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常见问题
第一章 可靠性概论
国民经济和科学技术的发展，对产品的质量提出了越来越高的要求，不仅要求电子产品具有良好的技术性能，而且希望它能作到"高可靠、长寿命"。所谓产品的可靠性，就是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。由于人们希望对产品的可靠性从定性的认识上升到定量的认识，因而便提出了失效率、平均无故障工作时间、可靠度、维修度、有效度等可靠性指标。可靠性指标是衡量产品质量的重要内容之一。怎样评价产品的可靠性？产品可靠性水平不高的原因是什么？如何分析并提高产品的可靠性？这一系列的问题，就构成了可靠性这一学科的主要内容。
可靠性的基本概念和理论
a．可靠性的定义
•产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力
•产品的主要性能参数在规定条件下随时间变化的稳定程度
•产品所能适应的环境应力范围
•产品的寿命、失效率或质量等级
•必须消除或控制产品的失效模式
b．可靠性发展的历史
国外
40年代重视可靠性，50年代调查分析、统计试验，60年代失效分析，70年代可靠性工程
国内:
60年代提出可靠性问题 、70年代开展可靠性研究（军用七专生产线、民用彩电可靠性）80年代以后可靠性保证、管理、系统工程
可靠性是战争的产物；是军用产品的重要指标；是企业的命脉
c．可靠性概念
可靠性相关因素：工作和环境条件、规定时间 、规定功能（失效判据）
产品的失效分类
产品的失效可以分为：
a．致命失效、漂移性失效、间歇失效等。
B．早期失效、偶然失效和耗损失效
致命失效是指产品完全失去规定功能能力的一类失效。
漂移性失效是指产品的一个或几个参数超过规定值所引起的一类失效，如半导体器件的电流增益、反向漏电流的漂移超过所规定的数值，电阻器的阻值，电容器的容量、损耗角正切、绝缘电阻发生漂移引起的失效等。
间歇失效是指产品在使用或试验过程中呈现时好时坏一类的失效。（管壳内混有可动导电微粒，造成振动引起的瞬时短路）
独立失效系指和系统中其他失效不相关的失效。从属失效系指因系统中某一部件失效而引起的相关失效。
早期失效往往是由于产品存在有先天不足的缺陷所造成的。
对于可修复的产品而言，两次故障之间的时间间隔称为该产品的寿命。
d．可靠性指标
可靠度 R(t):产品在规定条件下使用时间t后，还能完成规定功能的概率
随机事件、概率
R(t)=p (T>t)
R(t)=[N-n(t)]/N
N为总数、足够大、n(t)t时刻的失效数
累计失效概率（寿命分布函数）F(t)：产品在规定条件下工作到时间t的失效概率
F(t)=Q (T<t)
F(t)=n(t)/n N为总数、足够大、n(t):t时刻的失效数
F(t)+R(t)=1
失效概率密度函数f(t)：产品在t时刻的单位时间内的失效概率
f(t)=dF(t)/dt
失效率 λ（t）＝f(t)/R(t)
浴盆曲线
失效率单位 1 Fit=1*10-9/小时
e．寿命特征•在明确一
在明确一批产品的失效率λ((t)特征后，可得到表征寿命的特征量：
平均寿命(MTBF)
可靠寿命：R(t)=r所经历的工作时间
中位寿命：R(t)=0.5所经历的工作时间
特征寿命: R(t)=1/e所经历的工作时间
f．常见的分布函数
指数分布：偶然失效期的特征，失效率为常数
正态分布：众多随机因素的综合影响表现为叠加或均匀耗损期的特征，
对数正态分布：众多随机因素的综合影响表现为连乘，半导体器件多符合
威布尔分布：凡由于局部失效而导致整体失效的模型
1.1可靠性工作的特点
可靠性工作有其自身的特点，产品的可靠性指标与产品技术性能有着极为密切的联系。产品的可靠性指标，可以针对某些单项技术性能指标而言，也可以针对许多技术性能指标的综合而言。产品的可靠性，不但有与设计和生产有关的所谓“固有可靠性”，而且有与使用条件有关的所谓“使用可靠性”。有人将“可靠性”称为“质量的时间指标”。因此，时间应力对于产品可靠性的影响是不可忽视的。
产品的可靠性指标与产品的技术性能指标之间还有一个很重要的区别。那就是产品的技术性能指标可以通过仪器的直接测量，用灵敏度、选择性、不失真功率、图象明亮度、清晰度、保真度来表示。而产品的可靠性指标是一个统计指标，只有在进行可靠性试验、分析及调查研究的基础上，才能对产品的可靠度、失效率、有效度以及寿命特征进行正确的统计评价。
可靠性指标的综合性决定了可靠性工作内容的广泛性；可靠性指标的时间性及统计性决定了可靠性评价和分析方法的特殊性。影响产品可靠性的因素是多方面的，既有原材料和元器件方面的因素，也有设备及系统工程方面的因素；既与设计生产技术有关，也与科学管理水平有关。可靠性工作具有科研和管理双重性，可靠性管理和可靠性技术是可靠性工作中两个不可缺少的环节。
1.2可靠性工作的技术内容
可靠性技术是研究如何评价、分析和提高产品可靠性的一门综合性的学科。可靠性技术与数学、物理、化学、管理科学、环境科学、人机工程、系统工程以及电子技术各专业学科密切相关并相互渗透。研究产品可靠性的数学工具是概率论与数理统计学；暴露产品薄弱环节的重要手段是进行环境与寿命试验；评价产品可靠性的重要方法是收集可靠性信息并进行统计分析；分析产品失效机理的重要基础是失效物理学；提高产品可靠性的重要途径是加强可靠性管理、制定可靠性计划、研究可靠性理论，暴露并分析产品的薄弱环节、进行信息反馈、应用可靠性技术、开展可靠性设计和可靠性评审。
可靠性技术包括可靠性系统分析、可靠性设计、可靠性生产、可靠性维护、可靠性试验、可靠性失效分析以及可靠性数据收集处理和交换技术等等。
1.3可靠性试验的意义
可靠性试验是为评价分析产品可靠性而进行的试验。通过可靠性试验可以确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性特征量，为设计、生产、使用提供有用的信息。通过试验也能充分暴露产品在设计、原材料、工艺等方面存在的问题，经过失效分析进而找出改进的措施。在这样一个“发现－分析－纠正”的循环中，不断地提高产品的可靠性。由此可见，开展可靠性试验和进行失效分析是生产高可靠产品的重要环节。
可靠性试验的目的是:
(a) 发现产品在设计、材料和工艺方面的各种缺陷。（摸底）
(b) 为改善产品完好性、减少维修费用及保障费用提供信息（鉴定）。
(c) 确认是否符合可靠性定量要求。（验收）
(d)评价产品的使用寿命。
因此，不要认为可靠性试验只是为了对产品作出接收、拒收或合格、不合格的结论，另一个重要的作用是通过可靠性试验发现产品的存在的问题，采取有效的措施予以纠正，从而提高产品的可靠性。
可靠性与费用的关系
一般来说，可靠性试验的费用较高。但如上所述，有效的可靠性试验可成十倍地提高初始样机的可靠性，因此从费效比来权衡，还是值得的。当然，这并不排斥要充份利用其他试验的信息、或与其他试验结合起来节省费用。可靠性工作的经济效益对产品进行可靠性投资可以提高产品的良品率，延长产品的使用寿命，减少产品的维修费用，降低产品的备份数量，扩大销售 额，缩短研究周期，从而在产品的整个使用寿命周期内，将会节省和回收更多的资金。对产品的可靠性要求越高，其投资费用也就越大，而维修费用就会越低。
图1－1 可靠性试验费用与维护费用
第二章 可靠性试验的分类
可靠性试验的分类由于不同的应用有不同的分类方法，下面从试验目的、试验场地、试验方法分类。
2．1按试验目的分类
可靠性试验可分为工程试验与统计试验两大类。工程试验的目的在于暴露产品的可靠性缺陷并采取纠正措施加以排除(或使其出现率低于容许水平)。这种试验由承制方进行，以研制样机为受试产品。在试验过程中，如产品出现可靠性缺陷(故障)，一般即时撤换故障件，修复后继续进行试验。对故障原因进行分析，采取有效的针对性措施予以纠正，提高产品的可靠性。(装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB.450—88)
工程试验包括“环境应力筛选试验”及“可靠性增长试验”。
环境应力筛选试验是应力筛选的一种。是为发现和排除不良零件、元器件、工艺缺陷和防止早期失效的出现在环境应力下所做的一系列试验。典型应力为随机振动、温度变化及电应力。(电子产品环境应力筛选方法GJB 1032-90)
可靠性增长试验是为暴露产品的可靠性薄弱环节，并证明改进措施能防止可靠性薄弱环节再现(或使其出现率低于容许水平)而进行的一系列可靠性试验。（可靠性增长试验 GJB1407－92）
统计试验包括可靠性测定试验及可靠性验证试验。
可靠性测定试验是为确定产品的可靠性特性或其量值而进行的试验。这是一种目的不在验收与否的可靠性试验。承制方通过可靠性测定试验对产品当前达到的可靠性水平获取信息，来判断离开要求的水平还有多大距离。这是一种经常被忽视但很重要的可靠性试验。
可靠性验证试验是为确定产品的可靠性特征量是否达到所要求的水平而进行的试验。可靠性验证试验的目的是为了验证产品的可靠性，主要不是在于暴露产品的可靠性缺陷 (当然，对可靠性验证试验中暴露的重大可靠性缺陷，承制方有责任找到原因并采取纠正措施)。可靠性验证试验的试验计划由承制方制订，但因牵涉到接收、拒收，合格、不合格的判决，故必须经订购方的认可。它分为可靠性鉴定试验与可靠性验收试验。
可靠性鉴定试验是为确定产品可靠性与设计要求可靠性的一致性，并以此作为批准定型的依据(对维修性而言，亦称为验证试验)。
可靠性验收试验是用已交付或可交付的产品在规定条件下所作的试验，其目的是确定产品是否符合规定的可靠性要求。（可靠性鉴定和验收试验GJB899－90）
2．2 按试验场地分类
可靠性试验可以是实验室试验，也可以是使用现场试验。
实验室试验(laboratorytest)是在实验室内模拟实际使用条件或在规定的工作及环境条件下进行的试验。使用现场试验(eldtest)是在实际使用状态下所进行的试验。对产品的工作状态、环境条件、维修情况和测量条件等均需记录。实验室试验是在规定的受控条件下的试验。它可以模拟现场条件，也可以不模拟现场条件。大多数装备是在不同的、比较复杂的环境条件下使用的。产品在不同的环境下使用时，可靠性不一定相同。在实验室试验中，显然不可能去模拟各种使用环境。因此必须根据各种可能的使用环境条件及其出现概率，综合出一个有代表性的典型的实验室试验用的环境条件，供实验室试验使用。
使用现场试验从原理上说，能最忠实地反映产品的实际可靠性水平。但是这里也有很多问题，如上所述，不同使用环境的产品可靠性是不一定相同的。而使用现场试验的环境条件不可控，因此现场可靠性数据需要折算到标准的典型环境条件下的可靠性，由于这种折算关系相当复杂，一般只能作一些近似折算。更重要的问题是使用现场试验往往需要较长的试验时间，因此只有在投入使用现场试验较长时间后，人们才能测定产品的可靠性或发现它的潜在缺陷。这时再要采取纠正措施，即使还来得及，也是事倍功半的。
但是在产品研制过程中，不一定能发现产品所有的潜在缺陷。因此，在产品通过鉴定试验定型投入小批生产交付试用的早期阶段，还应把用户现场使用产品与现场可靠性试验结合起来，继续对产品可靠性进行测定，发现产品的可靠性缺陷加以改进。
在某些情况下，系统(设备)的规模庞大，或是单价过于昂贵，在实验室内已不易或不可能进行系统(设备)的可靠性试验时，只能用非直接试验的办法对系统(设备)的可靠性进行分析、估计。这种测定、验证的办法不是完全可信的，需要通过现场使用积累数据，即把现场使用作为使用现场试验，来验证原先分析和估计得到的测定，验证结论的正确性。我国的卫星可靠性就是这样进行的。从卫星的元器件、整机的可靠性试验及以往的可靠性数据，通过可靠性分析综合对卫星的可靠性在发射前作出估计。再通过卫星工作的实际数据，对卫星的使用现场可靠性作出估计。两者比较，现场可靠性比估计的还要高一些(原因之一是由于试验次数有限，统计估计略偏保守)。
产品的耐久性试验(endurancetest) 亦是一种可靠性试验，是为测定产品在规定使用和维修条件下的使用寿命而进行的试验。它既包括耐久性测定试验，也有耐久性的验证试验，包括耐久性的鉴定试验及耐久性的验收试验。有的耐久性试验例如汽车的使用里程可以作实际试验，但很多使用寿命为若干年的产品往往等不及作多少年试验就希望得出结论。因而多采用加速试验(acceler-atedtest)的办法，即所谓缩短试验时间。它是在不改变故障模式和失效机理的条件下，用加大试验应力的方法进行的试验。但用加速试验得到的使用寿命的估计值不一定很准确，需要用现场使用数据进行核对。因此亦需要把现场使用作为使用现场试验来核对原先的估计。因此，有计划地把现场使用作为使用现场试验来收集数据、信息是很重要的。这种办法用的费用少、数据采集、信息多，并且环境是真实的。使用方及承制方都应重视现场使用信息的收集及分析
2．3按试验方法分类
从广义上来说，凡属与可靠性有关的试验都属于可靠性试验。例如，筛选试验、质量认证试验、产品的交收验收试验、产品的质量检验等等。本节可靠性试验分类，指专门用来评价产品可靠性特征量或用来确定产品失效模式而作的各类试验。这些试验主要有寿命试验、评价鉴定试验、环境适应性试验等。它们所包含的内容如图1所示。
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恒定应力 |
