一種檢測產品可靠性的試驗方法
2023-12-09 06:37:26 1
專利名稱：一種檢測產品可靠性的試驗方法
技術領域：
本發明涉及可靠性領域，特別是涉及一種檢測產品可靠性的試驗方法。
背景技術：
當今，許多產品都需要在極端嚴酷的環境應力下無故障地運轉上千小時，因此，需 要通過試驗來確認設計缺陷或者驗證預計壽命。極限應力試驗是高加速應力試驗(IIAST，highly accelerated stresstest)的一 種，它規定了確定或評價微電子器件最大能力的方法，這些能力包括絕對最大額定值(從 中可推出安全設計極限值)、在不引起退化的前提下篩選或試驗時可以施加的最大應力、對 不引起退化的特殊篩選或試驗的敏感性，以及與之有關的失效模式和機理。隨著電子技術的高速發展，幾年前剛剛出現的的試驗方法已不再適應當今的技術 了，尤其是那些專門針對微電子產品的加速試驗。例如，由於塑料集成電路包裝的發展，現 在用傳統的、普遍被接受的85°C /85% RH的溫度/溼度試驗需要花上千小時才能檢測出新 式集成電路的失效。在大多數情況下，試驗樣本在整個試驗中不發生任何失效。但不發生 失效的試驗是說明不了什麼問題的，而產品在使用中可能會偶爾失效。因此，需要進一步改 進試驗方法。極限應力試驗就是為代替老的溫度/溼度試驗而開發的方法。電子產品通用 的可靠性測試手段，一般是在研發時採用傳統的性能各異的溫溼度箱來驗證提高產品的可 靠性性能；在線生產採用的是老化壽命(即高溫等)的傳統測試方法，通常需要花費較長的 試驗周期，僅依靠以上這些傳統的測試手段，要達到電子產品高質量的技術指標，尚存在著 一定的困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種可迅速找出產品設計及製造的缺陷的試驗方法。為達到上述目的，本發明的技術方案提供一種檢測產品可靠性的試驗方法，所述 方法包括以下步驟對待檢測產品依次進行溫度步進應力試驗、快速溫變應力試驗、振動步 進應力試驗、溫度和振動綜合試驗，並在上述各試驗過程中以及各試驗結束後，對待測產品 進行功能檢測。其中，所述溫度步進應力試驗低溫步進應力試驗和高溫步進應力試驗，其中，低溫 步進應力包括以下步驟應力開始於起始溫度，然後以步進溫度為變量，逐步下降；在每個階段溫度穩定後，維持10分鐘，之後在階段穩定溫度下執行至少一次的功 能測試，如一切正常則將溫度再逐步下降，並待溫度穩定後維持10分鐘再執行功能測試， 依此類推直至發生功能故障時，則將溫度恢復至常溫並穩定後，再執行功能測試，觀察其功 能是否恢復，如功能正常恢復，則將故障前的低溫值記錄為低溫操作極限，同時再將溫度逐 段下降直至發現當恢復常溫仍然無法使功能自動恢復的低溫，則此低溫即為低溫破壞界 限；
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高溫步進應力實驗包括以下步驟應力開始於起始溫度，然後以步進溫度為變量，逐步上升；然後進行與上述低溫步進應力試驗相同的步驟，確定高溫操作極限和破壞極限。其中，在上述低溫步進應力實驗和高溫步進應力實驗中，在每個階段溫度的溫度點 駐留時間至少10分鐘，或駐留時間要足夠長直至待檢測產品上的溫度監測熱電偶達到穩定， 待檢測產品的功能測試在樣品溫度達到穩定後進行，或者在整個試驗過程中一直進行。其中，所述步進溫度為10°C。其中，所述快速溫變應力試驗包括以下步驟以上述溫度步進應力試驗中所得到的低溫及高溫操作極限作為快速溫變應力試 驗的高、低溫度極限，或選擇比上述低溫操作極限高10°c和比高溫操作極限低10°C作為快 速溫變應力試驗的高、低溫度極限，並以設備的最大溫變速率作為快速溫度變化率，在高、 低溫度極限區間內進行至少5個循環的高低溫度變化，在每個循環的最高溫度及最低溫度 的駐留時間內，在溫度穩定後進行功能測試，檢查待測物是否發生可恢復性故障，獲得待檢 測產品的快速溫變應力試驗的操作極限。