電子產品的可靠性試驗

一般來說為了評價分析電子產品可靠性而進行的試驗稱為可靠性試驗，是為預測從產品出廠到其使用壽命結束期間的質量情況，選定與市場環境相似度較高的環境應力后，設定環境應力程度與施加的時間，主要目的是盡可能在短時間內，正確評估產品可靠性。

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產品設計成型后，必須對產品進行可靠性試驗，產品可靠性試驗是激發潛在失效模式，提出改進措施，確定項目或系統是否滿足預先制定的可靠性要求的必須步驟。可靠性試驗的基本原理如圖。

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可靠性試驗是為了確定已通過可靠性鑒定試驗而轉入批量生產的產品在規定的條件下是否達到規定可靠性要求，驗證產品的可靠性是否隨批量生產期間工藝，工裝，工作流程，零部件質量等因素的變化而降低。只有經過這些，產品性能才是可以信任的，產品的質量才是過硬的。

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電子產品可靠性試驗目的通常有如下幾方面：

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1、在研制階段用以暴露試制產品各方面的缺陷，評價產品可靠性達到預定指標的情況；

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2、生產階段為監控生產過程提供信息；

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3、對定型產品進行可靠性鑒定或驗收；

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4、暴露和分析產品在不同環境和應力條件下的失效規律及有關的失效模式和失效機理；

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5、為改進產品可靠性，制定和改進可靠性試驗方案，為用戶選用產品提供依據。

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電子產品可靠性試驗的方法及分類

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一、如以環境條件來劃分，可分為包括各種應力條件下的模擬試驗和現場試驗；

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二、以試驗項目劃分，可分為環境試驗、壽命試驗、加速試驗和各種特殊試驗；

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三、若按試驗目的來劃分，則可分為篩選試驗、鑒定試驗和驗收試驗；

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四、若按試驗性質來劃分，也可分為破壞性試驗和非破壞性試驗兩大類。

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通常慣用的分類法，是把可靠性試驗歸納為五大類:

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A.環境試驗B.壽命試驗C.篩選試驗D.現場使用試驗E.鑒定試驗

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一、環境試驗

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部分可靠性專著把樣品置于自然或人工模擬的儲存、運輸和工作環境中的試驗統稱為環境試驗，是考核產品在各種環境（振動、沖擊、離心、溫度、熱沖擊、潮熱、鹽霧、低氣壓等）條件下的適應能力，是評價產品可靠性的重要試驗方法之一。一般主要有以下幾種：

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• 1、穩定性烘培，即高溫存儲試驗

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試驗目的：考核在不施加電應力的情況下，高溫存儲對產品的影響。有嚴重缺陷的產品處于非平衡態，是一種不穩定態，由非平衡態向平衡態的過渡過程既是誘發有嚴重缺陷產品失效的過程，也是促使產品從非穩定態向穩定態的過渡過程。

這種過渡一般情況下是物理化學變化，其速率遵循阿倫尼烏斯公式，隨溫度成指數增加．高溫應力的目的是為了縮短這種變化的時間．所以該實驗又可以視為一項穩定產品性能的工藝。

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試驗條件：一般選定一恒定的溫度應力和保持時間。微電路溫度應力范圍為75℃至400℃，試驗時間為24h以上。試驗前后被試樣品要在標準試驗環境中，既溫度為25土10℃、氣壓為86kPa~100kPa的環境中放置一定時間。多數的情況下，要求試驗后在規定的時間內完成終點測試。

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• 2、溫度循環試驗

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試驗目的：考核產品承受一定溫度變化速率的能力及對極端高溫和極端低溫環境的承受能力．是針對產品熱機械性能設置的。當構成產品各部件的材料熱匹配較差，或部件內應力較大時，溫度循環試驗可引發產品由機械結構缺陷劣化產生的失效。如漏氣、內引線斷裂、芯片裂紋等。

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驗條件：在氣體環境下進行。主要是控制產品處于高溫和低溫時的溫度和時間及高低溫狀態轉換的速率。試驗箱內氣體的流通情況、溫度傳感器的位置、夾具的熱容量都是保證試驗條件的重要因素。

其控制原則是試驗所要求的溫度、時間和轉換速率都是指被試產品，不是試驗的局部環境。微電路的轉換時間要求不大于1min在高溫或低溫狀態下的保持時間要求不小于10min；低溫為-55℃或-65-10℃，高溫從85+10℃到300+10℃不等。

