环境可靠性试验介绍

01 可靠性的定义

定义：

产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。所谓规定的条件，主要指环境条件。

02 常见环境试验项

（1）气候环境试验

A.温度试验：高/低温试验、温度冲击试验、梯度温度试验、快速温变试验高温老化试验，温度循环试验。

B.湿度(潮湿)试验：恒定湿热试验，交变湿热试验，高温高湿试验(双85试验);

C.外壳防护等级试验

D.三防试验：盐雾腐蚀试验(中性盐雾试验、交变盐雾试验、酸性盐雾试验)，湿热试验(恒定湿热、交变湿热)，霉菌试验(发霉试验，长霉试验);

E.特殊试验：低气压试验(海拔高度试验)、高气压试验、太阳辐射试验、淋雨试验、沙尘试验等。

（2）机械环境试验

A.振动试验：正弦振动试验(扫频耐久试验)、随机振动试验、宽带随机振动试验，窄带随机振动试验，正弦+随机叠加试验;

B.冲击试验：半正弦波机械冲击试验，后峰锯齿波冲击，冲击响应谱试验;

C.其他试验：跌落试验(自由跌落，重复跌落)、碰撞试验、加速度试验等。

（3）综合环境可靠性试验

A.温度湿度组合试验、温度+湿度+振动综合试验(三综合试验)

03 工作模式和功能等级要求

（1）操作模式Operating type           GMW 3172

（2）功能状况分级（FSC）

Functional status Classification

04 温湿度类试验

试验分类

☑ 高低温存放

☑ 温度循环测试

☑ 热老化

☑ 低温/高温存贮

☑ 湿热循环

☑ 温度冲击

☑ 快速温变

☑ ......

4.1 高温存储/运行试验

1.试验目的：验证产品在高温环境运输，储存和使用的条件下的功能可靠性

2.试验机理：高温环境会产生热效应，使部件发生软化、膨胀蒸发、气化、龟裂、溶融及老化等现象，而对应的汽车将会出现机械故障、润滑密封失效、电路系统绝缘不良、机械的应力增加及强度减弱等故障。

3.技术指标：温度，时间，温升速率

4.试验注意项：

①产品或其元器件的最高耐受温度极限

②各试件温度差不能大于5℃(即受热均匀，与箱壁距离最少5cm）

③区分散热样件与非散热样件

④被试产品的迎风面（样品摆放朝向与风向的位置）

⑤一般不允许在测试过程中把样件拿出试验箱外进行功能检测。功能检测应让样品保持在试验箱里

4.2 低温存储/运行试验

1.试验目的：验证产品在低温环境运输，储存和使用的条件下的功能可靠性

2.试验机理：低温环境会产生凝聚效应，使部件发生脆化、龟裂、等现象，而将会出现机械故障、润滑密封失效、电路系统绝缘不良、机械的应力增加及强度减弱等故障。

3.技术指标：温度，时间，温升速率

4.试验注意项：

①产品或其元器件的最低耐受温度极限

②区分散热样件与非散热样件

③从低温箱取出由于温度突变会产生冷凝露，一般把温度箱温度缓慢恢复至室温再取出样品，最少一个小时，不超过两个小时

④一般不允许在测试过程中把样件拿出试验箱外进行功能检测。功能检测应让样品保持在试验箱里

4.3 温度冲击试验

又称 热冲击试验、（高低温）冷热冲击试验。有别于 快速温变试验

1.试验目的：验证产品在快速温度变化环境下的可靠性（环境应力筛选）

2.试验机理：

通电后设备中会产生高的温度梯度，由于温度变化，元器件会经受应力，

例如，在大功率的电阻器旁边，热辐射会引起邻近元器件表面温度升高，

而其他部分仍然是冷的。

当冷却系统通电时，人工冷却的元器件会经受快速的温度变化。

3.技术指标：高低温度，暴露持续时间，转换时间/变化速率，循环数

4.试验注意项：

①产品或其元器件的最低/最高耐受温度极限

②各试件受热均匀性

③试件属于自身发热型的TS试验方法              

 ④一般从低温段开始试验。

试验循环次数的确定：

Nf1 = 至失效为止的周期次数（实际）

Nf2 = 至失效为止的周期次数（试验）

ΔT1 = 温度变化（实际）

ΔT2 = 温度变化（试验）

k= 对遭受交变负荷的、其变形在塑性范围内发生的金属为2，对以塑料件为主的试件取4

例如：某金属件的温度冲击循环次数计算

按上述公式取

N1 =10*365*2(10年，每年365天，每天2次冷起动)=7300

ΔT1 =50-0=50

ΔT2 =80-(-40)=120

k=4

计算可得Nf2 =220

即进行220次温度冲击试验可以模拟实际10年的使用寿命。

实际操作按标准中的规定的循环次数进行！

温度冲击箱

三箱式静态冲击

（转换时间3-5min）

两箱式动态冲击 （转换时间3-15s）

4.4 温湿循环试验

1.试验目的：模拟部件在汽车工作期间由于空气湿度高而形成的温度交变循环下的热负荷（包括霜冻）。是为了保证部件耐抗湿热的稳定性。

2.试验机理：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。同时由于水分的吸收、扩散、凝聚作用，使绝缘材料的体积电阻下降，从而产生漏电流。也引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体膨胀、机械强度降低等