其中，所述振動步進應力試驗具體包括試驗開始的振動量級為2 5Grms，頻率在2Hz 2000Hz之間，以2 5Grms的振 動量級遞增進行試驗；在每個振動量級的駐留時間不小於10分鐘，且在整個試驗過程中， 以及在每個振動量級至少駐留10分鐘後，都對所述待測產品進行功能檢測，直至確定所述 待測產品的操作極限或者試驗應力等級達到試驗箱的能力極限，停止試驗。其中，在確定所述待測產品的操作極限後，還包括在所述待測產品的操作極限和破壞極限或試驗箱的極限之間，繼續以2 5Grms 的振動量級遞增進行試驗。其中，所述溫度和振動綜合試驗至少執行5個循環；試驗中溫度循環曲線設置的溫度極值為樣品操作極限溫度的上下值之內，試驗在 每個溫度極值點至少駐留10分鐘；試驗中的初始振動量級是振動步進應力試驗中的最大振動量級的1/5，以後每個 循環中振動量級遞增，遞增量級為初始振動量級，如果在振動步進應力試驗中沒有找到最 大振動量級，那麼試驗就以試驗設備的最大振動量級的1/5開始和遞增；在整個試驗過程中，以及在每個振動量級至少駐留10分鐘後，都對待測產品進行 功能檢測。上述技術方案具有如下優點本發明通過讓被測物承受不同的應力，進而發現其 設計上的缺限以及潛在弱點，通過增加被測物的極限值，進而增加其堅固性及可靠性。利用 階梯應力的方式加諸於產品，能夠在早期發現產品缺陷、操作設計邊際及結構強度極限，其 加諸於產品的應力有振動、高低溫、溫度循環、電力開關循環、電壓邊際及頻率邊際測試等。 利用該方法可迅速找出產品設計及製造的缺陷、改善設計缺陷、增加產品可靠性並縮短其 上市周期，同時還可建立設計能力、產品可靠性的基礎數據，作為日後研發的重要依據。
圖1是本發明實施例的一種檢測產品可靠性的試驗方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。結合圖1，本實施例的檢測產品可靠性的試驗方法包括對待檢測產品依次進行溫 度步進應力試驗、快速溫變應力試驗、振動步進應力試驗、溫度和振動綜合試驗，並在上述 各試驗過程中以及各試驗結束後，對待測產品進行功能檢測。其中，溫度步進應力試驗具體步驟如下溫度步進應力包括低溫步進應力試驗和高溫步進應力試驗(1)低溫步進應力試驗應力開始於20°C，然後溫度以每步10°C往下降。(2)階段溫度穩定後維持10分鐘，之後在階段穩定溫度下執行至少一次的功能 測試，如一切正常則將溫度再降10°c，並待溫度穩定後維持10分鐘再執行功能測試，依此 類推直至發生功能故障時，則將溫度恢復至常溫並穩定後，再執行功能測試，觀察其功能是 否恢復，以判斷是否達到操作界限或破壞界限，如功能正常恢復，則將故障前的低溫值記錄 為可操作界限，同時再將溫度逐段下降直至發現當恢復常溫仍然無法使功能自動恢復的低 溫，則此低溫即為低溫破壞界限。(3)高溫步進應力試驗應力開始於20°C，然後溫度以每步10°C往上升。然後進 行與低溫步進應力試驗相同的程序，確定高溫操作極限和破壞極限。(4)溫度點駐留時間至少10分鐘，駐留時間要足夠長直至樣品上的溫度監測熱電 偶達到穩定，樣品的功能測試可以在樣品溫度達到穩定後進行，也可以在整個試驗過程中
一直進行。快速溫變應力試驗具體步驟如下此項試驗將先前在溫度階段應力試驗中所得到的低溫及高溫操作極限作為此處 的高低溫度極限，或選擇比最低溫度操作極限高10°c和比最高溫度操作極限低10°C，並 以設備的最大溫變速率作為快速溫度變化率，在此區間內進行至少5個循環的高低溫度變 化。在每個循環的最高溫度及最低溫度都要停留至少5分鐘，並使溫度穩定後再執行功能 測試。檢查待測物是否發生可恢復性故障，尋找其可操作極限。在此試驗中不需尋找破壞 極限。溫度極值駐留時間根據以下三個條件確認1、至少駐留5分鐘；2、駐留時間要足 夠長直至樣品上的溫度監測電偶達到穩定；3、駐留時間還要適當的延長，直至樣品上熱容 量最大的部件的溫度應力不小於試驗應力的80%。駐留時間的確認條件2和3是必須滿足的條件，即駐留時間既要滿足樣品上的 溫度監測電偶達到穩定，又要讓熱容量最大部件的溫度應力不小於試驗應力的80%。若在 5分鐘內滿足了上述兩個條件，就可只駐留5分鐘。若不能在5分鐘內滿足，就要等到條件 2和3都滿足了才能停止駐留時間。在快速溫變應力試驗的整個過程中，都應對樣品進行功能監測，以判斷試驗樣品 是否會由於快速的溫度變化速率而引發故障。振動步進應力試驗具體步驟如下(1)試驗開始的振動量級為2 5Grms(Gs in a root mean square，加速度均 方根值，物理含義為對振動功率譜密度在頻率上積分後的平方根)(推薦5Grms)，頻率在
