产品可靠性测试

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可靠性测试对于验货员或是工厂QC来说都不陌生，但实际工作中往往没有一个系统的认识，甚至有些验货员做了N年，都不知道这就叫可靠性测试，今天我们就来系统的认识一下吧。
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) w$ I. B. O9 o: N. s" n6 }可靠性测试定义--为了评估产品在规定的寿命期间内，在预期的使用、运输或储存等所有环境下，保持功能可靠性而进行的活动。
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) \" B9 q1 H7 K* {/ G' O测试分类：气候，动力，户外环境，设计验证测试等。
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) Z* A; b) E( a; h" J8 ~. I一，气候类环境测试

1.温湿度测试(Temp./Humidity - Damp Heat Test)
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通常将干燥高温试验(Dry heat)、低温试验(Cold)、温湿度稳态试验(Constant Temp./Humidity)和温湿度循环试验(Humidity Cycles)各别分开进行测试验证。
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; m2 _, v; ]# N' U对塑性材料、PCB 、PCBA多孔性材料或成品等而言，各种不同材料对温度与湿气有不同形态之物理反应，温度所产生效应多为塑性变形或产品过温(Over Heat)或低温启动不良(Cold start)等等，多孔性材料在湿度环境下会应毛细孔效应(Breathing Effect)而出现表面湿气吸附， 渗入、凝结等情形，在低湿环境中会因静电荷累积效应诱发产品出现失效。

6 I+ I- o: I/ ?0 \3 X! Y) r除了户外型品必须执行结露试验(Condensation test)外，通常对室内使用产品在湿度试验过程中应避免水气凝结(Condensation)情形出现，因水气凝结易造成产品线路出现短路现象而造成失效。
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常见湿度不良现象：
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3 r7 k: v/ m2 N$ U9 v/ G  ^物理强度的丧失、

化学性能的改变、
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9 i+ S8 c+ {. h绝缘材料性能的退化、

( m  \& M; L2 A5 A电性短路、金属材料氧化腐蚀、
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塑性的丧失、加速化学反应、

电子组件的退化等现象。
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2.干燥高温试验(Dry Heat Test)

. J# y2 U; w' a' O" D9 @消费性电子：+35℃~+45℃之间，

% P! y& F* m; a3 x5 J  w( V8 K网通类产品与工业用产品：+45℃~+55℃之间，

长期户外使用产品：大于+70℃
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$ b2 L7 T- \  p8 w6 p车用电子：视其安装条件定。
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在应用上通常区分为储存高温试验(High Temperature Storage Test)与操作高温试验(High Temperature Operating Test)，在储存高温试验建议采用常温/高温循环方式进行试验，操作高温试验则通常采用稳态高温方式进行。
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+ q" ]/ K6 o. K' J常见产品高温不良现象：

2 g0 l8 A4 {9 O1 O( s7 A不同材料膨胀系数造成零件损坏/卡死
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散热不良造成零件过热电气失效
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$ v  G2 M- P' M; Q2 H4 I* s皮带松弛，加速老化及颜色退化，变黄

塑性软化、效能降低、特性改变、潜度破坏、氧化等现象。
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3.低温试验
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消费性电子：+5℃~ -5℃之间，
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网通类产品与工业用产品：-5℃~-20℃之间，

8 E. s* |' W4 v0 @* J% \  s( d' O9 ~长期户外使用之产品(如LED路灯)：-30℃ or-40℃
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进行操作低温试验时强烈建议须执行低温启动试验(Cold start test)，因多数产品均存在着在低温下出现电源无法启动现象。若能在执行低温试验时伴随着产品最低工作电压一并进行则更佳。

6 v" V0 X: o5 L4.步入式温湿度测试

大型温湿度试验(Walk-in chamber)
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# ]- x( h- e9 x  |2 y$ @" B针对大型电子产品、大型包装物(如栈板)、大量样品之寿命试验(MTBF)之实测，皆须要采用大型试验柜以满足空间需求。