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• 3、熱沖擊試驗

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試驗目的：考核產品承受溫度劇烈變化，即承受大溫度變化速率的能力。試驗可引發產品由機械結構缺陷劣化產生的失效．熱沖擊試驗與溫度循環試驗的目的基本一致，但熱沖擊試驗的條件比溫度循環試驗要嚴酷得多。

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試驗條件：被試樣品是置于液體中。主要是控制樣品處于高溫和低溫狀態的溫度和時間及高低溫狀態轉換的速率。試驗箱內液體的流通情況、溫度傳感器的位置、夾具的熱容量都是保證試驗條件的重要因素。

其控制原則與溫度循環試驗一樣，試驗所要求的溫度、時間和轉換速率都是指被試樣品，不是試驗的局部環境。微電路的轉換時間要求不大于lo，：轉換時被試樣品要在5 min內達到規定的溫度；在高溫或低溫狀態下的停留時間要求不小于2 min；高低溫條件分為三檔，A檔為0+2-10℃~100+10-2℃，B檔為一55”llc～125+10℃，c檔為-655,0℃一150+10℃．A檔一般用水作載體，B檔和C檔用過碳氟化合物作載體。作載體的物質不得含有氯和氫等腐蝕性物質或強氧化劑物質。

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• 4、低氣壓試驗

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試驗目的：考核產品對低氣壓工作環境(如高空工作環境)的適應能力。當氣壓減小時空氣或絕緣材料的絕緣強度會減弱；易產生電暈放電、介質損耗增加、電離；氣壓減小使散熱條件變差，會使元器件溫度上升。這些因素都會使被試樣品在低氣壓條件下喪失規定的功能，有時會產生永久性損傷。

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試驗條件：被試樣品置于密封室內，加規定的的電壓，從密封室降低氣壓前20min直至試驗結束的一段時間內，要求樣品溫度保持在25+-1.0℃的范圍。密封室從常壓降低到規定的氣壓再恢復到常壓，并監視這‘過程中被試樣品能否正常工作，微電路被試樣品所施加電壓的頻率在直流到20MHz的范圍內，電壓引出端出現電暈放電被視為失效。試驗的低氣壓值是與海拔高度相對應的，并分若干檔．如微電路低氣壓試驗的A檔氣壓值是58kPa，對應高度是4572m，E檔氣壓值是1.1kPa，對應高度是30480m等等。

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• 5、耐濕試驗

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試驗目的：以施加加速應力的方法評定微電路在潮濕和炎熱條件下抗衰變的能力，是針對典型的熱帶氣候環境設計的。微電路在潮濕和炎熱條件下衰變的主要機理是由化學過程產生的腐蝕和由水汽的浸入、凝露、結冰引起微裂縫增大的物理過程。試驗也考核在潮濕和炎熱條件下構成微電路材料發生或加劇電解的可能性，電解會使絕緣材料電阻宰發生變化，使抗介質擊穿的能力變弱。

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試驗條件：潮熱試驗有兩種，即文變潮熱試驗和恒定潮熱試驗。交受潮熱試驗要求被試樣品在相對濕度為90％～100％的范圍內，用一定的時間(‘般2．5h)使溫度從25℃上升到65℃，井保持3h以上；然后再在相對濕度為80％一100％的范圍內，用一定的時間(—般2.5 h)使溫度從6s℃下降到25℃，再進行一次這樣的循環后再在任意濕度的情況下將溫度下降到一10 c，并保持3h以上‘再恢復到溫度為25℃，相對濕度等于或大于80％的狀態。這就完成了一次文變潮熱的大循環，大約需要24h。

一般一次耐濕試驗，上述交變潮熱的大循環要進行10次．試驗時被試樣品要施加—定的電壓。試驗箱內每分鐘的換氣量要求大于試驗箱容積的5倍。被試樣品應該是經受過非破壞性引線牢固性試驗的樣品。

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• 6、鹽霧試驗

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試驗目的：以加速的方法評定元器件外露部分在鹽霧、潮濕和炎熱條件下抗腐蝕的能力，是針對熱帶海邊或海上氣候環境設計的．表面結構狀態差的元器件在鹽霧、湘濕和炎熱條件下外露部分會產生腐蝕。