62Hz 2000Hz之間，或者更高的頻率範圍內。頻率上限需根據設備的實際情況而定，建議為 2000Hz。在每個振動量級駐留以及樣品功能檢測完成後，再以2 5Grms (推薦5Grms)的 振動量級遞增進行試驗。(2)試驗在每個振動量級的駐留時間應當不小於10分鐘，然後再對產品進行功能 檢測。因此每個振動量級駐留時間還要由完成一次整個的樣品功能檢測的時間所決定。注 意雖然在整個試驗過程中，都對樣品進行功能監測，但是，在每個振動量級至少駐留10分 鍾後，都應對樣品進行功能檢測。(3)直至找到樣品的操作極限或者試驗應力等級已經達到試驗箱的能力極限，可 以停止試驗。(4)確定產品的操作極限後，振動步進試驗應該繼續進行，應力範圍在樣品的操作 極限和破壞極限或試驗箱的極限之間，振動應力步進等級按照上面的等級設置。由於在此 振動應力範圍內，樣品可能失效，所以，有必要在各個等級振動應力試驗間，將振動應力降 低，判斷樣品是否能恢復正常。如將振動應力調至OGrms或OGrms與振動操作極限之間的振動量級。溫度和振動組合試驗具體步驟如下(1)組合試驗中的初始振動量級是步進振動試驗中的最大振動量級(產品的振動 破壞極限量級)的1/5，以後每個循環中振動量級遞增，遞增量級為初始振動量級。例如 步進振動試驗中，產品的最大振動量級為35Grms，那麼，開始組合試驗的初始振動量級為 7Grms，在每個溫度試驗循環試驗後，振動量級增加7Grms，所以，5個循環試驗中的振動量 級分別為7Grms、14Grms，2IGrms, 28Grms和35Grms。如果在步進振動試驗中沒有找到最大 振動量級(最大振動量級大於試驗設備的最大振動量級)，那麼試驗就以試驗設備的最大 振動量級的1/5開始和遞增。(注試驗中也可以適當採用更小的最初振動量級和遞增量 級)(2)試驗中溫度循環曲線設置的溫度極值為快速溫變試驗中樣品操作極限溫度的 上下值之內，試驗在每個溫度極值點至少駐留10分鐘。(3)溫度和振動組合試驗至少執行5個循環，直到試驗樣品在試驗中出現硬故障 (不可恢復性故障)。(4)在每個試驗等級駐留一段時間後，都應對樣品進行功能檢測。試驗駐留時間 將根據產品功能檢測所需時間而延長。注意雖然在整個試驗過程中，都對樣品進行功能監 測，但是，在每個振動量級至少駐留10分鐘後，都應對樣品進行功能檢測。由以上實施例可以看出，本發明實施例通過採用系統地施加工作應力和逐步增大 的環境應力，來激發故障，暴露產品設計中的薄弱環節，為開發人員改進產品設計方案提供 依據，以對產品設計缺陷進行及時的修正。提高產品在使用過程中的壯實度，保證產品圓滿 的無故障的完成任務。估計產品的工作極限和破壞極限，評估產品在實際使用條件下的可 靠性，並為應力類型和應力量級的選擇提供依據。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟對待檢測產品依次進行溫度步進應力試驗、快速溫變應力試驗、振動步進應力試驗、溫度和振動綜合試驗，並在上述各試驗過程中以及各試驗結束後，對待測產品進行功能檢測。
2.如權利要求1所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述溫度步進應力 試驗低溫步進應力試驗和高溫步進應力試驗，其中，低溫步進應力包括以下步驟應力開始於起始溫度，然後以步進溫度為變量，逐步下降；在每個階段溫度穩定後，維持10分鐘，之後在階段穩定溫度下執行至少一次的功能測 試，如一切正常則將溫度再逐步下降，並待溫度穩定後維持10分鐘再執行功能測試，依此 類推直至發生功能故障時，則將溫度恢復至常溫並穩定後，再執行功能測試，觀察其功能是 否恢復，如功能正常恢復，則將故障前的低溫值記錄為低溫操作極限，同時再將溫度逐段下 降直至發現當恢復常溫仍然無法使功能自動恢復的低溫，則此低溫即為低溫破壞界限；高溫步進應力實驗包括以下步驟應力開始於起始溫度，然後以步進溫度為變量，逐步上升；然後進行與上述低溫步進應力試驗相同的步驟，確定高溫操作極限和破壞極限。