5.温度／高空测试（减气压）

温度/高空(低压)复合试验主要目的为模拟无压力控制下航空运输环境、航空电子、产品有高压、马达或气密性考虑以及产品使用安装在高纬度国家地区等环境。由于在减气压(Low Air Pressure)环境下空气流动缓慢使得产品出现热应力集中使局部温度升高造成功能失效属最常见现象，马达运转不稳定与高压组件出现Arcing/ Corona亦为常见现象。

' h( v9 x, v  B) s1 E3 j2 T温度/气压常见不良现象：

热效应/局部过热造成材料变形或电气失效、液体/气体外泄、气密失效、密封容器变形/破裂、马达/引擎运转不稳定、Arcing/ Corona等。
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6.盐雾腐蚀试验
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- T  ]7 M* J1 s, i) }3 W盐雾试验通常用来验证材料表面镀层(Coating Quality)质量以及仿真产品应用于海岛型国家或安装使用于船舰上之装备。此种试验不能取代湿度与霉菌生长效应，通常亦不用来评估全系统之试件。

盐雾试验通常于气候类试验后实施，对涂装缺陷发现率效果更明显。
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就IEC与MIL试验条件来看，除了MIL STD所使用盐的纯度上有微差异外，测试温度与盐水比重上几乎是完全相同。就实务经验上采用湿度与盐雾交互循环试验方式，比固定温度与盐雾试验方式更容易观察出镀层之缺陷与较易验证镀层之质量。

5 q# O5 V" X7 d1 t7.纤维粉尘测试(Fibrous Dust Test)
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: U% ~5 W8 L, B# k在居家环境中充满着纤维尘，此纤维尘大都由地毯、衣物、棉絮、棉沙发等纤维混合着空气中之粉尘所组成。此种纤维尘与传统砂尘或现有国际规范不同，当产品在使用时，纤维尘即经由散热风扇吸入空气过程中将纤维尘一并吸入产品内部，当散热片(Heat sink)上堆积了许多纤维尘就会使产品内部或零件温度升高而造成功能异常与失效。


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7 @6 p) q! M4 K/ P! P' b, {二，动力环境试验
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1.震动试验(Vibration Test)

& G) A( n3 m2 X+ v1 [, P震动试验是仿真产品在运输、安装及使用环境中所遭遇到的各种振动环境影响，藉此试验来评估产品在不同震动环境下之耐震动能力，对于车用电子产品之耐震动能力更为重要。

/ J+ Y+ X; ?) x1 f7 x& l: W在试验规范应用上美系客户大都采用ASTM、ISTA或MIL STD等为验证方法，日本及欧洲客户则习惯以EN、IEC、ETSI、JIS等为验证方法。对于质量轻且小的IC零组件则以MIL STD为主要规范。
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2.机械冲击测试

消费性产品在生命周期中通有在两种情况下会遭受到冲击，一种为运输过程中因为车辆行走于颠坡道路产生碰撞(Bump)与跳动(Loose Cargo)或因人员搬运时掉落(Drop)地面所产生之撞击，对于手持型产品(如手机，PDA等)在未受缓冲保护所遭受到之掉落冲击对产品危害更大。对于安装于车辆上之电子产品更因车辆环境较一般商用产品环境恶劣，尤其是若产品安装于轮胎、车门或后行李箱位置等其结构耐冲击要求更高，因此，产品利用冲击破裂强度试验手法可快速验证结构强度水平以及判断是否有适当之包装缓冲设计为设计验证中重要项目之一。

4 F. E* [2 m. K+ W$ V3.碰撞试验
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6 @7 _/ ^1 U! P( \9 {分为产品包装状态与非包装状态两种，特别是有关汽车电子产品大都根据碰撞试验条件验证质量，执行碰撞试验时通常采三轴(六面)，每面碰撞次数依据规格严厉度而有所不同。

4 S: e4 Z0 p  \2 R$ m4.弹跳试验
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本试验之主要目的在仿真产品在松散装载于车辆上所产生的跳动环境，通常以上下跳动为主要测试轴向，对于包装较小的产品亦会执行不同包装方向之跳动试验。

/ Q8 g, H4 K% a2 V( u! o5.落下测试
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  o& c1 X/ O# J: B落下试验之目的通常为模拟两种落下情况：