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步进应力
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序进应力
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加速
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寿命试验
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长期
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工作
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贮存
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评价鉴定 试 验
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环境适应性 试 验
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设备MTBF试验
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元器件失效率试验
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常规
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加速
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人工模拟
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现场使用试验
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天然暴露试验
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非截尾
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截尾
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定时
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定数
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寿命试验是评价分析产品寿命特征的试验，通过寿命试验可以了解产品寿命分布的统计规律，以作为可靠性分析的基础，作为制定筛选条件和改进产品质量的依据。寿命试验可分为贮存寿命试验、工作寿命试验、加速寿命试验等。按照截尾方式分，还有定时截尾，定数截尾和非截尾试验等。
贮存寿命试验产品在规定的环境条件下进行非工作状态时存放试验，叫做贮存试验。通过贮存试验可以了解产品在特定环境条件下的贮存可靠性。有些产品生产出来之后，不一定立即交付使用，而是先在仓库里贮存一段时间。在贮存期间内，其参数变化规律如何，能不能保持原有的可靠性指标，贮存期有多长等，这些问题郁需要经过贮存试验才能搞清楚。贮存条件可以根据产品的作用要求而设置。通常有室内，棚下、露天、坑道等。贮存试验时，样品处于非工作状态。失效率较低，通常要选择较多的样品作较长期的观察测量，才能对产品可靠性作出比较好的预计和评价。还有一种贮存试验是属于加速试验，例如高温贮存等。
工作寿命试验对产品在规定的条件下作加负荷的试验，叫做工作寿命试验，工作寿命试验分为连续工作寿命和间断工作寿命试验。
连续工作寿命试验是传统的寿命试验方法、它本身又分为静态和动态两种试验。
静态试验就是加最大直流额定负荷的寿命试验。这种试验的优点是设备简单，但比较耗时费资。
动态试验是模拟产品实际工作状态的一项试验，例如集成电路在规定负荷、信号源情况下所作的寿命试验，开关晶体管的脉冲寿命试验等，都是动态试验。动态试验由于试验条件与产品的实际工作状态非常接近，所以它的准确性比静态试验好。动态试验的设备比较复杂，费用较高。仅在某些必要的场合下才采用，一般仍以静态试验为主。但在国外，对集成电路等器件都规定要作静态和动态两种试验。
间断工作寿命试验是使样品周期性地处于工作和断开状态的试验。例如，用来评价大功率器件对内部温度剧变和电应力突变能力的试验，就是间断工作寿命试验。
加速寿命试验是由于长期寿命试验需要较长的时间，为了缩短时间、节省样品与费用、快速地评价产品的可靠性，就需要作加速寿命试验。加速寿命试验是在既不改变产品的失效机理又不增加新的失效因子的前提下，提高试验应力，加速产品失效进程的一种试验方法。根据加速寿命试验的结果，可以预测产品在正常应力下的寿命特征。按照试验应力的不同施加方式，加速寿命试验可以分为“恒定应力加速寿命试验”、“步进应力加速寿命试验”和“序进应力加速寿命试验”等。
研制和生产单位最为关心的问题是产品定型生产后，产品的可靠性和长期工作寿命，寿命试验作为评价产品的使用时间是非常必要的。
评价鉴定试验包括对产品选择的比对试验、产品的质量认证试验、交收验收试验（失效率试验）。失效率试验是可以确定一定失效率的期间内进行的试验，常被用于交收试验和质量认证。
截尾试验和非试尾试验 试验一直进行到全部试验样品都失效才截止的试验，称为非截尾试验;试验进行到规定的时间就截止的试验，称为定时截尾试验，试验进行到规定失效数就截止的试验，称为定数截尾试验。根据试验过程中失效样品是否可以替换的情况，还可分为有替换试验和无替换试验。
环境适应性试验 包括现场使用试验、天然暴露试验和人工模拟试验等
2．4型式试验（验证试验、定型试验）
型式试验在产品研制和开发阶段同步或后期进行，试验目的是考核研制的产品在满足技术指标情况下对各种环境条件的适应性。为生产的产品取得相应质量许可作准备。
型式试验应尽量涵盖环境试验的内容。在开发阶段对元器件、PCB板、连接器等易产生问题的部件要通过试验做到心中有数，生产过程中的部分试验（如焊接温度、焊接时间、固化温度、固化时间、静电防护），成品阶段的产品环境适应性。
2．5例行试验
例行试验在产品稳定生产的过程中进行，分批次的例行试验，定期的例行试验，试验内容以高低温、温循、温冲、湿热为主。可以对产品也可对半成品、组件、或关键件进行试验
2．6 其他试验（在实际工作中常发生）
在用户的使用中往往会提出比某一项原定技术指标更高要求的使用条件，因此必须进行超额使用的试验。例如230℃、10秒的耐焊接热元器件，能否在260℃、6秒的条件下使用。
2．7 可靠性试验的新发展（简介）
统计过程控制体系(Statistical Process Control Systems)
工序能力指数Cpk
长期以来传统常规质量控制的方法是：生产厂家的质量控制和用户对元器件产品质量通常采用事后检验评价的方法，方法可分为以下3类：
（1） 批接收抽样检验，检验该批产品是否满足产品规范要求。
（2） 可靠性寿命试验，评价产品的可靠性水平。
（3） 从现场收集并积累使用寿命数据，评价相应产品的使用质量和可靠性。
传统方法的适用性和存在的问题：
（1） 批试验方法，适用于成品的检验试验，作为批次性产品的检验、接收，是常规不可缺少的质量检验方法。在产品质量总体水平不高时，批次性的检验可明显反映不同批次产品的质量差别。但产品质量水平达到每一批都能通过批抽样检验时，生产方已无法区别不同批次之间必然存在的质量差别，采购方也无法确定哪个生产厂家的产品质量更高。
（2） 寿命试验方法，在产品可靠性水平不高时，试验所要求的元件小时数少，比如5级6级以下，此时寿命试验还是经济可行的。但产品质量水平较高时，所需样品数太多，试验成本过高。
（3） 数据累计评价方法，适用于成熟批量产品在一段时间内评估使用阶段（t>0）的可靠性，要求有稳定可靠的数据来源。但这种方法存在“滞后性”，对生产质量的实时控制不能发挥重要的作用。
由于传统方法在现代生产中存在的问题，因此迫使人们寻找新的质量控制方法，Cpk/SPC控制方法就是90年代电子工业借鉴机械工业而发展起来的新的质量控制方法。国际上，电子工业生产应用Cpk/SPC技术最具代表性的是美国的Motorola公司，在生产过程中大量采用Cpk/SPC控制技术应用于常规的产品测试和质量控制，同时要求供货方在提供产品时，也能提供SPC、Cpk数据。
降低产品成本的需求
传统的产品质量检验方法，有赖于最终产品的检验和筛选，这种检验策略是一种事后检验，只有不合格品产生后才能检验出来，往往造成浪费和材料成本增加。尽管生产厂在生产过程中，也以不同的方式对半成品进行质量检验，但通常是厂家自定的定性检验或不规范的检验，不能很好地控制生产过程的质量水平、不能定量控制最终产品的不合格品率。
而建立一种避免浪费、减少不合格品产生的预防性质量控制策略是更为有效的质量控制方法。Cpk/SPC即是一种通过收集过程信息并分析，对生产过程本身进行控制，达到最终不合格频率能够定量控制的一种技术手段。
使用的标准：
国内：
² 在ISO9000以及QS9000系列标准中提出了在生产控制中应用SPC技术的要求。
² GJB 3014－97 《电子元器件统计过程控制体系》
² GB 4091－2001《常规控制图》(ISO 8258:1991)
² GB 4091.1～4091.9－83《常规控制图》
² GB 4886-85 《带警戒限的均值控制图》
² GB 6381-86 《通用控制图》
² GB 4887-85 《计数型累积和图》
国外：
² EIA－557-A 《Statistical Process Control Systems》，1996
² EIA-557-1《Guidance for the Selection of Critical Manufacturing Operations for Use in Implemention an SPC System for Passive Components》，1991
标准规定了在生产中建立Cpk评价和SPC控制体系的要求，并给出了SPC控制所用的常规控制图要求。
第三章 可靠性试验
3．1可靠性试验的要素
3．1．1试验条件
可靠性试验的条件既要考虑到受试产品的固有特性，还要考虑到影响受试产品故障出现的其他因素。在选定产品可靠性试验的条件时，应考虑下述内容:
(a)要求或进行可靠性试验的基本理由；
(b)预期的产品使用条件的变化；
(c)使用条件中的不同应力因素引起产品故障的可能性；
(d)不同试验条件下需要的试验费用；
(e)可供可靠性试验用的试验设备；
(f)可供试验用的时间；
(g)预计的不同试验条件下的产品可靠性特征值。
如果从安全性要求出发，产品可靠性不能低于某一水平，则试验条件应考虑到给定使用条件下的最严酷情况。
如果为了进行维修性的鉴定试验，则试验条件应高度接近典型的现场使用条件。
如果进行两种设备的可靠性对比试验，则往往用容许范围内接近于极限的应力等等，视具体试验目的而定。
一般情况下，除了所谓强化试验(特定情况下，施加应力超出了规定的产品承受的应力容许范围)外，施加应力不应超出规定的容许范围(加速试验例外)。
3．1．2故障判据
容差限度对于产品的每一个需要监测的参数应规定它的容差限度。如果参数值落在容差限度内，则该参数性能是可靠的；如果参数值落在容差限度外，则该参数性能是不可靠的。当需要监测的参数值永久地或间断地落在容许限度外，就认为出现了一个故障。参数的容许限度与产品的功能密切相关。例如在某些精密设备中，金属膜电阻器的阻值超额定值上、下5%的区间就算失效。但在某些民用电器中，不超额定值上、下10％都不算失效。
独立故障和从属故障产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称故障(fault，failure)，对某些产品如电子元器件、弹药等称失效。不是由于另一产品故障引起的故障叫独立故障(independentailure)；由于另一产品故障而引起的故障叫从属故障(dependentailure)。例如某项产品在测试时，产品上一批CMOS器件受高电压冲击损坏。经分析，是二次电源一支晶体管短路，产生高压脉冲。因此，晶体管短路是独立故障，而若干CMOS器件被高压脉冲引起的浪涌电流烧毁，则是从属故障。
如果出现两个或更多的独立故障原因，则每一个故障原因都认为是受试产品的一个故障。
误用故障对产品施加了超出其规定忍受能力范围的应力而造成的故障称为误用故障(misusefailure)。在可靠性试验期间，误用故障可能是于非故意的不符合规定的试验条件造成的。例如，试验的严酷程度超过规定值范围，试验或维修人员的粗心操作等等。
