环境可靠性测试

概述

可靠性测试是为了评估产品在规定的寿命期间内，在预期的使用、运输或储存等环境下，保持功能正常，进而验证产品可靠性的一种测试项目。

可靠性测试是将产品暴露在天然或人工环境条件下，让产品经受其作用，以评价产品在实际使用、运输和储存的环境条件下的性能，并分析研究环境因素的影响程度。

通过使用各种环境试验设备模拟气候环境中的高温、低温、高湿以及温湿度变化等情况，加速反应产品在使用环境中的状况，来验证其是否能达到在研发、设计、制造中预期的质量目标，从而以此为依据对产品整体进行评估，以确定产品可靠性使用寿命。


可靠性测试的项目分类

1、MTBF测试：MTBF（平均故障间隔）是可靠度工程及制造工程学的名词，取自英文“Mean Time Between Failures”的缩写，意即是产品在操作使用或测试期间的平均连续无故障时间，需要注意的是，这里探讨的MTBF并非一个实测值，而是在产品设计阶段工程师依据理论所估算出的参考值。

2、IP防护等级测试：防护等级也称为IP防护等级或防尘防水等级，是由IEC（国际电工委员会）所起草的IEC 60529标准，该标准将电子电气产品依其防尘防水能力加以分级。我国现行的IP等级测试标准为GB/T 4208-2017。

3、高低温测试：高低温测试，是将试验样品暴露在高温和低温的连续交替环境中，使其在短时间内经历温度急剧变化，考核产品对周围环境温度急剧变化的适应性。高低温测试是装备设计定型的鉴定试验和批产阶段的例行试验中不可缺少的试验，在有些情况下也可以用于环境应力筛选试验。

4、恒定湿热测试：恒定湿热测试可以模拟高温、低温、湿热环境对测试品进行特定环境下温度和湿度的试验。恒定湿热测试可以保证被测试产品处于同一温湿度环境条件下。

5、快速温变测试：快速温变测试是用来确定产品在高温、低温快速变化的气候环境下的储存、运输、使用的适应性。测试过程一般以常温→低温→低温停留→高温→高温停留→常温作为一个测试循环。验证样品经温度变化或温度连续变化环境后之功能特性变化，或在此环境中之操作功能性。快速温变测试通常定义为温变变化率≥3℃/min，在一定的高温与低温之间进行转变，温度变化率越快，高/低温范围越大，时间越长测试越严格。温度冲击通常对靠近装备外表面的部分影响更严重，离外表面越远，温度变化越慢，影响越不明显。运输箱、包装等还会减小温度冲击对封闭装备的影响。急剧的温度变化可能会暂时或永久的影响装备的工作。快速温变测试主要用来评判产品在温度变化条件下的存贮或工作适应性。 鉴定性试验目的是检查产品是否达到有关标准的要求；改进试验主要用做评定产品在温度变化条件下的耐久性和可靠性适应能力。

6、三综合测试：三综合测试是将温度+湿度+振动三种环境应力同时施加的综合试验，综合环境的作用能更真实、更实际的反应出产品在现场使用中的性能，更能暴露产品的缺陷。将单独的环境应力施加在产品上可激发出产品的故障，那么将三种不同的环境应力施加在产品上则可轻易地得到3-5倍的加速效果。同时，通过将不同的环境应力综合还能激发出单独应力施加时所不能出现的故障。在进行温度，湿度，振动三种应力同时施加的综合试验时，从故障发生的机理来说，进行温度循环的产品内部由于材料膨胀系数的差异发生伸缩，在结合部位发生松动，这时如果施加湿度，潮气就会从缝隙间侵入，使结合部和连接处的摩擦系数降低。再施加振动应力，相对于特定的频率，产品的共振现象还会发生。像这样通过运动，吸湿，冻结，共振的反复过程，使新的失效模式（由大幅度加速的单独因子失效模式和三种因子综合的相叠加效果引起的）的出现成为可能。

7、振动测试：振动测试是在实验室内人工模拟产品（一般电工电子产品）在存储、运输、安装和使用过程中遇到的各种振动环境的影响，用来评估产品是否能承受各种环境振动的能力，是否能正常使用，不出现故障。振动测试可在产品在正式出厂之前，分析和评估出产品的可靠性，降低后期出现不良品的概率，也能确定产品设计和功能的要求标准。

8、跌落测试：跌落测试分为包装跌落和裸机跌落。包装跌落主要考量运输、储存情况下产品抗意外跌落冲击的能力；裸机跌落主要考量产品在正常使用过程中抗意外跌落冲击的能力。包装跌落也可以反映包装件在受到垂直跌落时候的对产品的保护能力。跌落高度、跌落次数以及跌落方向对试验反映试验严格程度。对于不同的产品国际标准规范的跌落方式和跌落高度要求不同。对于手持型产品(如手机, MP3等)大多数掉落高度大都介于100cm ~ 150cm不等，IEC对于≦2kg之手持型产品建议应满足100cm之掉落高度不可损坏，MIL则建议掉落高度为122cm，Intel对手持型产品(如手机）则建议落下高度为150cm。

