老化测试的目的

在电子产品的制造与可靠性工程领域,“老化测试”(Burn-in Test)是一个至关重要且被广泛采用的工艺。它并非简单的“把产品用旧”,而是一个有明确科学依据、遵循严格规范的可靠性筛选过程。其核心目的,是在产品出厂前,主动识别并剔除那些具有早期缺陷的“婴儿死亡率”(Infant Mortality)单元,从而交付给客户更高可靠性的产品。

官方标准与规范依据

老化测试的实施并非凭空想象,而是深度植根于国际和行业标准之中,其中两个最具影响力的规范是:

  1. IPC-9592: 《空气调节和制冷设备用功率转换器性能参数要求》
    该标准虽然针对特定产品,但其关于可靠性和老化测试的理念具有普遍参考价值。它明确要求制造商建立可靠性测试计划,其中就包括环境应力筛选(ESS),而老化测试是ESS的关键组成部分。标准强调通过施加电、热等应力来激发潜在缺陷。

  2. JEDEC JESD22-A108: 《温度、湿度和偏置寿命测试》
    这份由固态技术协会(JEDEC)发布的标准是半导体器件可靠性测试的基石。它详细规定了在施加电偏置的条件下,进行高温工作寿命测试(HTOL)的方法。老化测试本质上就是在加速条件下进行的HTOL,其持续时间、温度和电压条件都参考或衍生于此类标准。

老化测试的核心目的

基于上述标准框架,老化测试的目的可以系统地归纳为以下几点:

1. 筛选潜在缺陷,降低早期失效率
这是老化测试最直接、最主要的目的。半导体器件、电子元件的失效曲线通常符合“浴盆曲线”(Bathtub Curve)。曲线左端是早期失效期,失效主要由制造过程中的潜在缺陷引起,如微小的材料瑕疵、焊接空洞、氧化物层薄弱点、污染等。通过在出厂前施加高于正常使用条件的电应力和热应力(但低于破坏极限),可以加速这些缺陷显现为功能失效,从而将这些“早夭”单元拦截在工厂内部,避免其流入客户手中。

2. 验证产品在额定条件下的工作稳定性与可靠性
老化测试提供了一个稳定的、受控的环境,让产品在其标称的或略高于标称的电压、频率和温度下持续运行。这个过程可以:
稳定电气参数:使元器件性能趋于稳定。
暴露间歇性故障:一些对温度或电压敏感的缺陷,在常态测试中可能不出现,但在持续的应力下会暴露。
验证散热设计:在高温环境下持续满载运行,是对产品散热系统有效性的实战检验。

3. 满足客户与行业特定的可靠性要求
许多关键领域的客户(如汽车、航空航天、医疗、工业控制)和行业认证(如AEC-Q100 for Automotive)会强制要求进行某种形式的老化测试作为质量准入条件。执行符合标准的老化测试流程,是制造商证明其产品可靠性和质量承诺的重要手段,也是建立市场信任的基础。

4. 收集数据,反馈改进设计与工艺
老化测试中失效产品的分析(FA, Failure Analysis)价值巨大。通过对失效模式的定位和根因分析,可以将信息反馈给设计和制造部门,用于改进芯片设计、优化生产工艺、完善质量控制点,从源头上提升产品的固有可靠性,形成质量的良性循环。

常见的老化测试类型(基于标准方法)

  • 静态老化:主要施加直流偏置电压和高温,用于激发与电迁移、热载流子效应等相关的缺陷。常见于集成电路。

  • 动态老化:在施加电应力和热应力的同时,让器件或产品执行动态信号切换或运行模拟工作负载的程序,以同时激发逻辑和时序相关的缺陷。这更贴近实际使用场景。

  • 高温反偏:专门用于二极管、晶体管等分立器件,在高环境温度下施加反向偏置电压,用于筛选与结特性相关的缺陷。

结论

总而言之,老化测试是一项以科学标准为指导的预防性质量保障措施。其根本目的是通过主动施加可控的加速应力,模拟时间效应,将产品的早期失效阶段“提前”并终结在出厂之前。它直接关联到产品的平均无故障时间(MTBF) 和品牌声誉。对于任何追求高可靠性的电子制造商而言,依据如JEDEC、IPC等权威规范,设计并执行恰当的老化测试方案,已不是一项可选成本,而是一项必需的战略投资。

如需根据具体产品定制符合标准的可靠性测试方案,欢迎联系上海德垲检测的专业团队进行咨询。

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