任何新产品的发布上市,都会面临亘古不变的问题——产品寿命可以使用有多久?质量如何保证?谈及产品寿命 ,总会提到“早期失效”“致命异常”“长期可靠性”潜在缺陷”等术语。
图1 质量与可靠性关系示意图
评估产品寿命,最主要的是评估产品PCBA系统中的所有部件和子系统质量与寿命。PCBA是由多种材料、元件及互连结构组成的复杂系统,各要素均正常工作才能保证产品在预期寿命内可靠运行。只要其中任一部分出现故障,产品寿命就会大打折扣。
本文归纳总结关于PCBA寿命预测,动态老化测试&静态老化测试相关知识点,内容大纲如下:
● 老化测试的原理
● 老化测试的作用
● 老化测试的分类
什么是静态老化?
什么是动态老化?
● 老化测试的标准方法:
● PCB/电子元器件老化测试注意事项
● 老化测试总结
PCBA在元件连接过程中会承受高温,每个部件在连接工艺前后产生变化,任何加速老化测试前,需要模拟连接工艺,以便更准确了解PCBA的真实预期寿命。
1、老化测试的原理
老化(Burn in)是指在一定的环境温度下、较长的时间内对元器件/PCB连续施加高温环境应力,通过电-热应力的综合作用来加速元器件内部的各种物理、化学反应过程,促使隐藏于元器件内部的各种潜在缺陷及早暴露,从而达到剔除早期失效产品的目的。 通过找出导致多数产品寿命出现问题的原因,评估和量化失效因素产生的影响,以应对失效导致的产品寿命缩短。
老化是属于环境应力筛选的一种。
2、老化测试的作用
1、老化测试从生产链中剔除了早期故障和潜在缺陷概率很高的不可靠组件: 对于PCB/元器件工艺制造过程中可能存在的一系列缺陷,如表面沾污、引线焊接不良、沟道漏电、硅片裂纹、氧化层缺陷和局部发热点等都有较好的筛选效果。
2、老化测试是分析早期故障趋势、提高可靠性和测试半导体器件寿命的最佳方法,对于无缺陷的元器件,老化也可促使其电参数稳定。
3、老化测试的分类
老化测试的分类:静态老化&动态老化
测试样品在做老化测试过程中电压施加可以是静态的或动态的,依据测试条件可以把老化测试可分为静态老化、动态老化。
什么是静态老化?
静态老化是PCB或元器件处于非工作模式下,PCB或元器件没有输入,其优点是成本低且程序简单,但是缺点是老化测试设备上的所监控的电路节点不到实际数量的一半。
静态老化主要是温度恒定输入,供电以及监控部分都是mV和mA级别的供电,属于传统的老化测试。
什么是动态老化?
动态老化是PCB或元器件处于工作状态下,向半导体器件提供输入激励信号,通过侦测相关的信号来判定PCB或元器件在老化状态或者极端环境下的工作状态,优点是能够对内部电路施加更多压力和检测额外的故障,更贴近PCB或元器件的实际应用环境。
4、老化测试的标准方法
快速紫外老化 QUV Weathering :GB/T 14522-2008、 GB/T 14522
氙灯老化 Xenon-Arc Weathering:GB/T 16422.2-2014、 GB/T 16259-2008
碳弧灯老化:Carbon-Arc Weathering GB/T、 16422.4-2014
臭氧老化 Ozone Aging:GB/T 7762-2014、 GB/T 13642-2015
耐温湿老化 Temperature and Humidity Test GB/T 7141-2008、 GB/T 1740-2007、IPC-TM-650 2.6.16:1985、
盐雾测试 Salt Spray Test: GB/T 2423.17-2008、GB/T 2423.18-2012
气体腐蚀测试 Gas Corrosion Test:GB/T 9789-2008
老化测试后外观评价 Evaluation after Aging Test:GB/T 11186.1,2,3-1989、 GB/T 250-2008
5、PCB/电子元器件老化测试注意事项
1. 对于集成电路来说,由于其工作电压和工作电流都受到较大的限制,给PCB或元器件施加电压时,要从零开始缓慢地增加,去电压时也要缓慢地减小,要预防电源电压的突变所产生的瞬间脉冲可能会损伤器件。
2.老化后要在标准或规范规定的时间内及时测量,要预防某些老化时超差的参数会恢复到原来的数值。
3、为保证晶体管能在最高结温下老化,应准确测量晶体管热阻。
6、老化测试总结
尽管我们无法预测产品未来的使用寿命,但我们却能够创造并应用优秀的技术来预测产品的未来。这些技术包括老化模拟测试、负载测试模拟等预测。