3.技术指标：相对湿度，温度，温度变化速率，试验时长，是否通电（通电时长）

4.试验注意项：

①湿度控制是否准确（试验曲线）

②试验过程中不能开箱

③低温阶段是否凝露

④循环开始前，样品应该室温无载存放24h

5.常见曲线：

①在温度下降时，前15min不能低于90%，其余时间相对湿度不能低于95%。

②在温度下降时，相对湿度不能低于80%，且降温速率无特别要求。

温度湿度组合循环试验

严酷度:

10次温度湿度组合循环试验，每次循环为24h。在头9次循环的任何5次循环期间，试验样品暴露于湿热分循环之后，应进入低温循环。头9次循环中其余的4次循环应不包括低温。

4.5 恒定湿热耐久试验

1.试验目的：验证产品在高温环境运输，储存和使用的条件下的功能可靠性

2.试验机理：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。同时由于水分的吸收、扩散、凝聚作用，使绝缘材料的体积电阻下降，从而产生漏电流。也引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体膨胀、机械强度降低等

3.技术指标：相对湿度，温度，温度变化速率，试验时长，是否通电（通电时长）

4.试验注意项：

①湿度控制是否准确（试验曲线）

②试验过程中不能开箱

5.常见试验值：

双85,1000h （FCC）

60℃，90±5%，240h （SGMW）

40℃，93±3%，504h （SAIC）

5.Lawson模型——恒定湿热时间计算模型

6. 示例：仪表，设计年限15年

4.6温度耐久试验

1.试验目的：模拟在汽车使用寿命期间，元件的热负荷。如扩散，迁移和氧化引起的故障有关的元件的质量和可靠性

2.试验机理：高温环境会产生热效应，使部件发生软化、膨胀蒸发、气化、龟裂、溶融及老化等现象，而对应的汽车将会出现机械故障、润滑密封失效、电路系统绝缘不良、机械的应力增加及强度减弱等故障。

3.技术指标：温度，时间，工作状态

4.试验注意项：

①工作状态（是否是最大输出状态）

②是否为散热样件

③元件最大承载温度与时长

5.常见实验值：85℃/1000h

温度耐久时间计算：

高温耐力测试寿命测试的测试持续时间的计算建立在温度谱百分比的基础上。

05 机械力学测试

振动试验

正弦振动

随机振动

机械冲击试验

半正弦波冲击

三角形波冲击

方形波冲击

碰撞试验

半正弦波

稳态加速度试验

跌落试验

自由跌落试验

重复自由跌落试验

冲击试验台

碰撞试验台

03 跌落试验台

04 包装压力试验机

05 运输振动台

5.1 振动试验

1.试验目的：模拟产品在制造，组装运输及使用阶段中所遭遇的碰撞、振动，以鉴定产品忍受环境振动的能力，检测其产品结构的耐振性、可靠性和完好性。

2.试验机理：

①、对结构的影响：产生裂纹、弯曲、变形、断裂和造成部件之间的相互撞击等；

②、对工作性能的影响：使运动部件动作不正常、触点接触不良、带电元件相互接触或短路、继电器产生误动作、指示灯闪烁、产生强电噪声、导线摩擦或断裂等，从而导致工作不稳、不正常、甚至失灵、不能工作等；

③、对工艺性能的影响：紧固件松动、连接件和焊点脱开等。

3.振动分类

振动试验 – 正弦振动

✦正弦振动的六个要素

•

1、频率(Hz)

2、加速度(g 或m2/s)

3、振幅(mm)

4、扫频速率(Oct/min 或 Hz/s)

5、方向(X、Y、Z axis)

6、持续时间(min/axis)

✦

正弦振动 Sine Vibration

1.扫频：维持一或两个参数（位移、速度、加速度）不变，频率在一定范围内连续往复变化的试验。主要用于寻找共振频率。

a、线性扫频：单位时间内扫过的赫兹，单位Hz/s或Hz/min

b、对数扫频：相同时间内扫过的频率倍频程是相同的。单位：oct/min或oct/s

2.定频:在固定频率上进行各种振动参数不同量级的实验。主要用于考验产品的耐共振振动的能力。

振动试验 – 随机振动

随机振动的五个要素

•

1、频率(Hz)

2、总均方根值(grms)

3、谱密度(g2/Hz)

4、方向(X、Y、Z axis)

5、持续时间(min/axis)

1、常见参数

ASD：加速度谱密度，表示随机信号的各个频率分量所包含的加速度方均值在频域上是怎么分布的。单位：m2/s3或（m/s2）2/Hz.