一种为产品在运输过程中因装载或搬运不慎造成掉落地面所遭受之撞击，此种掉落环境通常产品为包装状态(Package)，

$ O5 u. G. b9 N+ J& ^4 M. y另一种环境系针对手持型产品(Hand Held Product)在未包装保护状态下因使用不当而使产品掉落地面产生撞击。

( v3 i$ t, h$ t- e- E通常掉落高度大都根据产品重量以及可能掉落机率(drop probability)做为参考基准，但对于不同国际规范即使产品在相同重量下但掉落高度亦不尽相同：

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，

- |) |1 V4 c/ r. h# y; gIEC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，
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Intel对手持型产品(如手机)进行之调查则建议落下高度为150cm。
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6.地震测试
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为使产品在遭遇地震时，确定功能仍可正常使用，且设备结构损坏可以降到最低，可利用此项试验，找出产品于地震时会发生之问题，并设法找出改善方法。尤其是网通类之产品，若因地震发生造成通讯中断，势必会对使用者造成很大的影响。
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试验方式
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; X8 }9 [: m, [) R' ~利用震动机来模拟其地震强度，而待测物需依其实际使用之安装方式加以固定于平台，且试验过程中，功能必需开启，才可知道是否会因震动造成中断或其它问题。

# a9 }1 Q: a" C7 v4 ?8 r; Y% Z- L/ k7.纸箱压缩试验

9 v# r4 d( Q, F运输堆栈压缩试验其目的系评估包装物品在仓储或运输期间纸箱耐堆栈与承受重量之能力。
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- D0 p/ h2 T' v$ g* {( VA.静态压缩(Static compression Test)
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6 \2 P( M4 n; u& t仿真仓储装箱堆栈时，在一定之时间内，承受固定之压力，观察外箱的变形量是否会影响内部产品的外观及电性。待测物于测试时，压力的大小，可参考下方公式求得。
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Load=W*(H-h)/h*F

W：单一包装物的重量
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H：堆栈的总高度

h：单一包装物的高度

F：Compensating Factor

B.动态压缩(Continued Compression Test)
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以渐进方式持续增加压缩力量并连续观察外包装之变形量是否超出规定之要求，藉以得知包材可承受之最大压力并记录此时的负载。

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三，户外环境试验
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- B& t  W! z% i2 A  X1.落尘／飞砂／雨淋／防水试验

主要在保护产品不会被外界的异物侵入、不会因水渗入而造成失效。对于可携带型、户外用以及汽车电子均有防尘与防水测试要求，在国际上不论是IEC、MIL或ETSI，以及SAE均有订出相对应之测试规范。

8 f+ ]$ ~0 F3 ^- [# s, [IEC/EN60529防尘分为7个等级(等级0 ~ 等级6)，防水区分为9个等级(等级0 ~ 等级8)在试验应用上通常以IPXX作为等级区分，IP为International Protection 的缩写，国际上均以此做为保护等级辨识，第一个X所代表的意义为防尘等级，第二个X所代表的意义为防水等级。若产品标示为IP54，则表示产品防尘等级为5，防水等级为4。
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2.日光照射试验(Solar Radiation)
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日光照射试验主要的目的就是要验证待测物在接受到日光照射时会不会因为「光」(Light)和「热」(Radiation Heat)的能量对其产生热应力集中以及材料裂化等，影响的范围包括待测物的电性功能是否正常，材料结构是否变形或损坏，为了验证待测测物表面材料经过日光长期曝晒后出现颜色退化，通常在试验前与试验后均以色彩分析仪(Color Analyzer)进行颜色变异程度量测(E)。