3.如權利要求2所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，在上述低溫步進應 力實驗和高溫步進應力實驗中，在每個階段溫度的溫度點駐留時間至少10分鐘，或駐留時 間要足夠長直至待檢測產品上的溫度監測熱電偶達到穩定，待檢測產品的功能測試在樣品 溫度達到穩定後進行，或者在整個試驗過程中一直進行。。
4.如權利要求2所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述步進溫度為 10°C。
5.如權利要求2所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述快速溫變應力 試驗包括以下步驟以上述溫度步進應力試驗中所得到的低溫及高溫操作極限作為快速溫變應力試驗的 高、低溫度極限，或選擇比上述低溫操作極限高10°c和比高溫操作極限低10°C作為快速溫 變應力試驗的高、低溫度極限，並以設備的最大溫變速率作為快速溫度變化率，在高、低溫 度極限區間內進行至少5個循環的高低溫度變化，在每個循環的最高溫度及最低溫度的駐 留時間內，在溫度穩定後進行功能測試，檢查待測物是否發生可恢復性故障，獲得待檢測產 品的快速溫變應力試驗的操作極限。
6.如權利要求1所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述振動步進應力 試驗具體包括試驗開始的振動量級為2 5Grms，頻率在2Hz 2000Hz之間，以2 5Grms的振動量 級遞增進行試驗；在每個振動量級的駐留時間不小於10分鐘，且在整個試驗過程中，以及 在每個振動量級至少駐留10分鐘後，都對所述待測產品進行功能檢測，直至確定所述待測 產品的操作極限或者試驗應力等級達到試驗箱的能力極限，停止試驗。
7.如權利要求6所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，在確定所述待測產 品的操作極限後，還包括在所述待測產品的操作極限和破壞極限或試驗箱的極限之間，繼續以2 5Grms的振 動量級遞增進行試驗。
8.如權利要求6所述的檢測產品可靠性的試驗方法，其特徵在於，所述溫度和振動綜合試驗至少執行5個循環；試驗中溫度循環曲線設置的溫度極值為樣品操作極限溫度的上下值之內，試驗在每個 溫度極值點至少駐留10分鐘；試驗中的初始振動量級是振動步進應力試驗中的最大振動量級的1/5，以後每個循環 中振動量級遞增，遞增量級為初始振動量級，如果在振動步進應力試驗中沒有找到最大振 動量級，那麼試驗就以試驗設備的最大振動量級的1/5開始和遞增；在整個試驗過程中，以及在每個振動量級至少駐留10分鐘後，都對待測產品進行功能 檢測。
全文摘要
本發明公開了一種檢測產品可靠性的試驗方法，所述方法包括以下步驟對待檢測產品依次進行溫度步進應力試驗、快速溫變應力試驗、振動步進應力試驗、溫度和振動綜合試驗，並在上述各試驗過程中以及各試驗結束後，對待測產品進行功能檢測。本發明可迅速找出產品設計及製造的缺陷、改善設計缺陷、增加產品可靠性並縮短其上市周期，同時還可建立設計能力、產品可靠性的基礎數據，作為日後研發的重要依據。
文檔編號G01R31/30GK101900788SQ20091008554
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者吳文章, 孫旭朋, 王群勇, 白樺, 陽輝, 陳冬梅, 陳宇, 陳曉 申請人:北京聖濤平試驗工程技術研究院有限責任公司