关联故障和非关联故障从属故障、误用故障或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障叫非关联故障(non-relevantfailure)。否则叫关联故障 (relevantfailure)。某些故障已经出现，经分析，采取修改设计或其他纠正措施可以消除，但需要时间。在投人可靠性试验的产品上，还来不及纠正。这类故障在可靠性试验中重复出现时，判为非关联故障。在可靠性试验方案中，还可对非关联故障作一些补充定义。这些定义应该是明确的无二义的。在可靠性试验中出现的受试产品的每一个故障，都必须明确是关联故障还是非关联故障?已经出现不少这样的事例。在可靠性鉴定或验收试验中出现了较多故障，直接影响了定型能否通过及批产品能否接收时，承制方就尽可能找理由把故障归入非关联故障。非关联故障或事先已经规定不属其组织机构责任范围内的关联故障叫非责任故障(non-chargeablefailu)，否则叫责任故障。
可靠性测定试验中对产品可靠性作出估计(包括点估计及区间估计)，可靠性验证试验中对产品作出合格、不合格的结论或对批产品作出接收、拒收的结论，所依据的是在试验期间或试验结束时观测到的受试产品的所有关联故障的信息。因此在可靠性试验中，判定出现的故障属于关联故障还是非关联故障即所谓故障分类是一个重大工作项目，也是在订购方与承制方之间常常争论的焦点。尤其当故障数是在合格与不合格、接收与拒收的判定数的边界时，就容易争论不休。
3．2 可靠性试验的基本原则
由于产品的可靠性与使用的环境条件密切相关，因此可靠性测定试验、验证试验、增长试验的环境条件应尽可能反映产品在现场使用与任务环境的特征。
任务剖面是对产品在完成规定任务这段时间内所要经历的全部重要事件和状态的一种时序描述。一个产品可能要执行多种任务，因此任务剖面可以有多个。环境剖面是产品在贮存、运输、使用中将会遇到的各种主要环境参数和时间的关系图。
1．可靠性试验计划在进行试验前应经评审通过。提交评审的除可靠性试验计划，还应提供下列文件:
(a)产品环境适应性试验报告;
(b)产品环境应力筛选报告;
(c)产品的可靠性预计报告;
(d)产品的FMEA或FMECA报告;
(e)专项可靠性试验(热测试、振动测定、EMC等)报告。
2．计划评审时，故障判据及故障分类准则(即判为关联故障与非关联故障的准则)应由订购方及承制方取得一致意见。
3．在进行可靠性试验之前应该取得试验设备、仪器、仪表工作符合规定要求的报告。其中应包括产品安装在试验设备上之产品通过夹具传递的振动特性，通过安装后的温度场经测试符合规定要求的测试报告。
4．投人可靠性试验的受试产品应该已经过筛选、老炼，排除了早期故障的。
5．某些专门项目的可靠性测试或验证试验应该在产品的可靠性试验与验证试验之前完成。例如电子、机电产品的热设计是一项单独的可靠性工作。产品的样机出来后，就应进行工作状态下的热测试 (包括用热传感器测量关键部位的温升或用热象仪测温度)，是否达到原来要求的热环境。EMC试验、振动试验亦是如此
3．3 可靠性试验的综合安排
可靠性试验一般是既费时间，又要花费较大人力物力的工作项目，因此产品可靠性大纲的试验计划的安排应该尽可能把可靠性试验、性能试验、环境试验和耐久性试验结合起来，构成一个比较全面的可靠性的综合试验计划，这样可以避免重复试验，且不滑掉在单项试验中经常易受忽视的缺陷，从而节省时间、费用。
产品的性能测试一般在产品的样机生产出来之后就立即进行。产品的性能特性参数有规定的容许限。如果性能特性参数落入容许限，产品的性能是合格的，我们说"产品的性能可靠"，否则，产品的性能是不合格的，我们说 "产品的性能是不可靠的"。
但是产品性能可靠与否不能只以标准实验室条件下的测试结果作为结论，还应在规定的容许的极限条件下进行测试，看产品能是否合格？以半导体器件及集成电路为例，对军用级产品，不仅在标准实验室温度下测试的性能应是合格的，而且在一55C温下及十125C温度下测试的性能也应是合格的。普通工业级半导体器件及集成电路，如果满足上述温度要求，则加以标识"M"(注意，这M不是代表"军用级"，只代表满足军用级的温度要求)。由于试验条件不可能绝对一致地重复，再加上测量误差，因此同样试验条件下的重复测量存在再现性误差。但当重复测量的性能参数值相差过大时，说明产品的性能参数出现了过大的漂移，性能也是不可靠的。为此，在试验前、试验中、试验后，都应进行产品性能测试，记录试验前、中、后的性能。
(a)试验前的性能。在开始进行任何试验以前，应该在标准环境条件下确定出与规定要求相关联的受试产品的性能参数的基准值。为在试验过程中或试验结束时，检测产品的设计性能提供基准或故障判据的依据；
(b)试验中的性能。应将每一次试验循环过程中受试产品的性能参数值记录下来，并与试验前的数据进行对比；
(c)试验后的性能。试验结束时，应记录受试产品性能参数值，并与试验前、试验中的性能值及规定的基准及容许漂移量进行对比。
在可靠性测定试验、可靠性验证试验、可靠性增长试验之前，应该先进行产品的筛选、老炼，排除产品的早期故障，使产品的故障率趋于稳定，这样在可靠性试验中才可反映出产品的固有可靠性，而不是暴露产品的早期故障。可靠性增长、验证试验都是很费人力、物力的。让它们来暴露产品的早期故障是太不值得了。因此环境应力筛选试验必须在增长试验、验证试验及某些可靠性测定试验之前完成。有时按系统验证可靠性参数是不现实或不充分的情况下，允许用低层次产品的试验结果推算出系统可靠性值作为测定或验证。这叫系统的可靠性综合。但是系统组成部分都可靠不一定可证明系统可靠。因为组成部分合成一个系统时还有一个极为重要的协调、匹配问题。例如环境条件的协调、匹配，电磁兼容(EMC) 问题、热匹配问题等等。只有这些组成部分之间的协调、匹配是没有问题的，则从组成部分的试验结果综合得到的系统可靠性值才是可信的。只是组成部分之间的协调、匹配也还必须用少量的系统试验来核实，因此在任何情况下，少量的系统试验也是必不可少的。
可靠性验收试验所冒的风险可以比可靠性鉴定试验大一些。这是因为产品已通过了鉴定试验，加上生产过程的严格管理保证了质量可靠性水平不会显著低于定型水平，从统计学观点说，对质量可靠性提供了验前保证信息。可靠性增长试验是产品可靠性逐步提高的过程，尽管从统计学的观点看，产品的可靠性这个总体参数不断变化。对于固定某一可靠性参数的总体来说，样本量不大，但从不断增长可靠性参数的一系列总体来看，总的样本量是不少的。如果对最后一个样本用经典方法对产品可靠性作出估计。则由于样本量不大，估计的效果一般是不好的。但从一系列可靠性不断增大的总体的一系列样本来看，信息量是不少的，也即提供了不少验前的质量可靠性保证信息。成功的产品可靠性增长试验也可以对产品的可靠性水平作出较好的测定，从而可以在订购方的认可下代替鉴定试验。
3．4可靠性试验与环境试验
严格地讲，环境试验不属于可靠性试验范畴，它是考核产品对环境条件的适应性问题，但它又和可靠性试验中环境条件的确定以及故障的分析等密切相关，因此，在系统或设备的可靠性验证试验开始以前，必须对元器件、零部件及设备完成环境试验，即用容许的边缘环境条件考核产品。将产品置于容许的最严酷环境下，在相对来说不太长时间内，一般会暴露出一些在较长时间的可靠性验证试验中不易暴露出来的故障机理，对提高产品的可靠性有重要作用。
所以在产品的研制阶段，为了掌握环境因素导致的可靠性及失效模式的变化规律，就必须进行环境可靠性试验。环境试验按其目的可分为以下三大类：
（1）极限试验（对产品耐极限应力的试验）：不断增加某一个或某几个环境应力的水平，直至试样失效为止，但失效模式不变。比较在正常使用时相应的环境因素的应力水平，确定产品正常使用的安全余度和允许使用最大环境应力范围。
（2）功能适应性试验：当产品在使用环境条件下极限应力水平已知时，给试样施加在使用中的一个或几个环境因素的极限应力，检验产品的机械、电气特性。要求产品的工作状态不变，性能参数不超差。
（3）结构完好性试验：在产品使用环境条件下极限应力水平已知时，给试验样品施加该应力，考核产品能否长期承受这样大的应力水平，而结构不发生损坏；或者核产品在低于正常使用极限应力的应力水平下使用的潜在能力，验证产品结构是否已经达到最低的安全余度要求。这种试验要求试样在试验中或应力去掉后结构完好，电气、机械性能正常，不允许有结构失效或潜在的结构失效现象。
以上三类试验的时间均不太长，效果好，多年来一直沿用。
第四章 老化与筛选
4．1环境应力筛选定义及其说明
筛选(Screening )：采用非破坏性应力检查所有产品消除隐患。
筛选试验： 为了决定理想的筛选试验应力，必须首先分析早期失效和确定最有可能引起这些失效的应力类型。
常用的筛选方法：
目视和参数测试筛选：主要用于消除早期失效和减少不合格产品数目。筛选测试经常被生产方作为出厂检查，使用方作为使用前的检查。
通电老化筛选：施加合理的电应力，剔除早期失效的产品。
环境应力筛选：通过向电子产品施加合理的环境应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程。
环境应力筛选效果主要取决于施加的环境应力和检测仪表的能力。施加应力的大小决定了能否将潜在缺陷变为故障；检测能力的大小决定了能否将已被应力加速变成故障的潜在缺陷找出来并准确加以排除。因此，环境应力筛选可看作是质量控制检查和测试过程的延伸，是一个问题析出、识别、分析和纠正的闭环系统。
常规筛选与定量筛选：
常规筛选以能筛选出早期故障为目标。
定量筛选的目标：1。达到浴盆曲线底部拐点；2。交付的产品无可筛选缺陷概率达到规定的水平；3。筛选成本低于现场维护费用。
4．2环境应力筛选作用
环境应力筛选是生产期间排除良好设计产品在制造过程中引入缺陷的工艺手段。可靠性是设计到产品中的，但通过设计使产品的可靠性达到了设计目标值，并不意味着投产后生产的产品的可靠性就能达到这一目标值，实际上由于下列各种原因，产品会引入各种缺陷，包括，使用了有缺陷的元器件、零部件、外购件、备件；制造过程操作不当；制造工艺不完善；制造过程检验工序不完善。
产品的缺陷分为明显缺陷和潜在缺陷两类：明显缺陷通过常的检验手段如目检、常温功能测试和其他质量保证工序即可排除，潜在缺陷用常规检验手段无法检查出来，这些潜在缺陷如果在使用前不剔除，最终将在使用期间的应力作用下以早期故障的形式暴露出来。
一般情况下，一个较好的筛选可使整机的平均故障间隔时间提高一倍或一个数量级。
环境应力筛选的适用范围：包括产品研制阶段（工程设计人员）、批生产阶段和出厂前，着重加强对元器件的筛选。
4．3环境应力筛选的基本特性
环境应力筛选是一种工艺，而不是一种试验。筛选的目的是迫使存在于产品中的会变成早期故障的缺陷提前变成故障，以便在产品投入现场使用前就加以纠正,因此，筛选是对100％对产品进行的。
环境应力筛选是通过施加加速环境应力，在最短时间内析出最多的可筛缺陷。其目的是找出产品中的薄弱部分，但不能损坏好的部分或引人新的缺陷。但此应力不能超出设计极限。
每一种结构类型的产品，应当有其特有的筛选。严格说来，不存在一个通用的，对所有产品都具有最佳效果的筛选方法，这是因为不同结构的产品，对环境(如振动，温度)作用的响应是不同的。某一给定的应力筛选可能会对多种受筛产品都产生效果，这在研制线路组件或电路板这一组装等级上可能性更大。
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确认结果 |
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制造厂商技术细节
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潜在的缺陷
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通过应力引发失效
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寻找失效分析原因
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对失效机理进行分类
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校验筛选方法
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确定筛选方式
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进行筛选试验
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收集市场可靠性数据
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失效分析
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筛选是一个动态的闭环过程，生产早期确定的筛选方法同样需要进行改变。在适当的组装等级上采用能将已知的或预计的制造过程缺陷析出的应力筛选作为基线方案加以实施，通过连续监视环境应力筛选的结果加以控制，而后根据出现某类新缺陷的迹象增加某种筛选，以保证筛选始终有较高的效费比。
环境应力筛选是可靠性统计(鉴定和验收)试验的预处理工艺。任何提交用于可靠性统计试验的样本必须经过环境应力筛选。只有通过环境应力筛选、消除了早期故障的样本，其统计试验的结果才代表其真实的可靠性水平。