PSD: 功率谱密度，表示随机信号的各个频率分量所包含的功率在频域上怎样分布的。单位：g2/Hz

Grms: 总均方根加速度

1g2/Hz=（ 9.8 m/s2 ）2/Hz=96.04 m2/s3

控制点（传感器）布置点选择的基本原则

控制点布置方案的选择、确定应遵循以下原则:

1)条件允许时，应尽量地选择具有多点控制能力的振动系统进行摸底试验；

2)在振动控制系统允许的范围内，选择尽可能多的控制点，一般至少选择3个控制点;

3)选择夹具上刚性较硬的地方作为控制点;

4)控制点应尽量地靠近试件与夹具或台面的连接点;

5)选择方便安装加速度计的位置作为控制点:

6)一般控制点不应选在试件上，特殊情况下如采用加速度限控制方法时内，可以综合考虑台面夹具和试件上的各个部位来合理地选择控制点;

7)根据不同的试验的具体要求来选择控制点;

8)使用不同结构形式的夹具时，应选择不同的控制点布置方案。

5.2 机械冲击

1.试验目的：用于确定产品机械的薄弱环节，考核产品结构的完整性。

2.试验机理：由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的性质，

3.技术指标：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。

4.试验注意项：

①冲击方向应该是6个面，而不是X,Y,Z三个方向

② 振动试验讲究持续性，疲劳性；冲击是瞬间性，破坏性的。

机械冲击类型:

根据脉冲波形不同，可分为

•

1、半正弦波

2、三角波

3、梯形波

包装冲击试验

冲击波形:半正弦波

冲击时间:9ms

冲击加速度:60g

冲击频率:3次/轴向(Total:总共冲击18次)

包装跌落试验

1.试验目的：用于模拟在搬运期间可能经受的自由跌落。将包装件/试件按规定高度跌落于坚硬、平整的水平面上，评定包装件承受垂直冲击的能力和包装对内装物保护能力的试验。跌落试验，又名drop test/free fall。

2.技术指标：跌落高度、跌落次数、跌落表面

3.类别：角跌落、边跌落、面跌落

06 机械力学测试

为什么要做防水防尘？

· 设备和工程材料腐蚀过程中，水是主要的介质，当大气中<20%，几乎所有腐蚀现象都停止，因此防潮是三防中最重要的环.

· 当RH达到60 %时，设备表面层会形成2~4个水分子厚的水膜当有污染物溶入时，会有化学反应产生.

· 当RH达到 80%时，会有 5~20个分子厚的水膜，各种分子都可自由活动，当有碳元素存在,可能产生电化学反应。

· 水分子很小，足以能穿透某些高分子材料的网状分子间隙而进入内部或通过涂层的针孔而达到底层金属产生腐蚀。

1、粗尘:粗粉尘是直径在2.5~15微米的不规则颗粒，一般不会引起故障,电弧等问题,但影响连接器的接触;

2、细尘:细尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒,细尘落在PCBA(单板)上有一定的附着力，须通过防静电刷才可除去。

3、细尘的腐蚀性很大，尤其是当含有腐蚀性的酸、碱、盐时，当RH大于60%时，能透过阻焊膜或敷形涂层将铜导线腐蚀断开。

IP代码含义

对外来物防护等级

对触及防护等级

（这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器之内带电部分，以免触电)

防水防护等级

附加位

防尘实验步骤

DUT应按正常工作位置在防尘试验箱中，带有包裹物、遮盖物并暴露在下列环境中

1、垂直吹尘实验箱：吹尘6s，停顿15min，循环20次

2、水平吹尘试验箱：暴露时间 0.5 ~ 24h，DUT旋转速率 0圈/min ~ 3圈/min

粉尘类型：

A1尘/A2尘，亚利桑那尘（滑石粉日标）

垂直试验箱要求：

每立方试验空间2Kg量并保持悬浮状态

水平试验箱要求：

空气/粉尘混合比: 5g/m3±2g/m3

流速:1.5m/s

07 腐蚀类试验

•

耐化学试剂（ 玻璃清洗液、汽油、机油……）

盐雾试验（中性、酸性、碱性、铜加速、交变）

气体腐蚀（ Cl2 , SO2 , H2S , NO2）

臭氧腐蚀

08 盐雾实验

1.试验目的：盐雾腐蚀就是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀用于考核产品、材料及其防护层抗盐雾腐蚀能力

2.试验机理：导电的盐溶液渗入到金属内部发生电化学反应，形成‘低点位金属-   电解质溶液-高电位金属’微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成新的腐蚀物，盐雾腐蚀过程中主要起作用的是氯离子，它具有很强的穿透本领，容易穿透金属氧化层进入金属内部，破坏金属钝态，同时，氯离子具有很小的水和能，容易吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属得到破坏。

3.技术指标：盐溶液浓度、相对湿度、温度、盐雾时间、喷雾方式试验周期，PH值，摆放角度

4.类别：

(1)中性盐雾试验（NSS试验）

(2) 乙酸盐雾试验（AASS试验）

(3) 铜加速醋酸盐雾试验（CASS）

(4) 交变盐雾试验。

GB/T 10125 中4种盐雾测试方法的对比

09 制定环境试验方法

针对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。

环境类可靠性测试项目及主要对应标准