湿热试验原理1.ppt

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1、TEMPERATURE&HUMIDITYTEMPERATURE&HUMIDITYAND AND FAILURE ANALYSISFAILURE ANALYSISBYRE ENVIRONMENT TEAMFeb 26,2002 Feb 26,2002 12CONTENTSCONTENTS基本概念基本概念(温度温度,湿度湿度)温湿度引起的失效分析温湿度引起的失效分析 温湿度筛选测试温湿度筛选测试 简介与分析简介与分析 分系统热循环试验分系统热循环试验 避免元器件过热设计避免元器件过热设计 环境测试中断处理环境测试中断处理 Summary 3温温温温 度度度度溫度和熱是相當不同的概念。溫度通常溫度和

2、熱是相當不同的概念。溫度通常是與組成物質內粒子之平均動能相關；是與組成物質內粒子之平均動能相關；而熱是由於二點間溫度差所造成一種能而熱是由於二點間溫度差所造成一種能量的流動。量的流動。从某种从某种意义上来说我们可以把温度定义意义上来说我们可以把温度定义为一种物体的性质，也就是我们对物质为一种物体的性质，也就是我们对物质的冷热的感受程度。的冷热的感受程度。4湿空气湿空气湿空气湿空气 干空气干空气干空气干空气 饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气饱和湿空气 湿空气湿空气 含有水蒸气的空气含有水蒸气的空气 干空气干空气 不含有水蒸气的空气不含有水蒸气的空气 饱和湿空气饱和湿空气 干空气和饱和水蒸气组成的混

3、合气体干空气和饱和水蒸气组成的混合气体.饱和湿空气中的饱和湿空气中的水蒸气的含量已达到最大限度水蒸气的含量已达到最大限度,除非提高温度除非提高温度,否则饱否则饱和湿空气中水蒸气的含量不会再增加和湿空气中水蒸气的含量不会再增加 5湿湿湿湿 度度度度绝对湿度绝对湿度 每每1m3的湿空气中所含有的水蒸气的质量的湿空气中所含有的水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度称为湿空气的绝对湿度 相对湿度相对湿度 湿空气的绝对湿度湿空气的绝对湿度v v与同温度下饱和湿与同温度下饱和湿空气的绝对湿度空气的绝对湿度”之比之比 =v/”=v/max=Pv/Ps 6温湿度引起的失效温湿度引起的失效温湿度引起的失效温湿度引起的

4、失效 环环境境主要效应主要效应引起的主要失效引起的主要失效高温高温 热老化：热老化：氧化氧化结构改变化学反应结构改变化学反应软化、熔化和升华软化、熔化和升华降低粘性蒸发降低粘性蒸发物理膨胀物理膨胀绝缘失效：绝缘失效：电特性改变。电特性改变。结构失效。润滑特性损失。结构失效。润滑特性损失。结结构构失失效效：机机械械应应力力增增加加；活活动部件的磨损增加；动部件的磨损增加；低温低温粘性增加和固化粘性增加和固化冰形成冰形成碎裂碎裂物理收缩物理收缩润滑特性损失。润滑特性损失。电特性改变。电特性改变。机械强度损失；裂纹，破裂机械强度损失；裂纹，破裂结构失效：活动部件磨损增加结构失效：活动部件磨损增加7温

5、湿度引起的失效温湿度引起的失效温湿度引起的失效温湿度引起的失效 高湿高湿度度潮潮气气吸吸收收化化学学反反应应腐腐蚀蚀电解电解容容器器增增大大，破破裂裂；物物理理分分解解；电电强强度度损损失失；机机械械强强度度损损失失；功功能能干干扰扰；电电特特性性损损失失；绝绝缘缘体体导通性增加。导通性增加。低湿低湿度度干燥干燥碎裂碎裂表面粗糙表面粗糙机械强度损失；结构瓦解；机械强度损失；结构瓦解；电特性改变，电特性改变，“涂灰涂灰”(dusting)dusting)。温度温度冲击冲击机械应力机械应力结构瓦解或强度减弱：密封损坏。结构瓦解或强度减弱：密封损坏。8温湿度引起的失效分析温湿度引起的失效分析温湿度引