环境应力筛选的有效性是指其迫使潜在缺陷变成可检测出的故障，以便对缺陷源实施改正措施的技术效果及费用效益。一个良好的环境应力筛选具备以下特性:
(a) 能够很快析出潜在缺陷，包括能析出适当数量的固有(设计)缺陷；而不会使正常的产品失效。
(b) 不会引起不适当的设计故障，诱发附加的故障，消耗受筛产品寿命。
(c) 不应对制造过程控制增加不适当限制。
4．4筛选用的典型环境应力
环境应力筛选的机理实质上是利用加剧的应力，在短时间内将产品内部一些潜在缺陷加速扩大，使其变成故障。经验表明，快速的温度循环造成产品内部各部分温度不均匀而产生的热应力，以及机械振动在产品中产生的振动响应等，是揭露生产中引入产品潜在工艺缺陷的最好方法。
原则上，环境应力筛选的基本方法是：要能将产品中潜在缺陷激发成为故障的应力都可以用于筛选。但多年来国内外的实践经验表明，筛选用的最有效的环境应力是温度循环和随机振动。美国曾对42家企业进行调查统计，得到的结论是将热循环与随机振动相结合，可以达到90%的筛选率。其中随机振动应力可筛出15％~25％的缺陷，热循环可筛出75%~85%。二者筛选效率比是1：3.5。而随机振动应力比正弦扫描效率高五倍。美国电子产品环境应力筛选指南推荐的筛选条件是：
温度: 最大 －55~十125。C
一般 －40~十95。C
最小 －40~十75C
温变率: 最大 2O℃/min
一般 15℃/min
最低 5℃/min
随机振动:若一个方向 10 min
不止一个方向 每个方向5 min
频率 20~2000Hz
功率谱密度 0.04 g2/Hz
环境应力筛选使用的应力主要用于激发故障，而不是模拟使用环境。根据以往的实践经验，不是所有的应力在激发产品内部缺陷方面都特别有效。因此，通常仅用几种典型应力进行筛选。常用的应力及其强度和费用效果如表4－1所示。从表4－1可看出，应力强度最高的是随机振动、快速温变率的温度变化及其两者的组合或综合，但它们的费用也较高。
表4－1 典型筛选应力
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条件
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应力类型
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应力强度
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费用
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温度
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恒定高温
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低
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低
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温度变化
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慢速温度变化
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较高
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较高
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快速温度变化
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高
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高
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振动
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扫频正弦
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较低
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适中
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随机振动
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高
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高
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综合
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温度变化与随机振动
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高
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很高
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GJB1032“电子产品环境应力筛选方法”
4．4．1恒定高温
表征恒定高温筛选应力的基本参数是上限温度(Tu)和恒温时间( t )。另外一个要考虑的参数是环境温度(Te)，因为真正影响恒定高温筛选效果的变量是上限温度(Tu)与室内环境温度(Te)之差，即温度改变幅度(R) (R＝Tu一Te)。
产品中存在对某一特定筛选敏感的潜在缺陷时，该筛选将缺陷以故障形式析出的概率叫筛'选度(screeningstrength)，是筛选效果的一种量化表达法。
恒定高温的筛选度可按公式(4-1)计算，
SS= 1－exp[0.0017(R+0.6)0.6t] （4－1）
式中 SS 筛选度;
R 高温温度与室温之差(室温一般取25C)l
t 恒定高温持续时间(h)。
恒定高温筛选也叫高温老化，是一种静态工艺，这种方法是使产品在规定高温下连续不断地工作，以迫使早期故障出现。其筛选机理是通过提供额外的热作用，迫使缺陷发展。
进行这种筛选，如果受筛产品不是发热产品，则额外的热作用仅取决于筛选温度Tu；如果受筛产品是发热产品，则筛选高温下产品内部温度分布将极不均匀，特定位置或部件上的温度将取决于特定部位的发热能力、表面积、表面辐射系数、其附近空气速度等。因此，应当测量受筛产品重要元、部件的温度，以保证其达到筛选温度，或防止受到过度热应力。重要元、器件是指那些必须加上适当应力的劣质元部件和不能受到过度热应力的热敏感元、部件。
恒定高温筛选是析出电子元器件缺陷的有效方法，广泛用于元器件的筛选，但不推荐用于组件级 (印制线路板、单元或系统) 的筛选。据统计，在美国使用温度循环对组件进行筛选的公司数要比使用恒定高温对组件进行筛选的公司数多5倍。恒定低温筛选极少使用。
4．4．2温度变化
表征温度变化筛选应力的基本参数包括上限温度Tu、下限温度TL、温度变化速率V、上限温度保温时间tu、下限温度保温时间t和循环次数N。
温度变化筛选度可按公式(4-2)计算
SS=l－exp(－0.0017(R十0.6) 0.6 [ln(e十V)]3 N) （4－2）
式中：
SS 筛选度；
R 温度变化范围(Tu一TL)℃；
e 自然对数的底；
V 温度变化速率(。C/min)；
N 循环次数。
与温度变化相比，不管温度幅度多大，恒定高温筛选效果远低于温度变化。 图4－1 温度变化筛选度曲线
温度变化诸参数中，对筛选效果最有影响的是温度变化范围R、温度变化速率V以及循环次数N。提高温度变化范围和变化速率能加强产品的热胀
冷缩程度和缩短这一过程的时间，增强热应力，而循环次数的增加则能累积这种激发效应。因此加大上述三参数中任一参数的量值均有利于提高温度变化的筛选效果。缩短在上、下限温度值上的停留时间有利于缩短整个温度变化的周期，提高筛选的效率。
图4－1为温度变化幅度80℃时几种温度变化速率的筛选度对比曲线。从图中看出，温度变化速率越快，筛选度越大。
为提高温度变化筛选度，一般可以将产品高、低温贮存温度作为其上、下限温度，但筛选产品不要求在这两个温度工作。
温度变化诱发的故障机理为：当温度在上、下限温度内循环时，设备交替膨胀和收缩，使设备中产生热应力和应变。如果某产品内部有瞬时的热梯变(温度不均匀性)，或产品内部邻接材料的热膨胀系数不匹配，则这些热应力和应变将会加剧。这种应力和应变在缺陷处最大，它起着应力集中者（提升者）的作用。这种循环加载使缺陷长大，最终可大到能造成结构故障并产生电故障。例如，有裂纹的电镀通孔其周围最终完全裂开，引起开路。热循环是使钎焊接头和印制电路板上电镀通孔等产生故障的首要原因。
持续时间受温度循环次数控制，每次循环，应力应变方向变化一次，循环次数也是应力应变方向的变化次数。温度变化范围越大，产品内受到的应力应变范围越大，产品内缺陷发展为故障所需的应力应变次数(也即循环次数)越少。
4．4．3扫频正弦振动
表征扫频正弦振动筛选应力的基本参数是最低频率、最高频率、加速度峰值或位移、扫频速率、扫描时间和振动方向(数)。
扫频正弦振动筛选度按公式(4-3)计算:
SS=l－exp[－0.000727(G/10)0.863 t ] （4－3)
式中： SS 筛选度；
G 加速度量值（m/s2）;
t 振动时间（min）
扫频正弦振动所需加速度量值要比随机振动大得多，用同样振动量值达到同一筛选度，扫频正弦振动所花的时间比随机振动长得多。
4．4．4随机振动
表征随机振动筛选应力的基本参数是频率范围、加速度功率谱密度(PSD)，振动时间、振动轴向(数)。
随机振动筛选度按公式(4-4)计算:
SS=l－exp[－0.004(Grms /10)1.71 t ] （4－4)
式中： SS 筛选度；
Grms 振动加速度均方根值（m/s2）;
t 振动时间（min）
随机振动激发出的故障模式或影响与扫频正弦振动相同，但能激发的故障机理更复杂，激发故障的速度要比扫频正弦振动快得多，这是由于随机振动同时激励许多共振点的结果。
定频正弦振动、扫频正弦振动和随机振动的效果比铰
定频正弦振动时，产品仅在一个或几个限定的频率上，按规定的加速度振动
图4－2 100m/s2正弦振动与加速度均方根值为60m/ s2随机振动
及100/ s2的扫频正弦振动激发缺陷能力的比较
规定的时间。如果产品缺陷位置不在振动量值大的应力点上，将不易使缺陷激发，不能发展成为故障。
进行扫频正弦振动时，其频率在给定频段内慢速变化，因而能在每个谐振频率上持续一段时间，使激发缺陷的能力有所加强，但陷藏较深的缺陷仍不易暴露。
进行随机振动时，所有谐振频率在整个振动时间内同时受激励，激发能力大大加强。可见在振动筛选中，随机振动是最有效的，其次为扫频正弦振动。图4－2给出各种振动方式激发故障的曲线。
组件级产品一般不进行振动筛选
4．5温度变化与随机振动效果的比较
在将潜在缺陷转化为早期故障的机理方面，温度循环与随机振动是不相同的。一般说来振动应力对于激发如松弛、碎屑和固定不紧之类的工艺缺陷更为有效，而温度循环对发现参数漂移、污染之类的元器件缺陷更为有效，还有一些种类的缺陷对振动和温度循环都很敏感如内部裂纹，金属互连部位。一般说来，发现缺陷中有20％左右是对振动响应的结果，有80％左右是对温度响应的结果。
4．6各种应力筛选效果的比较
图2-8是某部门的各种筛选应力效果比较图，是对13种应力的筛选效果有限调查统计得出的，有一定的代表性。它说明温度循环是最有效的筛选，其次是随机振动。但激发的缺陷种类不完全相同，两者不能相互取代。
图4－3各种应力筛选效果的比较
4．7试验方案及评价方法
1．试验方案应包括的主要内容
(a) 施加环境应力的类型、水平及承受应力的时间；
(b) 进行环境应力筛选的产品(如元器件、电路板、设备等)；
(c) 试验期间应监控的产品性能和应力参数；
(d) 试验持续时间等。
2．选择筛选方案的依据
(a) 应能迅速而经济地使产品的各种隐患和缺陷暴露出来；
(b) 不应使正常的产品失效；
(c) 筛选应力去掉后，不会使产品留下残余应力或严重影响产品的使用寿命；
(d) 应着重加强对元器件的筛选等。
3．筛选方案优劣的评价方法
可以用许多方法来评价筛选效果。其中之一是利用筛选效果系数B
B =（λN－λA）/λN×100％ (4-5)
式中 λN 筛选前产品的故障率(l/h);
λA 筛选后产品的故障率(l/h)。
B越大，则说明该筛选方案越好。
4．8注意事项
(a)环境应力筛选不应改变产品失效机理；
(b)由于筛选的目的是剔除早期故障，因此不必准确模拟产品真实的环境条件；
(c)筛选可以提高批产品的可靠性水平，但它不能提高产品的固有可靠性，只有改进设计、工艺等才能提高后者；
(d)对于关键设备，应实施三级(元器件级、电路板级、设备级)100%的环境应力筛选；
(e)它不是可靠性鉴定、验收试验，但经过筛选的产品有利于鉴定和验收试验的顺利进行。
