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电子产品可靠性测试项目有哪些?

08/04 11:35
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1、电子产品可靠性测试的方法

一、基本测试程序相关的方法

首先在进行可靠性测试之前,要确定测试目标,这是测试的起始点。例如,若要测试一款智能手机的可靠性,目标可能是确定其在正常使用环境下的寿命、功能稳定性以及对不同环境的适应能力等,明确这些有助于界定测试的内容、范围以及时间周期等要素。接着根据测试目标设计测试方案,测试方案涵盖测试方法(如选择何种可靠性试验类型)、测试过程(包括测试的先后顺序和每个测试环节的具体操作)、测试环境(像设定温度、湿度、电磁环境等条件)和测试参数(例如电压、电流等设置值)等方面。合理的测试方案如同规划蓝图,能够确保测试结果的可靠性和有效性。

定义测试指标也十分重要,这包括产品的可靠性参数(如平均故障间隔时间MTBF等)、测试结果的评估标准(例如判定成功或失败的界限)和通过测试的要求(如各项指标需达到何等水平)等,清晰定义测试指标可以确保测试的目标和要求明确可行。最后是搭建测试环境,此环境需尽量匹配产品的实际使用环境,像智能手机测试要考虑到日常使用中的温度波动范围(如 -10℃ - 40℃的典型温度范围)、正常使用时可能遭遇的电磁干扰水平(如日常生活场景中的电磁干扰强度设置)等。

二、常见的测试类型方法

可靠性试验

环境试验:这是考察电子产品对不同环境适应能力的试验。

温度相关试验:

高温测试:例如按照GB/T2423.2等标准,将电子产品置于高温环境(如40℃、60℃等设定温度)下持续一定时间(小时或天数等),观察其功能是否正常,像一些电子元件在高温下可能会出现参数漂移、性能下降甚至损坏,芯片在高温环境下可能出现运算速度变慢或者出现数据错误等现象。

低温测试:依据GB/T2423.1标准,让电子设备在低温环境(如 -20℃、 -40℃等)下工作或贮存,测试其耐寒程度。低温可能会导致电池性能急剧下降,液晶显示屏反应迟钝或者无法正常显示等问题。

温湿度循环测试:参考GB/T2423.34等标准,产品频繁经历温湿度的循环变化(如从高温高湿度到低温低湿度再返回),这可以模拟电子产品在不同季节、不同地域运输或存放时的情况。温湿度循环可能使得某些吸湿性的电子元件(如电路板上的电容等)受潮,导致电气性能改变;而温度的急剧变化又可能使不同材料的热胀冷缩程度不一致,从而产生机械应力,造成元件焊点松动或者电路板变形撕裂等故障。

机械环境试验:

机械冲击测试:确定光电子器件或者电子产品是否能在承受中等严酷程度冲击的情况下正常工作。这种冲击可能来自装卸(如在运输过程中从货车装卸到货架时可能遭受的碰撞)、运输(如车辆急刹车、颠簸等状况下电子设备内部元件受到的冲击力)或者现场使用过程(如设备意外掉落地面受到的撞击)中的突然受力或剧烈振动。通过特定设备给予电子产品规定加速率和持续时间的冲击脉冲,然后检测产品是否有结构损坏、元件松动或者功能异常等情况。

变频振动测试:旨在确定在规范频率范围内振动对电子产品各部件的影响。不同部件在不同频率振动下可能产生共振现象,在共振频率点上,部件的振动幅度会急剧增大,有可能导致内部焊点断裂、电线连接中断、螺丝松动等问题,进而影响整机功能。如在飞机上使用的电子设备要经历发动机转动频率范围的振动,这个测试可以验证产品在这种环境下的可靠性。

电磁兼容性测试:

辐射试验:测试产品在电磁辐射环境下的抗干扰能力,使电子产品处于特定的电磁场环境中(按照相关的电磁辐射强度标准设定),检测其是否会出现功能紊乱,例如收音机在强电磁辐射环境下可能会出现信号接收中断或者杂音增多的现象。

抗扰度测试:检查电子产品在外界电磁干扰下能否正常维持自身功能。如在有大量电机设备运行(会产生电磁干扰)的工业环境中,电子设备要能够正常工作不受干扰,这通过对设备施加一定类型和强度(依据相关标准,如IEC标准)的电磁干扰,观察其性能变化。

寿命试验

非工作状态的存储寿命试验:主要针对电子元件或电子产品在不工作(如库存状态)下能正常保存的时间长度。像某些电子产品中的电池在长期存储过程中可能会出现自放电、容量下降甚至漏液等现象,如果在存储寿命试验中发现这些问题,可以改进电池的材料、结构或者封装工艺来提高存储寿命。

工作状态的工作寿命试验:以电子产品正常工作的模式持续运行,测试其到出现故障(如关键功能失效、性能指标超出规定范围等情况)时的工作时长。以家庭智能电视为例,连续开机播放视频流,记录到首次出现图像花屏、死机或者声音异常等故障的时间。为了缩短试验周期、减少样品数量和试验费用,常常采用加速寿命试验,其中最常用的应力为温度和电压。在加速寿命试验中,通过提高温度和电压等应力条件,使产品在较短时间内暴露出可能在正常使用条件下长期才会出现的可靠性问题,但需要依据一定的加速模型计算实际的使用情况。

