类推直至发生功能故障时，则将温度恢复至常温并稳定后，再执行功能测试，观察其功能是否恢复，如功能正常恢复，则将故障前的低温值记录为低温操作极限，同时再将温度逐段下降直至发现当恢复常温仍然无法使功能自动恢复的低温，则此低温即为低温破坏极限；

高温步进应力实验包括以下步骤：

应力开始于起始温度，然后以步进温度为变量，逐步上升；

然后进行与上述低温步进应力试验相同的步骤，确定高温操作极限和破坏极限。

2.如权利要求1所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，在上述低温步进应力实验和高温步进应力实验中，在每个阶段温度的温度点驻留时间至少10分钟，或驻留时间要足够长直至待检测产品上的温度监测热电偶达到稳定，待检测产品的功能测试在样品温度达到稳定后进行，或者在整个试验过程中一直进行。

3.如权利要求1所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，所述步进温度为10℃。

4.如权利要求1所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，所述快速温变应力试验包括以下步骤：

以上述温度步进应力试验中所得到的低温及高温操作极限作为快速温变应力试验的高、低温度极限，或选择比上述低温操作极限高10℃和比高温操作极限低10℃作为快速温变应力试验的高、低温度极限，并以设备的最大温变速率作为快速温度变化率，在高、低温度极限区间内进行至少5个循环的高低温度变化，在每个循环的最高温度及最低温度的驻留时间内，在温度稳定后进行功能测试，检查待测物是否发生可恢复性故障，获得待检测产品的快速温变应力试验的操作极限。

5.如权利要求1所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，所述振动步进应力试验具体包括：

试验开始的振动量级为2～5Grms，频率在2Hz～2000Hz之间，以2～5Grms的振动量级递增进行试验；在每个振动量级的驻留时间不小于10分钟，且在整个试验过程中，以及在每个振动量级至少驻留10分钟后，都对所述待测产品进行功能检测，直至确定所述待测产品的操作极限或者试验应力等级达到试验箱的能力极限，停止试验。

6.如权利要求5所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，在确定所述待测产品的操作极限后，还包括：

在所述待测产品的操作极限和破坏极限，或试验箱的能力极限之间，继续以2～5Grms的振动量级递增进行试验。

7.如权利要求5所述的检测电子产品可靠性的试验方法，其特征在于，所述温度和振动综合试验至少执行5个循环；

试验中温度循环曲线设置的温度极值为样品操作极限温度的上下值之内，试验在每个温度极值点至少驻留10分钟；

试验中的初始振动量级是振动步进应力试验中的最大振动量级的1/5，以后每个循环中振动量级递增，递增量级为初始振动量级，如果在振动步进应力试验中没有找到最大振动量级，那么试验就以试验设备的最大振动量级的1/5开始和递增；

在整个试验过程中，以及在每个振动量级至少驻留10分钟后，都对待测产品进行功能检测。

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