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試驗條件：鹽霧試驗要求被試樣品上不同方位的外露部分都要在溫度、濕度及接收的鹽淀積速率等方面處于相同的規定條件。這一要求是通過樣品在試驗箱內放置的相互間的最小距離和樣品的放置角度來滿足的。

試驗溫度一般要求為(35+-3)'C、在24h內鹽淀積速率為2X104mg／m2~5X104mg／m2。鹽淀積速率和濕度是通過產生鹽霧的鹽溶液的溫度、濃度及流經它的氣流決定的，氣流中氧氣和氮氣比份要與空氣相同。試驗時間一般分為24h、48h、96h和240h 4檔。

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• 7、輻照試驗

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試驗目的：考核微電路在高能粒子輻照環境下的工作能力。高能粒子進入微電路會使微觀結構發生變化產生缺陷或產生附加電荷或電流。從而導致微電路參數退化、發生鎖定、電路翻轉或產生浪涌電流引起燒毀失效。輻照超過某一界限會使微電路產生永久性損傷。

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試驗條件：微電路的輻照試驗主要有中子輻照和γ射線輻照兩大類。又分總劑量輻照試驗和劑量率輻照試驗。劑量率輻照試驗都是以脈沖的形式對披試微電路進行輻照的。

在試驗中要依據不同的微電路和不同的試驗目的嚴格控制輻照的劑量串和總劑量。否則會由于輻照超過界限而損壞樣品或得不到要尋求的閩值。輻照試驗要有防止人體損傷的安全措施。

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二、壽命試驗

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是研究產品壽命特征的方法，這種方法可在實驗室模擬各種使用條件來進行。壽命試驗是可靠性試驗中最重要最基本的項目之一，它是將產品放在特定的試驗條件下考察其失效（損壞）隨時間變化規律。

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通過壽命試驗，可以了解產品的壽命特征、失效規律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗過程中可能出現的各種失效模式。如結合失效分析，可進一步弄清導致產品失效的主要失效機理，作為可靠性設計、可靠性預測、改進新產品質量和確定合理的篩選、例行（批量保證）試驗條件等的依據。

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如果為了縮短試驗時間可在不改變失效機理的條件下用加大應力的方法進行試驗，這就是加速壽命試驗。通過壽命試驗可以對產品的可靠性水平進行評價，并通過質量反饋來提高新產品可靠性水平。

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壽命試驗目的：考核產品在規定的條件下，在全過程工作時間內的質量和可靠性。為了使試驗結果有較好代表性，參試的樣品要有足夠的數量。

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試驗條件：微電路的壽命試驗分穩態壽命試驗、間歇壽命試驗和模擬壽命試驗。

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穩態壽命試驗是微電路必須進行的試驗，試驗時要求被試樣品要施加適當的電源，使其處于正常的工作狀態。國家軍用標準的穩態壽命試驗環境溫度為125℃，時間為l 000h。加速試驗可以提高溫度，縮短時間。

功率型微電路管殼的溫度一般大于環境溫度，試驗時保持環境溫度可以低于125℃．微電路穩態壽命試驗的環境溫度或管殼的溫度要以微電路結溫等于額定結溫為基點<一般在175℃一200℃之間)進行調整。

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間歇壽命試驗要求以一定的頻率對被試微電路切斷或突然施加偏壓和信號，其它試驗條件與穩態壽命試驗相同。

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模擬壽命試驗是一種模擬徽電路應用環境的組合試驗。它的組合應力有機械、濕度和低氣壓四應力試驗：機械、溫度、濕度和電四應力試驗等。

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三、篩選試驗

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篩選試驗是一種對產品進行全數檢驗的非破壞性試驗

其目的是為選擇具有一定特性的產品或剔早期失效的產品，以提高產品的使用可靠性。產品在制造過程中，由于材料的缺陷，或由于工藝失控,使部分產品出現所謂早期缺陷或故障，這些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保證在實際使用時產品的可靠性水平。

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• 可靠性篩選試驗的特點是：

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1、這種試驗不是抽樣的，而是100%試驗；

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2、?該試驗可以提高合格品的總的可靠性水平，但不能提高產品的固有可靠性，即不能提高每個產品的壽命；