4．9老化试验（针对整机或产品）
老化(Burn-in)： 产品或元器件在投入使用之前试工作一段时间用于稳定产品性能。
老化试验：目的是为了通过试验剔除浴盆曲线中的早期失效，常用于整机、组件。为了保证试验时不使产品劣化变质，达到甄选缺陷品的目的，其重点是试验条件如何设定。
老化试验时要注意的问题：
使用的应力类型及应力参数；
老化时间；
通/断电要求；
检测要求；
无故障要求。
第五章 环境试验
概述
环境试验的发展：
环境试验始见于第二次世界大战，当时美军出现了诸如从美国运至东南亚60%的机载电子设备到达目的地后不能正常使用、将近一半以上的备用电子设备储备在仓库时就已经失效等问题引起美军的极大重视。经确认大多数设备失效问题是起因于亚洲热带多雨潮湿环境下湿热应力混合作用。
环境试验及与其密切相关的环境条件、环境试验设备及其测量、检定、校准仪器的制造环境防护技术等已成为当今世界的一门新的技术学科――环境工程。环境试验是其中的核心，它的发展将推动着整个学科的发展。
环境试验的发展由浅入深，由简单到复杂，目前进行的大多数是单项试验，组合试验和综合试验正在研究和发展中。随着电子电工产品不断深入到各个领域，一些新的环境因素的模拟试验方法有待我们去研究。为了使试验室的试验结果与实际环境条件下的使用结果更加一致和等效，不断提高试验的再现性，在较短的时间内得到与产品在长期实际环境条件下相同的结果，摸清试验与使用之间的关系，以及将当今世界的先进技术应用到环境试验中去，环境试验方法仍在不断的修改和补充，以提高其科学性和先进性。
试验监测技术的发展使得环境试验在不断向高精度短时间迈进，是目前国内外进行研究的主要环境试验技术，这种技术构成了环境试验系统。
试验系统简介
能够将环境试验与电气测量相结合，并在环境试验中对电子零部件及设备的电气特性进行实时测量、数据处理的系统。其硬件和软件有能力在环境试验条件下，正确的捕捉评价所需数据和故障模式特有的特性变化。而环境试验装置的控制、试验管理、数据处理，均由电脑自动完成。
试验系统主要是为快速评价试验而研制的设备，设备成本和试验成本较高，但试验数据准确，试验时间短。由于试验样品在试验阶段始终处于工作状态，常规试验难以发现的瞬间失效和特定条件下的失效均能发现。目前试验系统的发展主要针对失效机理的研究和新产品、新工艺的开发研究。
试验内容和应用范围
当今环境试验的应用几乎已扩展到军工和民用的所有部门，从电子电工、仪器仪表、机械制造到铁路、交通、船舶、水利、化工等部门都离不开环境试验。为了提高产品的质量，特别是为了使电子电工产品在各种环境条件下达到预定的性能保证可靠的使用，了解、掌握和研究环境试验是必不可少的。
环境试验可大致可分为"气候环境试验"、"机械环境试验"和"综合环境试验"。与气候有关的环境试验包括温度，湿度与压力等环境应力试验，而机械环境试验则包括冲击和振动等环境应力试验。
机械环境试验： 冲击、碰撞、振动、加速、声振、跌落、运输。
气候环境试验： 温度、湿度、气体腐蚀、霉菌、盐雾、风雨、压力、辐射。
综合环境试验： 机械环境和气候环境相结合的环境因素。
环境试验贯穿于电子电工产品的设计、试制、生产、销售、使用的全过程，通常是设计――环境试验――改进――再环境试验――直至投产。环境试验做得越仔细越严格，改进提高得越好，在使用中越可靠。其应用范围有：
(1)用于研究性试验
研究性试验主要用于产品的设计，研制阶段，用于考核所选用的元器件、设计的结构、采用的工艺等能否满足实际环境的要求和存在的缺陷。为了节省时间和充分暴露产品的薄弱环节，通常都用加速和强化的方法进行。例如，为了考核晶体管、集成电路的内强度，采用远高于普通试验条件(严酷等级)所规定的严酷等级进行试验。
(2)用于产品的定型(型式)试验
这一阶段的环境试验是用来确定产品的主要技术指标是否达到设计要求，能否适用于预定的环境(其中包括安装和维修中出现的环境条件)，能否保证预计的寿命并满足安全要求。定型试验是最全面的试验，产品可能遇到的环境因素都要通过环境试验来考核。
(3)用于生产检查试验
环境试验用于生产检查试验有两种含义，一是检查产品的工艺质量，例如通过振动试验来检查焊接质量和连接紧固性。另一种是在正常生产中，当生产工艺有重大变更时，或当生产了一段相当长的时间后，用环境试验来检查其质量的稳定性。
(4)用于产品的验收试验
产品的验收试验是指产品出厂时，为了保证质量所必须进行的一些项目的环境试验。验收试验通常是抽样进行，而且只进行非破坏性试验。
(5)用于安全性试验
环境试验可以检查产品是否存在有危害健康、生命及财产的问题。例如，用恒加速度试验来检查安装、连接的牢固性。以防止在紧急情况下被甩出而造成人身伤亡事故和打坏其它设备。当用环境试验设备来考核安全性时。通常采用比正常试验高的试验条件(严酷等级)。
(6)用于可靠性试验
随着电子电工产品愈来愈广泛的进入国防、宇航和人们的日常生活，产品的可靠性问题愈来愈突出，也迫使人们更加重视环境试验。可靠性试验由工程试验、统计试验、寿命试验、现场试验、特殊试验等组成，而环境试验是其中的重要一环。
(7)用于失效分析和失效验证
当产品失效情况有如下情况时为验证失效分析结果进行的试验。
1．在特定条件下出现的故障
2．为验证其失效机理和失效原因
3．为扩大缺陷进行的试验
5．1 环境试验标准和试验步骤
5．1．1环境试验标准
GB 2421～GB 2424 (中国国家标准)
国标GB2421－89“电工电子产品基本环境试验规程总则”
国标GB2421－89“电工电子产品环境试验术语”
国标GB2423.1～GB2423.44为试验方法
国标GB2424为试验导则
GJB150 (国军标)
MIL－STD－202D (美军标)
IEC68 (国际电工委员会)
除了以上的基本环境试验规程外，对具体产品也有相应的规定，产品有相应规定的优先考虑。)
5．1．2试验顺序
电子电工产品的环境试验方法很多，这就有一个试验顺序的问题。所谓试验顺序，是指对同一产品进行二种或二种以上的单因素人工模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么试验。试验顺序通常对试验结果是有影响的，如果选择不当会造成试验结果不真实，甚至造成试验中断，所以必须合理的确定试验顺序。
(1)根据试验目的来确定试验顺序
对于研究性质的试验，例如为了研究样品的性能，希望尽:可能多的取得资料和数据，此时应先进行对产品破坏性小的环境试验，后进行破坏性大的环境试验。这种顺序也适用于复杂的、数量少的、昂贵样品的定型试验。
为了检验设计的有效性，希望以最快的速度取得有关失效相失效趋势方面的资料，应先进行最严酷的试验，这样若前面的试验通不过，就没有必要进行后面的试验，以节省时间和费用。
(2)根据实际遇到的环境因素来确定试验顺序
对实际使用环境条件已知的整机、系统，可根据它们可能遇到的各种环境因素的先后顺序来确定试验顺序。这种试验顺序的真实性强，大都用在产品的定型试验中。
(3)根据能对产品产生最大的影响来确定试验顺序
这种顺序是前一试验能加强和诱发后一试验所引起的失效，即能最大限度的暴露失效。例如湿热试验后紧接着进行低温试验，由于样品在前一试验中吸入了潮气，在低温试验时霜冻，从而加剧了低温的破坏作用。又如机械振动试验后紧接着进行交变潮热试验，会加剧交变潮热的影响。
这种顺序特别适用于使用环境未知的元器件。整机系统的定性试验。
(4)根据试验的经费和时间确定试验顺序
试验的经费和时间往往也是考虑试验顺序的一个因素。例如盐雾试验、长霉试验、恒定潮热试验等，由于时间长，耗费大，往往放在最后进行，这样若前面的试验没通过，就可省去后面的试验了。
5．1．2 试验程序
每项试验的试验过程都有一定的操作顺序，称为试验程序。了解和掌握它是做好试验的重要一环。试验程序通常由下列步骤组成：
(1)预处理
预处理是指正式试验前对样品的处理。其目的是为了消除和部份消除样品试验前所受到的影响，通常包括对样品的表面清洁、定位、预紧，以及稳定性处理。预处理通常在试验的标准大气条件下进行。如果某项试验规定要进行预处理，就为试验程序的第一步。
(2)初始检测
初始检测是指将样品放在规定的大气条件下(通常为试验的标准大气条件)进行的电性能、机械性能测量；以及外观检查。初始检测通常在预处理之后正式试验之前进行。
(3)试验(条件试验)
这一步是每项环境试验的核心。在这一步中样品要暴露在所规定的试验条件下，经受考核。对这一步的要求和做法每项试验都是各不相同的。可从各项环境试验的标准中了解和掌握。在这一步的进行过程中，可以在工作状态下进行，也可以在工作状态下进行电性能和机械性能的测量。这种测量叫做中间测量。
(4)恢复
恢复是试验结束后，对样品所进行的处理。其目的是使样品试验后的性能在最后检测前尽可能达到稳定。恢复通常在试验的标准大气条件下进行。如果试验和恢复是在二个不同的试验室进行，那就应保证样品从一个试验室到另一个试验室的转移过程中，温湿度的综合条件不使样品表面产生凝露。
(5)最后检测
最后检测和初始检测一样，是将样品放在规定的大气条件(通常是试验的标准大气条件)下进行电性能、机械性能的测量和外观检查。其目的是和初始检测的结果相比较，以便对试验结果作出正确的评价。
5．1．3试验的中断处理
在国标和IEC标准中，对中断处理没有明确的规定，MIL－STD－810明确的规定了有关试验中断的处理方法，
（1）允许误差范围内的中断
在试验中断期间，试验条件未超过规定的试验允许误差。在此情况下，中断时间可以作为总的试验时间的一部分。
（2）未达到试验条件的中断
试验条件低于规定的试验条件而试验中断时，应立即对品进行外观检查以及工作性能检测，如果未发现损伤和性能降低，则应使样品在试验温度上重新稳定后继续试验。其试验时间应为中断前的时间和重新稳定后的时间之和。恢复试验后，若没有出现不满足试验条件的情况，则试验有效。
（3）超过试验条件的中断
试验条件超过规定的试验条件时，应立即对试验样品进，全面的外观检查和工作性能检测。如果未发现问题可以考虑继续试验，但在此情况下，样品在后一项试验中出现故障或失效，则试验结果常作无效处理，如果发现问题，最好的办法结束试验，并用新的样品重新试验。
5．2环境应力对产品的影响
5．2．1温度应力对产品的影响
当讨论产品寿命时,一般采用"10℃规则"的表达方式。具体应用时可以表示为当温度上升10℃时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20℃时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。
高温对产品的影响：
由于各种材料的膨胀系数不同，因而导致材料之间的粘结和迁移；润滑剂流失或润滑性降低，增加活动部件之间的磨损；密封填料、垫圈、封口、轴承和旋转轴等的变形；由于粘结引起机械失效或完完全失效；固定电阻器的阻值发生变化；电路的稳定性随温度梯度的差异而发生变化；变压器、机电组件过热；易燃或易爆材料引起燃，或爆炸；密封产品内部压力增高引起破裂；有机材料老化、变色、起泡、破裂或产生裂纹；绝缘材料的绝缘性能降低（橡胶在高温条件下，由于蒸发和浸析作用引起脱模或增塑性），使电子电工产品的寿命明显缩短等。
低温对产品的影响：
普通材料如橡胶、帆布及皮革等柔韧性材料的弹性降低，随之破裂；金属和塑料的脆性增大，导致破裂或产生裂缝；在温度瞬变过程中。由于材料的收缩系数不同，引起活动部件卡死或转动不灵；由于润滑剂粘性增大或凝固活动部件之间的摩擦力增大，引起动作滞缓，甚至停止工作；电子元器件(电阻、电容等)电参数发生变化，直接影响产品的电性能；由于结冰或结霜引起产品结构破坏或受潮等。
温度变化对产品的影响：
在温度变化发生时，几乎所有的材料都会出现膨胀或收缩。这种膨胀与收缩引起了元器件、零部件之间的配合、密封及内部应力发生变化。由于温度不均匀，使元器件、零部件的收缩不均匀，就会引起零部件的局部应力集中。金属结构在加热和冷却循环作用下会由于感生的应力和弯曲引起的疲劳而损坏。
表1 温度应力对产品的影响
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温
度
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失效原因
|
失效模式
|
环境应力条件
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敏感元件和材料
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老化
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抗拉强度老化
绝缘老化 |
温度＋时间
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塑料，树脂
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化学变化
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热分解
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温度