6、起的失效分析温湿度引起的失效分析元器件元器件出现的故障出现的故障可能的原因可能的原因半导体半导体封装破裂封装破裂EOS、过热过热EOSEOS损坏损坏使使用用时时超超过过强强度度工工作作状状态态，潮潮湿湿或或污染物侵入污染物侵入机械性的破裂机械性的破裂塑塑料料封封装装、金金属属引引线线或或管管芯芯过过热热而而膨胀膨胀器件内部连线断裂器件内部连线断裂EOS或热冲击或热冲击器件内部汽泡器件内部汽泡芯片基底的结合失效，过热芯片基底的结合失效，过热金属导电部分损坏金属导电部分损坏ESD、腐蚀、腐蚀、EOS、温度温度小丘形成小丘形成温度周期起伏温度周期起伏EOS:电气过载电气过载 Continued9温湿

7、度引起的失效分析温湿度引起的失效分析温湿度引起的失效分析温湿度引起的失效分析电阻电阻表面导体断裂表面导体断裂机械或过热冲击机械或过热冲击变值变值过载应用，在潮湿和高温下工作过载应用，在潮湿和高温下工作电容电容电解电容中电解液泄电解电容中电解液泄漏漏高温，封装缺陷高温，封装缺陷变值变值由于高温或老化而导致电解质降级由于高温或老化而导致电解质降级电容体破裂电容体破裂过热、过热、EOS、电容体质量不好电容体质量不好线圈线圈开路故障开路故障EOS，过热过热印制电路板印制电路板变色变色焊接时或由高温元器件传来的热量焊接时或由高温元器件传来的热量过大过大脱层脱层焊接时或高温元器件辐射的热量过焊接时或高温元

8、器件辐射的热量过大大起泡起泡高温高温10温湿度筛选测试温湿度筛选测试温湿度筛选测试温湿度筛选测试 简介简介简介简介高温老化测试高温老化测试 温度循环方法温度循环方法通过轮流向元器件施以低温和高温来通过轮流向元器件施以低温和高温来检测其缺陷检测其缺陷 高温储存高温储存可使元器件面临比老化测试更高的温度，可使元器件面临比老化测试更高的温度，且无需对元器件施加电源且无需对元器件施加电源 高温时所作的寿命测试高温时所作的寿命测试有助于评估元器件长期在有助于评估元器件长期在高温下工作的后果高温下工作的后果 热冲击测试热冲击测试可评估元器件对极限温度和循环处于极可评估元器件对极限温度和循环处于极限温度时的

9、耐受力限温度时的耐受力 11温湿度筛选测试温湿度筛选测试温湿度筛选测试温湿度筛选测试 分析分析分析分析筛选测试筛选测试检测缺陷项目检测缺陷项目温度周期性变化温度周期性变化封装外壳缺陷、基底开裂、管芯基片问题封装外壳缺陷、基底开裂、管芯基片问题高温储藏高温储藏接触缺陷、湿气侵入、氧化、金属部份缺陷、热寿命、软化、接触缺陷、湿气侵入、氧化、金属部份缺陷、热寿命、软化、物理变化物理变化高温老化高温老化表面和金属部份故障、导线粘合故障表面和金属部份故障、导线粘合故障湿度测试湿度测试湿气吸收、腐蚀、化学反应湿气吸收、腐蚀、化学反应食盐喷洒食盐喷洒防腐蚀、模仿海岸气候防腐蚀、模仿海岸气候防止受潮测试防止受

10、潮测试防止腐蚀、受湿度的影响防止腐蚀、受湿度的影响水浸水浸密封蚀陷、金属腐蚀密封蚀陷、金属腐蚀抗焊接热测试抗焊接热测试电特性变化、热降级、由于热应力引起的机械压力电特性变化、热降级、由于热应力引起的机械压力泄漏测试泄漏测试封装密封缺陷封装密封缺陷等加速度试验等加速度试验基底破裂、粘合缺陷、粘着故障基底破裂、粘合缺陷、粘着故障热冲击热冲击热机械强度引起密封损坏、结构元器件故障热机械强度引起密封损坏、结构元器件故障12分系统热循环试验分系统热循环试验分系统热循环试验分系统热循环试验阶段及其目的阶段及其目的阶段及其目的阶段及其目的 鉴定热循环试验鉴定热循环试验 目的是鉴定组件或分系统在鉴定温度范围内

11、的目的是鉴定组件或分系统在鉴定温度范围内的工作能力工作能力 验收热循环试验验收热循环试验 目的是使组件或分系统经受热循环环境来检测目的是使组件或分系统经受热循环环境来检测出材料、加工和制造质量的缺陷出材料、加工和制造质量的缺陷 共同目的共同目的:对产品进行温度应力筛选，暴露出因零对产品进行温度应力筛选，暴露出因零件、材料和制造工艺中潜在缺陷造成的早期故障件、材料和制造工艺中潜在缺陷造成的早期故障 13分系统热循环试验中出现结露问题的危害分系统热循环试验中出现结露问题的危害分系统热循环试验中出现结露问题的危害分系统热循环试验中出现结露问题的危害 电子设备的电子设备的绝缘电阻下降绝缘电阻下降、漏电