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3、不能簡單地以篩選淘汰率的高低來評價篩選效果。淘汰率高，有可能是產品本身的設計、元件、工藝等方面存在嚴重缺陷，但也有可能是篩選應力強度太高。

淘汰率低，有可能產品缺陷少，但也可能是篩選應力的強度和試驗時間不足造成的。通常以篩選淘汰率Q和篩選效果β值來評價篩選方法的優劣：合理的篩選方法應該是β值較大，而Q值適中。

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四、現場使用試驗

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上述各種試驗都是通過模擬現場條件來進行的。模擬試驗由于受設備條件的限制，往往只能對產品施加單一應力，有時也可以施加雙應力，這與實際使用環境條件有很大差異，因而未能如實地、全面地暴露產品的質量情況。

現場使用試驗則不同，因為它是在使用現場進行，故最能真實地反映產品的可靠性問題，所獲得的數據對于產品的可靠性預測、設計和保證有很高價值。對制定可靠性試驗計劃、驗證可靠性試驗方法和評價試驗精確性，現場使用試驗的作用則更大。

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五、鑒定試驗

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鑒定試驗是對產品的可靠性水平進行評價時而做的試驗。它是根據抽樣理論制定出來的抽樣方案。在保證生產者不致使質量符合標準的產品被拒收的條件下進行鑒定試驗。

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可靠性鑒定試驗分兩類：一類為產品可靠性鑒定試驗，一類為工藝(含材料)的可靠性鑒定試驗。

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產品可靠性鑒定試驗一般是在新產品設計定型和生產定型時進行。目的是考核產品的指標是否全面達到了設計要求，考核產品是否達到了預定的可靠性要求。試驗的內容一般與質量一致性檢驗一致，既A、B、c、D四組試驗都做，有抗輻射強度規定產品也做要E組試驗。當產品的設計、結構、材料或工藝有重大改變時也要做可靠性鑒定試驗。

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工藝(含材料)的可靠性鑒定試驗用于考核生產線對材料和工藝的選擇及控制能力是否能保證所制造的產品的質量和可靠性，是否能滿足某種質景保證等級的要求。

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其他常用的電子產品可靠性試驗介紹

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• 恒定加速度試驗

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該試驗目的是考核傲電路承受恒定加速度的能力。它可以暴露由微電路結構強度低和機械缺陷引起的失效。如芯片脫落、內引線開路、管殼變形、漏氣等。

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試驗條件：在微電路芯片脫出方向、壓緊方向和與該方向垂直的方向施加大于1 mm的恒定加速度，加速度取值范圍一般取為49 000m／s：-1 225 000m／sV5 000~125 000z)之間。試驗時微電路的殼體應剛性固定在恒定加速器上。

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• 機械沖擊試驗

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該試驗目的是考核微電路承受機械沖擊的能力。即考核微電路承受突然受力的能力。在裝卸、運輸、現場工作過程中會使微電路突然受力。如跌落、碰撞時微電路會受到突發的機械應力．這些應力可能引起微電路的芯片脫落、內引線開路、管殼變形、漏氣等失效。

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試驗條件：試驗時微電路的殼體應剛性固定在試驗臺基上，外引線要施加保護。對微電路的芯片脫出方向、壓緊方向和與該方向垂直的方向各施加五次半正弦波的機械沖擊脈沖。沖擊脈沖的峰值加速度取值范圍—般取為4900m／s2~294 000m／s2(500g~30 000g)脈沖持續時間為0.1ms—1.0ms，允許失真不大于峰值加速度的20％。

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• 機械振動試驗

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振動試驗主要有四種，即掃頻振動試驗、振動疲勞試驗。振動噪聲試驗和隨機振動試驗。目的是考核微電路在不同振動條件下的結構牢固性和電特性的穩定性。

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掃頻振動試驗使微電路作等幅諧振動，其加速度峰值一般分為196 m／s：(20e)、490m／s2(50g)和686m/s2(70g)三檔．振動頻率從20Hz一2 000Hz范圍內隨時間校對數變化。振動頻率從20Hz~2 000Hz再回到20Hz的時間要求不小于4mm，并且在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行五次。

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振動疲勞試驗也要使微電路作等幅諧振動，但是其振動頻率是固定的，一般為幾十到幾百赫茲，其加速度峰值一般也分為196m／s2(20g)、490m／s2(50g)和686m／s2(70g)三檔。在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行一次，每次的時間大約為32h。

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隨機振動試驗的試驗條件是模擬各種現代化現場環境下可能產生的振動。隨機振動的振幅具有高斯分布。加速度譜密度與頻率的關系是特定的。頻率范圍為幾十到2000Hz。????

