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【可靠度测试专题二】寿命测试项目及应用范围

时间:2024-12-10 21:23来源: 富泰捷检测创新中心 作者:ictest8_edit 点击:

 

 
1 引言
 
任何产品都有寿命,寿命的长短各不相同。为了掌握产品的寿命,对较短寿命的产品可通过使用后进行实际寿命统计的方法得到,而对于较长寿命的产品难以采用此方法,一般是通过寿命测试来得到。

2 定义

寿命测试是验证产品在规定条件下,处于工作(使用)状态或贮存状态时,其寿命到底有多长的实验。有时也称为耐久性实验。寿命实验一般都是破坏性的实验,产品经过此类实验必然会耗去产品全部或大部分寿命。按照不同的分类,寿命实验有多种类型,如下图:

 
 
对于日常使用的产品,如手机、电脑、汽车、电梯等,人们一般关心它们在正常应力下的工作寿命。对于日常不使用仅偶尔使用的产品,如灭火器、弹药等,人们一般关心它们的贮存寿命。正常应力的工作/贮存寿命测试是在正常环境条件下施加负荷,模拟工作/贮存状态的测试。目的是验证产品的使用寿命或贮存寿命指标。

对于高可靠性产品而言,寿命试验时间很长,为便于快速评价产品的寿命和可靠性,用加大应力(如热应力、电应力、机械应力等)而又不改变失效机理的办法,使产品的故障加速暴露,这样的试验称为加速寿命试验(ALT)。根据加速寿命试验结果,可以推出正常使用状态或降额使用状态下的产品寿命。3 
目的

3.目的

1.弄清产品的寿命分布
 
通过寿命测试找出零部件或产品的寿命分布,这对设计和应用都有重要意义。例如轴承的寿命服从威布尔分布;电子元件的寿命一般符合对数正态分布和威布尔分布;合金钢的高温持久寿命服从对数正态分布;由大量电子元件组成的系统则服从指数分布等。

 

2.求得产品的各项可靠性指标
 
通过寿命测试,可以求得产品的失效率、失效密度、失效概率、可靠度、平均寿命、寿命方差等指标,由此可以评价产品的质量。

3.研究产品的失效机理
 
通过寿命测试可以找出产品失效的原因,并在此基础上建立产品失效的物理和数学模型,弄清其失效机理,并能用模型进行理论预测工作。

4 .测试项目

1.EFR:早期失效等级测试(Early fail Rate Test)

目的: 评估工艺的稳定性,加速缺陷失效率,去除由于天生原因失效的产品;
测试条件: 在特定时间内动态提升温度和电压对产品进行测试;
失效机制:材料或工艺的缺陷,包括诸如氧化层缺陷,金属刻镀,离子玷污等由于生产造成的失效;
参考标准
JESD22-A108-A;
EIAJED- 4701-D101;

2.HTOL/ LTOL:高/低温操作生命期测试(High/ Low Temperature

Operating Life)

目的: 评估器件在超热和超电压情况下一段时间的耐久力;
测试条件: 125℃,1.1VCC, 动态测试;
失效机制:电子迁移,氧化层破裂,相互扩散,不稳定性,离子玷污等;

参考标准

125℃条件下1000小时测试通过可以保证持续使用4年,2000小时测试持续使用8年;150℃ 1000小时测试通过保证使用8年,2000小时保证使用28年;

MIT-STD-883E Method 1005.8;
JESD22-A108-A;
EIAJED- 4701-D101;


3.HALT测试应力


(1)高低温度应力:一般从常温20℃开始,然后以每10℃~20℃为一个阶梯降低温度,每个温度下停留15分钟,直到产品发生异常。同样的方法,在高温应力下也是每10℃~20℃递增,直到产品出现异常情况。如果产品出现异常时,返回到常温下,功能恢复正常,那么异常出现时的温度就是工作极限。如果功能不能恢复正常,那么异常出现时的温度就是破坏极限。

(2)快速温度循环应力:快速温度循环的温度范围一般为高低温步进测试中找到的产品的上下工作极限的5℃~10℃以内的温度,例如:工作上下限为:-50℃和120℃,那么快速温度循环的测试范围为:-45℃~115℃。每个极值温度下,驻留时间至少5分钟(具体要根据产品温度稳定时间来确定)。循环次数至少3次,除非在3次以内就发现灾难性失效。

(3)随机振动应力:测试从5Grms开始,推荐以每5Grms为一个阶梯递增,直到产品出现异常情况。每一步,驻留时间为10分钟。如果产品出现异常时,返回到5Grms下,功能恢复正常,那么异常出现时的振动量值就是工作极限。如果功能不能恢复正常,那么异常出现时的振动量值就是破坏极限。

(4)温度循环与振动组合应力:振动应力从5Grms,温度循环应力跟前面一样,每一个温度循环,振动应力增加5Grms。这样的组合测试,至少需要5个循环周期,除非先于这个次数前就发生了灾难性失效。下图为HALT的应力曲线。

 

 
5 .测试流程
1.选定测试周期

一般原则是,是每个测试周期内测得的失效样品数比较接近,并且要有足够的测试次数。

 
 
 

2.确定投试样品数

投放样品数N和测试结果,测试时间有关,也和产品价值和统计误差有关。一般地,高级产品生产数量少,价格高,投试量要少些。大批量生产的产品,价格便宜,就可以多投试一些。

 
 
3.确定测试截止时间

 

测试完成后,我们还应对测试数据进行统计分析,推算出平均寿命或MTBF在不同的置信度下是多长时间,或者落在哪个时间区间。这样我们就能初步预测产品的平均寿命或平均故障间隔时间了,注意寿命预测是一个概率问题,而不是确定性问题。

 

6 .结语
当今,电子产品的更新速度越来越快,而既快速又准确的加速寿命测试方法是研究人员热切期望。相信这一愿望定会早日实现。

 

Foxconn电子零组件实验室具有100多名经验丰富的工程师,实验室于2014年获得中国合格评定国家认可委员会(CNAS)认可,获得了APPLE/ HUAWEI/HP/DELL/LENOVO等国际知名客户的认可,为客户提供检测、分析、验证等服务。以上是可靠度寿命测试的内容介绍,若有可靠度相关检测分析需求,可以留言咨询或者拨打我们的热线电话咨询:400-0812-988。
 
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