9、机械冲击测试：机械冲击测试是实验室模拟产品在工作环境中受到一系列冲击时候，产品功能是否正常，是否存在性能失效情况。在产品的实际存储、运输、使用过程中存在各种各样的冲击环境，如车辆运行中制动，货物搬动时候碰撞产生的冲击等。冲击测试的技术指标包括包括：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。常规的机械冲击测试要求每个面冲击3次，6个面总共冲击次数为18次。机械冲击和碰撞测试可检验确定机械的薄弱环节，考核产品结构的完整性和可靠性。机械冲击一般产生的加速度较大，时间较短，如自然环境中的机械碰撞。机械冲击可能对产品的结构和功能完整性产生有害的影响。实验室机构的机械冲击类型分为三种半正弦、梯形波（方波）、三角波（前锋锯齿波及后锋锯齿波）。

10、机械碰撞测试：碰撞测试是通过碰撞测试台，来模拟产品在使用、运输和卸载过程的机械碰撞环境。在重复性的机械碰撞环境下，可验证产品适应性及其机构的完好性，适用于电子器件，仪器仪表及其他包装的机电设备。碰撞测试可根据客户要求设置试验时长、冲击频次，碰撞频次。碰撞测试是用于评定运输包装件在运输过程中承受多次重复性机械碰撞的耐冲击强度及包装对内装物的保护能力，试验的严格程度取决于距离、道路状态、运输方式和运输时间。

11、盐雾测试：盐雾测试是一种主要利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性能的环境试验。它分为二大类，一类为天然环境暴露试验，另一类为人工加速模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设备——盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法，造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。它与天然环境相比，其盐雾环境的氯化物的盐浓度，可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，使腐蚀速度大大提高，对产品进行盐雾试验，得出结果的时间也大大缩短。

12、氙灯老化测试：氙灯老化测试主要模仿自然界的阳光和湿气对材料的破坏，模拟全光谱太阳光的照射条件下，检测材料在阳光下暴露产生老化的情况。产品或者材料老化主要受到三大因素影响：温度、湿度和光照辐射。氙灯老化测试是通过老化箱内氙弧灯提供的全光谱（紫外、可见光和红外光），来仿制太阳光的老化影响力。氙灯老化一般针对的是非金属材料，如橡胶、塑料等。氙灯老化测试针对户外日晒环境，可模拟全光谱的日晒环境，真实还原产品长期处于太阳光暴晒条件下的变化，可以为科研、产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和光加速老化试验。

13、UV紫外老化测试：紫外老化测试又称为UV老化测试，紫外老化并不模拟全光谱太阳光，但却模拟太阳光的破坏作用。通过把荧光灯管的主要辐射控制在太阳光谱的紫外波段来实现。实验设备采用荧光紫外灯为光源模拟阳光紫外线，同时还可以通过冷凝或喷淋方式模拟露水和雨水影响。样品在实验室UV紫外线老化试验箱模拟的太阳紫外光环境中试验数十小时甚至几天的时间，可模拟户外可能几个月或几年发生的损坏，模拟户外需要数月或数年才能产生的破坏结果。再现产品经过紫外老化后：包括褪色、变色、亮度下降、粉化、龟裂、变模糊、脆化、强度下降及氧化等老化情况。UV紫外线老化测试提供的可靠的数据可对产品的耐候（抗老化）性做出准确的相关性预测，并有助于材料及配方的筛选、优化。

14、HAST老化测试：HAST老化测试广泛用于IC半导体、连接器、线路板、磁性材料、高分子材料、EVA、光伏组件等行业相关之产品作加速老化寿命测试。加速寿命试验的目的是提高环境应力(如：温度)与工作应力(施加给产品的电压、负荷.等)，加快试验过程，缩短产品或系统的寿命试验时间。用于调查分析何时出现电子元器件，和机械零件的摩耗和使用寿命的问题，使用寿命的故障分布函数呈什么样的形状，以及分析失效率上升的原因所进行的试验。为了提高环境应力(如：温度)与工作应力(施加给产品的电压、负荷等)，加快试验过程，缩短产品或系统的寿命试验时间，因此用来确定成品质量的测试时间也相应增加了许多为了提高试验效率、减少试验时间。

15、落球冲击测试：落球冲击测试是将规定质量的球从不同高度落下，或在规定高度下将不同质量的球落下，以测定胶接试样在承受落球冲击击下产生裂痕所需的能量的试验。仪器采用标准试验钢球，钢球电磁吸挂、自动释放，可有效地避免了人为因素引起的系统误差。

16、微跌落测试：使用双工位微跌落试验可以对微小电子产品进行部分可靠性功能测试，微跌落试验采用气动治具夹持测试产品，电机驱动上升到设定的跌落高度，模拟产品往复跌落测试。

17、耐摩擦测试：耐磨试验机以专用的纸带作为摩擦介质，以固定的荷重作用于摩擦头，摩擦头透过固定直径的滚轮及定速马达驱动回转的纸带将力持续施于试样表面，直到见到表面底材或者达到特定的磨损程度，通过计数器显示的马达回转次数来评价试样耐摩性能。

18、划痕测试：划痕测试是常用的测试表面膜与基体材料之间结合强度的标准方法之一。以硬度大于表面膜的材料制成尖头在样品或工件表面上划痕，向划头上增加载荷直到膜和基材脱离接触，此时载荷即为临界载荷，进而可计算得出表面膜与基材之间的结合强度。