12、增漏电增加加，严重时出现，严重时出现飞弧飞弧,击穿击穿和和电路损电路损坏坏等现象等现象 在电、潮湿和温度的共同作用下引在电、潮湿和温度的共同作用下引起起电化学反应电化学反应和和金属化腐蚀金属化腐蚀，导致，导致部件或分系统内部组件金属化系统部件或分系统内部组件金属化系统的失效的失效 14分系统热循环试验防结露措施分系统热循环试验防结露措施分系统热循环试验防结露措施分系统热循环试验防结露措施 采用密封塑料薄膜采用密封塑料薄膜 较为经济实用较为经济实用,但对存在较大腔体的非密封性结构的但对存在较大腔体的非密封性结构的分系统进行热循环试验时分系统进行热循环试验时,在热循环试验之前应采取高在热循环试验之

13、前应采取高温预烘烤等措施温预烘烤等措施,排除分系统内部腔体中的水汽排除分系统内部腔体中的水汽,防止防止机壳内部产生结露组件造成损伤机壳内部产生结露组件造成损伤 在容器内充满干燥空气或氮气在容器内充满干燥空气或氮气 最后半个循环应为热循环最后半个循环应为热循环,进一步减少分系统内部水汽进一步减少分系统内部水汽残留残留.对热循环试验箱的密封性有一定的要求对热循环试验箱的密封性有一定的要求 15避免元器件过热设计避免元器件过热设计避免元器件过热设计避免元器件过热设计 简介简介简介简介 制作电子电路时，热量是影响所有类型元器制作电子电路时，热量是影响所有类型元器件的一个重要因素件的一个重要因素 商用半

14、导体器件的结温极限约为商用半导体器件的结温极限约为150150C 使用散热片和散热扇并在外壳上提供通风孔使用散热片和散热扇并在外壳上提供通风孔来保持器件较低的结温来保持器件较低的结温 温度会加速大多数半导体器件产生故障，大温度会加速大多数半导体器件产生故障，大多数故障产生机制都与温度有关。某些器件多数故障产生机制都与温度有关。某些器件过热的共同原因是过热的共同原因是EOS和和ESD 16产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低 元器件的选择应能满足元器件的选择应能满足应用要求和应用要求和工作温度条件工作温度条件 采

15、用筛选测试结果在采用筛选测试结果在耐热耐热方面具有方面具有良好特性的元器件良好特性的元器件 对元器件参数进行足够的对元器件参数进行足够的减载运行减载运行 使得元器件不会在技术参数的极限使得元器件不会在技术参数的极限值附近被损坏值附近被损坏 Continued17产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低产品开发初期控制热量的成本最低确保用户即使在最差的环境条件下，器件确保用户即使在最差的环境条件下，器件的的结温结温也不会超出极限值也不会超出极限值 必要时提供足够的必要时提供足够的散热装置散热装置以保持器件温以保持器件温度较低，并应在散热装置和发热

16、器件周围度较低，并应在散热装置和发热器件周围保持通风保持通风 在必须连续工作的大功率设备中采用在必须连续工作的大功率设备中采用强制强制风冷风冷 将半导体器件的结温限制在将半导体器件的结温限制在125C左右左右 热量设计的目的是以热量设计的目的是以最小的代价最小的代价获取获取最佳最佳的制冷效果的制冷效果 18避免元器件过热设计方法避免元器件过热设计方法避免元器件过热设计方法避免元器件过热设计方法 热敏感元器件热敏感元器件（如半导体器件等）（如半导体器件等）远离热源远离热源（大功率电阻、大功率晶体管等）（大功率电阻、大功率晶体管等）保证良好的通风散热保证良好的通风散热,如安装散热片如安装散热片,设

17、置通风设置通风孔孔,必要时采用强制风冷必要时采用强制风冷,确保器件在其确保器件在其SOA范围内范围内工作工作,器件结温在极限范围之内等器件结温在极限范围之内等 对器件热性能指标减载运行对器件热性能指标减载运行,通常通常80%80%的减载对的减载对降低结温和减少功耗较好降低结温和减少功耗较好 用软件对设计的电路板进行热量仿真用软件对设计的电路板进行热量仿真 SOA:Safe Operation Area19环境测试中断的原因环境测试中断的原因环境测试中断的原因环境测试中断的原因 产品在做温度试验期间，由于主、客观原因产品在做温度试验期间，由于主、客观原因有可能使试验中断有可能使试验中断.可分为两