振動噪聲試驗的試驗條件與掃頗振動試驗基本相同。使微電路作等幅諧振動，其加速度峰值一般不小于196m／s2(20g)．振動頻率從20Hs一2000Hz范圍內隨時間按對數變化．振動頻率從20Hz一2000Hz再回到20Hz的時間要求不小于4min，并且在互相垂直的三個方向上(其中一個方向與芯片垂直)各進行1次。

但是微電路要施加規定的電壓和電流。測量在試驗過程中在規定負載電阻上的最大噪聲輸出電壓是否超出了規定值。

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• 鍵合強度試驗

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該試驗目的是檢驗微電路封裝內部的內引線與芯片和內引線與封裝體內外引線端鍵合強度．分為破壞性鍵合強度試驗和非破壞性鍵合強度試驗．鍵合強度差的微電路會出現內引線開路失效。

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試驗要求在鍵合線中部對鍵合線施加垂直微電路；芯片方向指向芯片反方向的力，施力要從零開始緩慢增加，避免沖擊力。若設定一個力，當施力增加到該力時停止餡力，且此力應不大于最小鍵合力規定值的80％，則試驗稱為非破壞性鍵合強度試驗。

若試驗時施力增加到鍵合斷裂時停止，稱破壞性健合強度試驗。健合強度試驗目的是對微電路鍵合性能作批次性評價，所以要有足夠多的試驗樣品．非破壞性鍵合強度試驗有時作為篩選試驗項目。

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• 芯片附著強度試驗

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該試驗目的是考核芯片與管殼或基片結合的機械強度。芯片附著強度試驗有兩個，即芯片與基片／底座附著強度試驗和剪切力試驗．前者是考核芯片承受垂直芯片脫寓基片／底座方向受力的能力。后者是考核芯片承受平行芯片與基片／底座結合面方向受力的能力。

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試驗要求嚴格控制施加力的方向，且避免沖擊力。該試驗的判據力與芯片面積成正比，且與脫落后界面附著痕跡面積與芯片面積的比值有關．附著痕跡面積小，意味著結合性能差，判據力要加嚴。

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• 粒子碰撞噪聲檢測試驗

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粒子碰撞噪聲檢測試驗(PIND：Particle Impact Noise Detection)的目的是檢驗微電路空腔封裝腔體內是否存在可動多余物。

可動導電多余物町能導致微電路內部短路失效。試驗原理是對微電路施加適當的機械沖擊應力使沾附微電路腔體內的多余物成為可動多余物。再同時施加振動應力，使可動多余物產生振動，振動的多余物與腔體壁撞擊產生噪聲。

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通過換能器檢測噪聲。試驗要求將微電路最大的扁平面借助于粘附劑安裝在換能器上，先施以峰值加速度為(9 800+-1 960)m／s2延續時間不大于100μs沖擊脈沖。

然后再施以頻串為40Hz一250Hz，峰值加速度為196m／s2振動，隨后再使沖擊應力與振動應力同時施加和單獨施加振動應力，交替進行一定次數，若檢測出噪聲，則表示微電路腔體內有可動多余物。

有的微電路內引線較長。長引線的顫動也可能檢測出噪聲，改變振動頻率，噪聲有變化時其噪聲往往是由長引線的顫動產生的。所用粘附劑應對其傳送的機械能量有較小的衰減系數．沖擊脈沖的峰值加速度、延續時間和次數應嚴格控制，否則試驗可能是破壞性的。

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• 靜電放電敏感度試驗

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靜電放電敏感度試驗可以給出微電路承受靜電放電的能力。它是破壞性試驗。

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試驗方法是模擬人體、設備或器件放電的電流波形，按規定的組合及順序對微電路的各引出端放電。尋找出傲電路產生損傷的閥值靜電放電電壓。以微電路敏感電參數的變化量超過規定值的最小靜電放電電壓，作為微電路抗靜電放電的能力的表征值。

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