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塑料，树脂
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软化，熔化
汽化 |
扭曲、变形
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温度
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金属，塑料，热保险丝
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高温氧化
|
氧化层的结构
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温度＋时间
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连接点材料，连接器
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热扩散
（金属化合物结构） |
引线断裂
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温度＋时间
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异金属连接部位
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结构变化
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分层、位移、变形
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温度＋时间
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金属，塑料
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半导体
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热点
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温度，电压，电子能
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非均质材料
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内部击穿
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短路，绝缘性差
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高温（200-400℃）
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银，金，铜，铁，镁，镍，铅，钯，铂，钽，钛，钨，铝
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电迁移
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断开引线断裂
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温度＋电流（密度为106A/cm2）
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例如，钨，铜，铝（特别是集成电路中的铝、银引线）
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金属疲劳
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疲劳，损坏
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温度＋应力＋时间
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弹簧，结构元件
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金属脆化
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损坏
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低温
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体心立方晶体（例如铜，钼，钨）和密排立方晶体（例如锌，钛，镁）及其合金
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塑料脆化
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损坏
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低温＋低湿度
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高玻璃化温度(例如纤维素，乙烯氨),低弹性的非晶体(例如苯乙烯，丙烯酸甲酯)
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焊剂流粘到
冷金属表面 |
噪声，连接不实
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低温
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特别是连接到印刷电路板上的元件(例如开关，连接器件
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性能变化
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无显示，性能改变
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低温
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液晶无显示，蓄电池容量降低
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5．2．2湿度对产品的影响
湿度对产品的主要影响有：
（1）物理性能的变化
潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体积膨胀、机械强度降低等。由于吸潮，使密封产品的密封性降低或遭破坏、产品表面涂敷层剥落、产品标记模糊不等。
（2）电性能变化
由于凝露和吸附作用，使绝缘材料的表面绝缘电阻下降。另外，由于水分的吸收和扩散（渗透）作用，使绝缘材料的体积电阻下降，损耗角增大，从而产生漏电流。对于整机设备，将会导致灵敏度降低、频率漂移等。
（3）腐蚀作用
湿热试验一般不能作为腐蚀试验。湿热的腐蚀作用是由于空气中含有少量的酸、碱性杂质，或由于产品表面附着如焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀作用。为了防止由于样品表面污染而引起间接腐蚀作用，试验前，可以对试验样品进行清洁处理。
对于不同的金属材料、金属和非金属材料之间，即使在没有污染物质存在的条件下，只要有适宜的湿度条件或有凝露，由于化学或电化学作用的结果，也会引起不同程度的腐蚀。
表2 湿度对产品的影响
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失效
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所使用的环境条件
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敏感元件和材料
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一般分类
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媒介分类或原因
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失效模式
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湿
度 |
水
气 吸 附 吸 收 |
扩散
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膨胀
绝缘性能变差 潮解 |
湿度
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使用低结晶度的极性树脂（例如聚酰胺、聚乙烯醇、酚醛树脂）封装、覆盖或者构造元件
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水解
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化学变化
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温度+湿度
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聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、对苯二甲酸丁二酯
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微细爆裂（细线爆裂，吸气）
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湿气渗透
绝缘性能变差 潮解 |
湿度
冷热冲击+湿度 温度循环+湿度 温湿度循环 |
用树脂覆盖或者封装元件
|
||
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腐
蚀 |
电池腐蚀
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颜色变化
阻抗增加 开路 |
湿度+与外金属接触所形成的电势
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连接0.2伏电势的连接器或需更加仔细选择
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电解腐蚀
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湿度+直流电场
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例如电阻、封装集成电路的树脂
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裂隙腐蚀
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湿度
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爆裂（例如终端）
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|||
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应力腐蚀爆裂
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破坏
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氨（铜合金）
氨化物（不锈钢） |
合金（例如铜，镍，银，不锈钢）
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||
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氢脆化
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金属板酸浴
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钢
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迁
移 |
离子迁移
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短路