18、种情况可分为两种情况:由于试验样品的故障使试验必须中断由于试验样品的故障使试验必须中断 由于试验设备的原因造成试验中由于试验设备的原因造成试验中断断 20环境测试中断环境测试中断环境测试中断环境测试中断情况及其情况及其情况及其情况及其处理方法处理方法处理方法处理方法 容差范围内的中断容差范围内的中断 当中断期间试验条件没有超出允许误差范围时，中断时间应作为当中断期间试验条件没有超出允许误差范围时，中断时间应作为总试验时间的一部分总试验时间的一部分 欠试验条件中断欠试验条件中断 对欠试验条件的中断，当试验条件低于允许误差下限时，应从低对欠试验条件的中断，当试验条件低于允许误差下限时，应从低于试验

19、条件的点重新达到预先规定的试验条件，恢复试验，一直于试验条件的点重新达到预先规定的试验条件，恢复试验，一直进行到完成预定的试验周期进行到完成预定的试验周期 过试验条件中断过试验条件中断 对过试验样品重做，如果过试验条件不会直接造成影响试验条件对过试验样品重做，如果过试验条件不会直接造成影响试验条件中断处理，如果以后试验中出现试验样品失效，则应认为此试验中断处理，如果以后试验中出现试验样品失效，则应认为此试验结果无效结果无效 21实际工作中对试验中断所采取的方法实际工作中对试验中断所采取的方法实际工作中对试验中断所采取的方法实际工作中对试验中断所采取的方法 对因试验样品的故障引起的试验中断对因试

20、验样品的故障引起的试验中断 采用待试验样品修复后重新试验的方法采用待试验样品修复后重新试验的方法 对于因试验设备的原因对于因试验设备的原因(如突然停水、停如突然停水、停电、设备故障等电、设备故障等)而引起的试验中断而引起的试验中断 如果中断时间不是很长如果中断时间不是很长(2小时以内小时以内),),我们通常我们通常按照按照GJB 150中规定的欠试验条件中断进行处中规定的欠试验条件中断进行处理理,如果时间过长如果时间过长,这项试验必须重做这项试验必须重做 22应用试验中断处理的规定的依据应用试验中断处理的规定的依据应用试验中断处理的规定的依据应用试验中断处理的规定的依据 由试验样品温度稳定的规

21、定来决定的由试验样品温度稳定的规定来决定的试验温度下的持续时间以试验样品在该温度下达到温度稳定为准试验温度下的持续时间以试验样品在该温度下达到温度稳定为准试验样品内部温度达到热平衡与其表面达到热平衡的时间存在一个试验样品内部温度达到热平衡与其表面达到热平衡的时间存在一个时滞，这个时滞就是温度稳定时间时滞，这个时滞就是温度稳定时间实际工作中，我们就以实际工作中，我们就以2 2小时当作温度稳定时间小时当作温度稳定时间 试验过程中试验过程中,如果遇到突然停水如果遇到突然停水,停电或试验停电或试验设备故障的情况设备故障的情况,我们首先应密闭试验箱门我们首先应密闭试验箱门 试验设备突然停止运行时，只要密

22、闭箱门，试验箱门的温度不会急剧地试验设备突然停止运行时，只要密闭箱门，试验箱门的温度不会急剧地变化，在时间很短的情况下，试验样品内部的温度也不会有太大的变化变化，在时间很短的情况下，试验样品内部的温度也不会有太大的变化 23SummarySummary 随着产品的小型化随着产品的小型化,产品在使用过程中会遇产品在使用过程中会遇到比以前更加严苛的环境到比以前更加严苛的环境,这时环境测试就这时环境测试就尤为重要尤为重要,通过环境测试可以排除一些设计通过环境测试可以排除一些设计上存在的瑕疵上存在的瑕疵,保证产品能在实际使用环境保证产品能在实际使用环境下正常工作下正常工作,大大提高产品的可靠度大大提高产品的可靠度在这篇报告中在这篇报告中,我们首先讲述了温湿度的基我们首先讲述了温湿度的基本概念本概念,然后就温湿度引起的失效进行分析然后就温湿度引起的失效进行分析,之后就一些测试相关的项目做了一些补充之后就一些测试相关的项目做了一些补充介绍介绍.希望这个报告能拋砖引玉希望这个报告能拋砖引玉,对大家的对大家的工作有一定帮助工作有一定帮助 24The End The End