. V% y- u8 d9 Y6 |5 v3.紫外光照射试验(UV Radiation)
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2 J! Z; o% g% F! `本试验采用紫外线荧光灯进行试验，其又细分为UVA(340nm)、UVB(313nm)等两种不同波长之灯管，可符合规范所订定之波长进行试验。试验目的主要应用在非金属材料受到紫外光照射后之变化，通常在试验前与试验后可使用色彩分析仪(Color Analyzer)进行颜色变异程度量测(E)。
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" b8 v3 [2 j; Z- C4.气体腐蚀试验
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此项试验主要系针金/银材料、电子连结器(Connector)、FFC/FPC等耐气体腐蚀能力进行验证。当电子排线或连结器暴露于大气中受到微量氯或硫化气体影响使接合处表面出现腐蚀现象时，其讯号传输阻抗将上升，造成产品功能异常或出现失效，因此国际各大厂均以混合气体腐蚀性试验作为产品或电子连结器，FFC，FPC之验证方法，特别是镀金表面质量验证功效卓著，车用电子领域之应用则更为广泛。
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) k1 O% L/ o& @& C腐蚀性气体试验判定方式通常以测试前、中、后导通阻抗作为判定基准。

0 p' j5 R$ a3 @: {$ X% M5.风速测试
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主要是实验室内之风洞模拟实验。因为风洞实验的控制性佳、可重复性高，可用来模拟复杂的流况。


0 O3 I) |9 g. E' O! ?$ e( X! B, M$ J
* f3 C1 O5 u+ c# N& X四，设计验证实验
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1.高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Test-HALT/HASA/HASS)

高加速寿命试验( Highly Accelerated Life Testing –简称HALT)
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高加速寿命试验系利用渐进提升应力方式施加于产品，施加应力种类包括六自由度振动、高低温、快速温度循环、复合式应力、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用高加速环境应力可快速将产品潜在缺陷激发出来并于设计阶段加以修正。

2.破坏边际曲线试验（D.B.C）

: K4 K7 t; ?' z& w* \% L$ E; p消费性产品在生命周期中通常在两种情况下会遭受到冲击，一种为运输过程中因为车辆行走于颠坡道路产生碰撞(Bump)与跳动(Bounce)或因人员搬运时掉落地面所产生之撞击。对于手持型产品(如手机、PDA等)在未受缓冲保护所遭受到之掉落冲击对产品危害更大。对于安装于车辆上之电子产品更因车辆环境较一般商用产品环境恶劣，尤其是若产品安装于轮胎、车门或后行李箱位置等其结构耐冲击要求更高。因此，产品于设计阶段利用冲击破裂强度试验手法可快速验证结构强度水平以及判断是否有适当之包装缓冲设计为设计验证中重要项目之ㄧ。
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3.噪声测试
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" G: D" z* O: y; z* t6 n声压与声功率试验(SPL, Sound Power)r)

  W& x0 `* o8 }/ q4 X. ]随着科技产业的迅速发展，信息产业对产品声音的质量要求也越来越高，对于使用者而言，噪音的感受也开始被重视。针对一般家用3C产品，如手机面板、LCD TV、多功能事务机…等，虽没风扇，也可能会产生其它噪音，令使用者感觉不悦耳，因此噪音量测也成为质量验证的重要指针之一。

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对塑性材料、PCB 、PCBA多孔性材料或成品等而言，各种不同材料对温度与湿气有不同形态之物理反应，温度所产生效应多为塑性变形或产品过温(Over Heat)或低温启动不良(Cold start)等等，多孔性材料在湿度环境下会应毛细孔效应(Breathing Effect)而出现表面湿气吸附， 渗入、凝结等情形，在低湿环境中会因静电荷累积效应诱发产品出现失效。

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主要在保护产品不会被外界的异物侵入、不会因水渗入而造成失效。对于可携带型、户外用以及汽车电子均有防尘与防水测试要求，在国际上不论是IEC、MIL或ETSI，以及SAE均有订出相对应之测试规范。

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在居家环境中充满着纤维尘，此纤维尘大都由地毯、衣物、棉絮、棉沙发等纤维混合着空气中之粉尘所组成。此种纤维尘与传统砂尘或现有国际规范不同，当产品在使用时，纤维尘即经由散热风扇吸入空气过程中将纤维尘一并吸入产品内部，当散热片(Heat sink)上堆积了许多纤维尘就会使产品内部或零件温度升高而造成功能异常与失效。

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通常将干燥高温试验(Dry heat)、低温试验(Cold)、温湿度稳态试验(Constant Temp./Humidity)和温湿度循环试验(Humidity Cycles)各别分开进行测试验证。