绝缘性能变差 |
湿度+直流电场
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铋、镉、铜、铅、锡、锌、银
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湿度+直流电场+卤素离子
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当与卤素共存时，发生迁移的金属：金、铟、钯、铂、银
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霉
菌 |
无
|
绝缘性能变差
质量变化 分解腐蚀 |
温度（25-35°c）+
湿度（最小为90%） |
塑料材料（例如聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰胺、苯二甲酸树脂）
|
|
高温高湿条件作用试验样品上，可以构成水气吸附、吸收和扩散等作用。许多材料在吸湿后膨胀、性能变坏、引起物质强度降低及其他主要机械性能的下降，吸附了水气的绝缘材料不但会引起电性能下降，在一定条件下还会引发各种不同的失效，是影响电子产品最主要的失效环境。
湿度对产品的影响：腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌等
湿度引起塑封半导体器件腐蚀的失效：
在硅片上集成有大量电子元件的集成电路芯片及其元件通过导线连接起来构成电路。由于铝和铝合金价格便宜，加工工艺简单，因此通常被使用为集成电路的金属线。从进行集成电路塑封工序开始，水气便会通过环氧树脂渗入引起铝金属导线产生腐蚀进而产生开路现象，成为品质工程最为头痛的问题。人们虽然通过各种改善包括采用不同环氧树脂材料、改进塑封技术和提高非活性塑封膜为提高产品质量进行了各种努力，但是随着日新月异的半导体电子器件小型化发展，塑封铝金属导线腐蚀问题至今仍然是电子行业非常重要的技术课题。
铝线中产生腐蚀过程：
① 水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中
② 水气渗透到晶片表面引起铝化学反应
② 水气渗透到晶片表面引起铝化学反应
加速铝腐蚀的一些因素（铝金属导线腐蚀反应随着是否施加偏压而变化）：
①树脂材料与晶片框架接口之间连接不够好（由于各种材料之间存在膨胀率
的差异）。
②封装时，封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染（由于杂质离子的出现）。
③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。
④非活性塑封膜中存在的缺陷。
②封装时，封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染（由于杂质离子的出现）。
③非活性塑封膜中所使用的高浓度磷。
④非活性塑封膜中存在的缺陷。
5．2．3机械冲击和振动对产品的影响
正弦振动试验的目的是在试验室内模拟屯子电工产品在运输、储存、使用过程中可能经受到的正弦振动及其影响。正弦振动主要是由于飞机，车辆、船舶、空中飞行器和地面机械的旋转、脉动、振荡等诸力所引起的。机械冲击和振动主要是针对处于剧烈振动环境中的电子设备。可是最近由于一般电子设备也因为其便携化而变得易受振动，因此机械应力的应用范围也广泛了。
机械应力所造成的失效主要是连接器、继电器等连接部件，当然对装配工艺不合理的设计也容易引起元器件的脱落和引线短裂，对元器件内部工艺不良的产品会引起开路、短路、间歇连接。
振动对电子电工产品的影响主要有:
(1)对结构的影响：
主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。这种破坏又可分为由于振动所引起的应力超过产品结构强度所能承受的极限而造成的破坏，以及长时间的振动（例如107次以上应力循环的振动）使产品发生疲劳而造成的破坏。这种破坏通常是不可逆的。
(2)对工作性能的影响：
主要是指振动使运动部件动作不正常、接触部件接触不良、继电器产生误动作、电子管噪声增大、指不灯闪烁，从而导致工作不正常、不稳定，甚至失灵不能工作，这种影响的严重程度，往往取决于振动量值的大小，而且这种破坏通常不属于永久性的破坏。因为在许多情况下，一旦振动停止，工作就能恢复正常。这种破坏往往是可逆的。
(3)对工艺性能的影响
这种影响主要是指螺钉松动，连接件或焊点脱开等。这种破坏通常在一个不太长的振动时间内(例如半小时)内就会出:现。
上述的种种影响，特别是当产品的固有频率和激励频率相等引起共振而导致响应幅值急剧增大时，会更迅速和更严重的发生。实际上电子电工产品所遇到的振动在大多数情况下是随机性质的振动。对这些随机振动，应用随机振动试验方法进行试验更切合实际。
5．3 环境试验内容
5．3．1高温试验的试验技术
(1)试验方法的选择
如果试验的目的是为了确定电子电工产品在高温条件下贮存或非工作状态下的适应性，一般采用非散热样品的温度突变或温度渐变的高温试验。但必须注意，温度突变对样品无破坏作用时，一般采用温度突变试验，否则采用温度渐变试验。
散热样品在进行高温试验时，最好采用无强迫空气循环的试验箱(室)，它能满足“自由空气”条件，当试验规定的温度条件不容易保持时，也可以采用有强迫空气循环的试验箱(室)，但要求这种箱(室)的风速尽量低。一般不超过0·5米/秒。
(2)试验严酷等级的选择
试验温度主要根据实际的使用或贮存环境条件来确定，此外，还应考虑太阳辐射增温、设备本身发热以及周围热源等诱发的环境影响。 。
试验时间主要根据试验的目的来确定。如果试验仅仅是为了检测被试样品在高温条件下能否工作，则样品放入箱(室)后在规定的试验温度上达到温度稳定所需要的时间，可以作为试验时间，但一般不少于半小时。
如果试验的目的是考核电子电工产品在高温条件下的耐久性或可靠性，可根据试验要求来确定试验时间。
(3)在同一个试验箱中，有几个样品同时进行试验时，应注意试验样品之间，样品和安装器件之间不致相互干扰，也不应影响箱(室)内的循环气流。
(4)试验设备应定期请专业检定机构检定一次。如果设备因故障检修，则检修后应立即组织检定。
(5)制订产品高温试验标准或需要进行低温试验时，必须规定和掌握以下内容：
是否进行预处理；初始检测的条件和项目；试验期间样品的状态；试验严酷等级，包括温度、容差和试验持续时间；试验期间应检测的项目，加负载的情况及时间；恢复条件；最后检测的项目及采用的试验程序与标准试验程序的差别。
对于散热或非散热样品，在温度渐变试验中应规定升、降温速率。
对于散热样品的试验，应掌握安装和支撑件的性能。
5．3．2低温试验
低温试验用于考核产品在低温环境条件下贮存和使用的适应性，常用于产品在开发阶段的型式试验、元器件的筛选试验。
低温试验的技术指标包括：温度、时间、变化速率。
注意产品从低温箱取出时由于温度突变会产生冷凝水。（对温度循环、温度冲击、湿热试验均适用）
5．3．3温度变化试验
产品在贮存、运输、使用和安装过程中，经常遇到的温度变化环境有以下两种类型，其一是自然条件下的温度变化。苏联西伯禾比亚地区的维尔霍扬斯克和奥伊米亚康，年最低气温分别为-68C、-71C，年最高气温分别为+34C、+31C，全年温差达102C。气温变化最小的地区在赤道附近，厄瓜多尔首都基多城，气温的年变化仅0.6C。一般来说，气温的年变化和日变化以海洋性气候的变化最小，大陆性气候变化较大，沙漠气候变化最大。实际上，尽管气温有较大的年变化和日变化，但对于产品来说，尤其是大或复杂的产品，由于产品本身的热滞'性，产品温度随气温的变化而变化的速度是比较缓慢的，设备内的零部件温度随气温的变化更慢。
其二，由于人类的社会实践而诱发的温度变化。这种温度变化环境常有：在冬季高纬度地区，当设备从温暖的室内搬到寒冷的室外，或由室外搬到室内；在室外使用的设备，如果在强烈的太阳辐射之后，突然降雨或浸到冷水中；飞机迅速的起飞或降落，安装在飞机外部的设备会受到从地面到高空，或从高空到地面的快速温度变化；产品在不同的环境条件下贮存或运输；散热产品在寒冷地区间断使用；散热产品在通电以后，引起周围部件温度升高(如靠近大功率电阻器的元件，由于受热辐射的影响，表面温度会很快地升高);人工冷却的产品，在打开冷却系统以后，产品温度立即下降，在装配过程申，元器受到焊接热的热冲击
温度冲击试验目的是为了在较短的时间内确认产品特性的变化，以及由于构成元器件的异种材料热膨胀系数不同而造成的故障问题。这些变化可以通过将元器件迅速交替地暴露于超高温和超低温的试验环境中观察到。
由于急剧的温度变化，将使产品受到一种热冲击力。在这种热冲击力的作用下，将导致电子电工元件的涂覆层脱落、灌封材料或密封化合物龟裂甚至破碎、密封外壳开裂、填充材料泄漏等，从而引起电子元器件电性能的下降。对于由不同材料构成的产品，由于温度变化时产品受热不均匀，因此导致产品变形、密封产品开裂、玻璃或玻璃器皿和光学仪器等破碎。
由于温度变化产生较大的温差，在低温时，产品表面会产生凝露或结霜；在高温时蒸发或融化，如此反复作用的结果导致和加速了产品的腐蚀（有条件腐蚀）。
温度变化试验的目的是用于确定产品在温度变化期间，或温度变化以后受到的影响。温度变化试验不是模拟使用现场的温度变化对产品的影响，而是用于考核产品的设计、工艺和生产。温度变化试验对试验设备的要求：
两箱法试验应有两个试验箱，一个低温箱和一个高温箱。高、低温箱的要求和高温试验箱、低温试验箱的要求一致。此外，两箱的放置应保证在规定的转换时间内，完成从高温箱到低温箱或从低温箱到高温箱的转换;试验箱的容积和热容量能保证样品放入箱内以后，在不超过规定保温时间的10％的时间内，重新稳定在试验规定的温度容差范围内。
一箱法试验只用一个试验箱，应同时满足低温箱和高温箱的要求。箱内温度应能以试验规定的温度变化速率从低温升到高温，从高温降到低温；箱内任一点的温度能保持试验规定的高温或低温等级值。
两液槽法试验应有两个试验槽，即一个低温槽和一个高温槽。低温槽中盛有规定的低温液体，高温槽盛有高温液体，两槽的放置应便于试验样品的浸入，同时便于从一个槽移到另一个槽。
试验所用的液体，对被试样品的材料和涂覆层应无腐蚀作用或其它的有害影响。
两液槽法的温度变化速率最快，一般用于小型元器件的温度变化试验。
冷热冲击试验不同于温度循环模拟试验，它是通过冷热温度冲击发现在常温状态下难以发现的潜在故障问题。决定冷热温度冲击试验的主要因素有：试验温度范围、暴露时间、循环次数、试验样品重量及热负荷等。
】
冷热冲击试验与温度循环试验的区别
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冷热冲击试验
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温度循环试验
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温度变化速率
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急剧20～30℃/min
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缓慢1～5℃/min
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||
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循环次数
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5～10个循环（多至1000循环）
|
5～10个循环（多至1000循环）
|
||
|
热平衡
|
正好到达（液槽式为到达）
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到达
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||
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试验时间
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短
|
长
|
||
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用途
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1．
|
膨胀系数不同引起的连接部剥离
|
1．
|
通过长期试验发现腐蚀倾向
|
|
2．
|
膨胀系数不同龟裂后水分进入
|
2．
|
长时间地多次循环观察应力疲劳现象
|
|
|
3．
|
水分渗入导致腐蚀及短路现象发生的加速试验
|
3．
|
调查分析现场失效的相关性
|
|
|
使用设备
|
冷热冲击试验箱
|
高低温试验箱
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||
列举具有代表性的冷热冲击试验条件以供参考
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试验样品
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试验条件
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试验目的
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1
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环氧树脂电路板
|
（1）
|
-30℃←→+80℃（各30分钟，1000循环，22℃/分）
|
加速试验
|
|
|
|
（2）
|
-60℃←→+100℃（各30分钟，1000循环，10℃/分）
|
极限试验
|
|
2
|
IC半导体
|
（1）
|
-55℃←→+125℃（各30分钟，100循环，20℃/分）
|
特性评估试验
|
|
3
|
光缆
|
（1）
|
-45℃←→+80℃（各60分钟，200循环，10℃/分）
|
材料特性试验
|
|
4
|
连接器
|
（1）
|
-30℃←→+80℃（各15分钟，100循环，20℃/分）
|
寿命试验
|
|
5
|
汽车电器
|
（1）
|
+80℃，60分钟←室温5分钟→-40℃，60分钟→室温5分钟
|
开发筛选
|
|
|
|
（2）
|
+80℃←→-40℃（各30分钟，5循环，5分钟恢复，24℃/分）
|
开发筛选
|
|
6
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汽车音响
|
（1）
|
-40℃←→+80℃（各30分钟，500循环，10℃/分，通电）
|
特性评估
|
|
|
|
（2）
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-20℃←→+80℃（各30分钟，5循环，10℃/分）
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生产ESS
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|
7
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树脂成型品
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（1）
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-30℃←→+80℃（各30分钟，300循环，20℃/分）
|
品质确认
|
5．3．4湿热试验
产品失效因为湿度的影响占40％以上，因此湿度试验在环境试验中是必不可少的。常用于寿命试验、评价试验和综合试验，同时在失效分析的验证上起重要作用。尤其对含有树脂材料的产品和不密封的产品，在产品开发和质量评估时该试验是必须的。湿热试验可分为：恒定湿热试验和循环湿热试验
恒定湿热试验
恒温恒湿的技术指标包括：温度、相对湿度、试验时间
注意产品试验结束后应对样品有1～2小时的恢复期。
循环湿热试验
模拟热带雨林的环境，确定产品和材料在温度变化，产品表面产生凝露时的使用和贮存的适应性。常用于寿命试验、评价试验和综合试验。
交变湿热的技术指标包括：温度、相对湿度、转换时间、交变次数。
注意试验结束后应对样品有1～2小时的恢复期。
高压蒸煮试验（高压蒸汽恒定湿热试验）
高压蒸煮试验采用高压高湿条件，考核塑料封装的半导体集成电路等电子器件的综合影响，是用高加速的试验方式评价电子产品耐湿热的能力，常用于产品开发、质量评估、失效验证。
高压蒸煮试验的技术指标包括：大气压力、相对湿度（饱和或非饱和）、温度、试验时间。
常用于塑料封装的半导体器件、集成电路、密封继电器，密封器件等
试验方法的选择
湿热试验是产品三防（防潮、防霉、防盐雾）评价试验之一，被广泛用于电子电工技术领域。要得到最经济、易控制、再现性好的试验结果，正确的选用试验方法是非常重要的。下面介绍选择湿热试验方法的几个基本原则。
(1)根据产品的受潮机理和吸湿方式选择湿热试验方法。产品是以吸附或吸收水分后而受潮的，一般应采用恒定湿热试验；产品是以凝露或通过呼吸作用加强了湿度对产品的影响的，应采用循环湿热试验；如果产品有渗透作用而无呼吸作用时，则要从实际出发，根据产品的类型及使用条件；适当选用恒定或循环湿热试验。
(2)根据产品本身的特征选择。对于固体实心的产品或绝缘材料，为了检查这些产品在潮湿大气中的电性能或绝缘性能，通常采用恒定湿热试验。对于密封或空心产品，由于热应力的作用引起热胀冷缩导致产品受潮，常采用循环湿热试验。
对于固体实心产品在选择试验方法时，应考虑受潮机理，如果受潮是由凝露引起的，应采用循环湿热试验。
(3)根据试验结果的再现性选择。根据国际和国内环境工程的经验得知，对于某些产品，恒定湿热和循环湿热试验的作用效果基木上是一致的。在这种情况下，由于恒定湿热试验操作简单、经济、再现性好，因此应采用恒定湿热试验。
温度/湿度组合循环试验主要用于元器件。如果产品由不同材料组成，有接口，特别是有金属－玻璃接口的产品，为了考核接口和导线之间的连接性能，建议采用本试验。这种试验操作麻烦，不易控制，不经济，只有在渗透到裂缝中的水会产生冷凝作用，并由此引起膨胀时，应考虑该项试验
试验注意事项
（1）试验箱用水的电阻率会影响试验结果的再现性，因此规定试验用水的电阻率为500Ωm,在25℃条件下自来水10～100Ωm，蒸馏水100～1000Ωm，去离子水10000～100000Ωm。
影响水的电阻率的主要因素有：水的含盐量愈高，电阻率俞低；二氧化碳、灰尘等的污染物质会使水的电阻率降低，其降低速度以去离子水最快，蒸馏水次之，自来水较慢；电阻率随着水温的降低而增大，反之减小；由于金属材料的可溶性会引起水的电阻率的降低。
鉴于以上情况，在湿热试验中，试验箱的湿源用水最好采用蒸馏水或去离子水
（2）湿热试验的要点
为制订产品的湿热试验标准或需要进行湿热试验时，必须规定和掌握以下内容：
预处理的条件 (包括循环湿热试验前的稳定性处理)和方法；初始检测的条件和项目；样品放进试验箱(室)的状态；试验严酷等级及试验天数 (或循环数)；试验期间的检测项目及加负载情况，检测的时间及检测后的试验时间；恢复条件(包括时间和去湿方法)；最后检测的条件、项目及首先测量的参数和完成时间。
（3）在温度/湿度组合循环试验中，如果湿热和低温循环分别在两个试验箱内进行，除要求从一个试验箱转移到另一个试验箱的转移时间尽量短外，还应注意转换期间样品不要受到热冲击。如果热冲击对样品影响不大，可以不考虑其影响。
如果被试样品由于热冲击导致严重损坏，则应采用另一批样品，并采用温度渐变的方法重新试验。用这种方法试验以后，样品无明显损坏，则可认为通过本试验。
5．3．5机械振动
机械振动试验用来确定机械的薄弱环节，产品结构的完好性和动态特性、常用于型式试验、寿命试验、评价试验和综合试验。
机械振动试验中有一类故障的发生，不在一个特定条件下不会发生，或不在这种特定条件中这种故障不会轻易地被测量出来，或是故障的再现性很差（即很难预测到它何时会发生），因此机械振动试验在许多情况下，产品是需要处于工作状态并连续测试的。例如继电器、连接器等。
机械振动的技术指标包括：扫频频率范围、定频振动频率、振动幅值（位移幅值）、扫频循环次数、定频时间、方向。
注意振动幅值的峰值Vp和峰峰值Vp－p是不同的，
5．3．6冲击和碰撞
许多产品在使用、装卸、运输过程中都会受到冲击。冲击的量值变化很大并具有复杂的性质。因此冲击试验适用于确定机械的薄弱环节。在使用和运输过程中经受多次非重复的机械冲击的适应性，以及评价结构的完好性，其次还可用于微电子器件的内强度试验。就结构完好性而言，冲击试验还可作为产品满意设计和质量控制的手段。
碰撞和冲击一样，是一个非常复杂的物理过程，并且是随机的，能在不同的时间周期上出现。从力学观点来分析，它们都属于同一类问题，都是由于外界激励使系统的运动发生突然的、非稳态的、变化的结果。然而由于它们对产品所造成的物理失效不完全相同，为了在试验室内模拟方便起见，才分成冲击试验和碰撞试验二种试验来进行。通常将那些峰值加速度较大、脉冲持续时间较短、很少重复出现、相对于产品结构强度来说属极限应力的定为冲击。将那些峰值加速度不大、脉冲持续时间较长、不断重复出现、相对于产品结构强度来说是重复应力的定为碰撞。可见碰撞试验主要是为了确定产品经受重复碰撞后所引起的累积损伤。
冲击产生的损坏不同于累积损伤效应所造成的破坏，而属于相对于产品结构强度来说是极限应力的峰值破坏。破坏会造成结构变形，安装松动，产生裂纹甚至断裂，还会使电气连接松动，接触不良，造成时断时通，使产品工作不稳定。
碰撞所产生的重复应力会使连接和铆接松动，会使配合产生磨损，会使构件疲劳，产生裂纹，甚至断裂。碰撞会造成脱焊，接触不良，从而影响产品的电性能。
冲击的主要形式为：车辆的紧急制动和撞击；飞机的空投和坠撞；炮火的发射；化学能和核能的爆炸等。
碰撞试验适用于那些在运输期间和使用过程中可能会经受到重复碰撞影响的元器件、设备和其它产品。就结构完好性而言，碰撞试验还可作为产品满意设计和质量控制的手段。
电子电工产品在使用和运输过程巾所经受到的碰撞主要有以下几种形式：
(1)安装在车辆上使用和通过车辆运输的产品会经受到由于路面凹凸不平、轨道的不连续、调车、挂接等所产生的碰撞。
(2)安装在飞机上使用相通过飞机运输的产品会经受到飞机在跑道上滑行、起飞、着陆等所产生的碰撞。
(3)安装在舰船上使用和通过舰船运输的产品，会经受到波浪拍击等所产生的碰撞。
(4)安装在火炮上使用和在火炮附近工作的产品会经受到火炮连续发射所造成的碰撞。
冲击试验的技术指标包括：峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量（半正弦波、后峰锯齿波、梯形波）和波形选择、冲击次数等。冲击次数无特别要求外每个方向上冲击3次，六方向共18次。
碰撞试验的技术指标包括：峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量（半正弦波）、每方向碰撞次数。碰撞次数每方向至少大于100次
注意冲击和碰撞的方向应是6个面，而不是X、Y、Z三方向。
5．3．7大气腐蚀试验
盐雾试验
盐雾试验模拟海洋或含盐潮湿地区气候的环境，用于考核产品、材料及其防护层抗盐雾腐蚀能力。有盐雾试验和交变盐雾试验两种试验。常用于在特殊条件下的质量评估、失效验证。
盐雾试验的技术指标包括：盐溶液浓度、相对湿度、温度、盐雾时间、贮存时间、试验周期。
注意试验结束后试验样品需立即冲洗干净。
二氧化硫和硫化氢试验
气体腐蚀试验主要应用于接触点和连接件，试验后的评定标准是接触电阻变化，其次是外观变化。主要的腐蚀气体为二氧化硫和硫化氢
气体腐蚀试验的技术指标包括：浓度、相对湿度、温度、流速、试验时间。
5．3．7其他试验
霉菌试验、低气压试验、太阳辐照试验、砂尘试验、水试验（淋雨试验）、恒加速试验（离心试验）等
5．3．8综合试验
综合环境试验: 温度/湿度/高度、温度/湿度/振动
5．4如何制定环境试验方法
5．4．1 有具体标准规定的环境试验
对常规产品进行环境试验时，主要是查阅环境试验的标准和相关的产品标准，明确以下内容后可以执行。
1．了解各单项试验的试验目的和适用性；
2．了解该试验的技术指标；
环境技术指标：高温温度、低温温度、湿度、时间、周期、循环次数
机械技术指标：峰值加速度、持续时间、频率范围、振动幅值、波形。
3．试验等级（严酷程度）的选取：
4．试验的方法和步骤的具体要求如：
预处理、初始测量、中间测量、样品恢复、条件试验；
5．对试验设备的要求；
6．具体产品的标准对环境试验的要求，并按要求执行。
5．4．2 无具体标准规定的环境试验方法
有些产品是无具体环境试验标准的，一、新产品、新材料；二、产品标准中没有环境试验内容；三、产品需要满足特殊要求；
制定试验方案时，要了解产品准备使用或已使用的材料、元器件、连接器、电路、PCB板的技术规范情况，准备使用的或已使用的零件的技术规范尽可能详细，尽量要求供应方提供相应质量证书和试验报告。查阅相关的环境试验标准明确5.4.1中的1～5项。然后根据以下的原则制定。
1．针对产品的环境适应要求，选取环境试验内容
2．根据产品的使用要求选择试验等级
3．结合产品主要失效机理制定试验条件
4．确定试验样品的数量
5．试验设备是否满足要求
6．综合考虑试验成本
7．参照类似的产品标准；
5．4．3针对失效机理的试验方法
针对失效机理的试验往往采用加大试验应力的方法，常用的试验应力有高温度、温度冲击、高电压、大电流、高温高湿、机械振动等。
加大试验应力也是有条件的不能凭印象，如果没有相应资料时，对于产品最大应力的选择可以
1．通过相类似的产品规范或资料确定；
2．通过步进试验取得；
3．对试验会产生的一种或几种失效机理要清楚，使用的应力条件不要太多，以免在分析时不能判断造成失效的主要失效应力。对几种应力共同作用才会产生的失效，要分清主次。
4．最重要的是要有明确的试验目的。