按照试验目的分类的试验方法

筛选试验:在产品制造过程中,用于筛选出有缺陷的产品。例如在大规模生产集成电路芯片时,通过施加一定的筛选应力(如高温老化、高压测试等),去除早期失效的芯片。

鉴定试验:用于评估电子产品是否符合规定的性能和可靠性要求。像一款新研制的航空电子设备,在定型生产前,需要进行鉴定试验证明其可靠性指标(如MTBF、故障概率等)达到航空航天领域的严格标准。

验收试验:在产品交付前由用户或者第三方进行的试验,目的是确认产品是否满足合同规定的可靠性要求。比如电子制造企业向汽车制造商提供车用电子控制系统,在交付前汽车制造商按照双方合同规定的可靠性标准进行验收试验。

按照试验性质分类的试验方法

破坏性试验:有些电子产品的可靠性测试需要破坏样品才能获取相关数据,如对电子材料进行拉伸试验直至拉断,来确定其极限强度,这种试验会使样品失去使用价值,但可以得到准确的极限性能数据,以便为设计安全系数等提供依据。

非破坏性试验:大部分电子产品的可靠性测试属于非破坏性试验,如上面提到的电磁兼容性测试只要在合理的强度范围内一般不会对产品造成破坏,以及产品的外观检查、功能测试等,这些既可以评估产品的可靠性又不会损坏产品,可以用于批次抽检等情况。

试验过程中的循环模式方法

试验 - 问题记录 - 再试验模式:这种方法把初步研制的产品,通过试验发现问题时,不是立即进行改进,而是把问题记录下来。例如在批量测试10台电子设备的过程中,如果出现了多个故障或者问题类型,且其中某一种问题占主导地位,其余为次要问题时适用这种方法。在该阶段试验结束以及下一个阶段开始之前,根据各种失效模式的失效机理,集中地进行改进后再进行试验。

试验 - 改进 - 再试验模式:当电子产品在研制阶段,通过系统试验暴露出产品薄弱环节之后,如果只出现一种比较普遍和严重的问题,就可以采用这种针对性较强的方法。例如一批测试的5台新产品在试验中都出现了散热不良这一相同且严重的问题,那么分析该问题后立即改进(如改变散热结构或者更换散热材料等),再进行试验来证实所解决的问题,使产品的可靠性得到增长。

含延缓改进的试验 - 改进 - 再试验模式:这是前两种方法的结合。在试验中,有些问题能及时改进就立即着手进行(如简单的电路线路优化),有些延缓到试验结束后再作改进(如需要更换更大型号的散热风扇,但是试验期间没有合适的配件需要时间准备等)。将这种方法用于电子产品中,可以综合考虑试验中的实际情况,使产品的可靠性得到较大的增长。

三、其他辅助性的测试方法

监测过程中的数据分析类

在加速老化试验(如对光电子器件施加高温、高湿和一定的驱动电流进行加速老化)过程中,需要定期监测选定的参数,这些参数包括电学性能参数(如电流、电压、功率等)以及物理性能参数(如材料的形变、硬度等)。依据这些参数的变化趋势,来判定光电子器件具备功能和丧失功能,以及接收和拒收。例如,当某一电子元件的电阻值在加速老化试验过程中增大超过一定阈值(这个阈值可以通过理论分析或者以往经验确定),则可能预示着该元件即将损坏失去功能,可以将电阻值随时间的变化绘制成曲线,通过曲线的斜率变化等更加直观地分析元件老化的速度和程度,以便对光电子器件工作条件进行调整和对可靠性进行计算。

基于失效模式开展的测试方法

在进行可靠性测试用例设计时,采用基于失效机理的应力测试方法很重要。分析被测物的可能失效机理,如电子元件在高湿度环境下可能因受潮发生短路的失效机理,针对这一情况有针对性地施加失效应力(如在高湿度环境下对电子元件进行电气性能测试的同时,监测其是否出现短路或者绝缘性能下降的情况)。这种方法非常有利于深入查找产品的可靠性隐患,提高测试的准确性。

2、常见电子产品可靠性测试标准

一、总体标准要求方面

环境适应性标准要求

环境适应性测试主要考量产品在不同环境条件下(如温度、湿度、气压等)的工作能力。在温度方面,有高温测试(如GB/T2423.2、IEC60068 - 2 - 2、EIA - 364 - 17等标准)和低温测试(GB/T2423.1、IEC60068 - 2 - 1、EIA - 364 - 59等标准)相关规定,例如对电子产品在特定高温(如55℃)或者低温(如 - 30℃)环境下工作时的性能进行测试。湿度方面,像恒定湿热测试(GB/T2423.3、IEC60068 - 2 - 78、MIL - ST - 202等标准),要求产品能在规定的湿度(如相对湿度90% - 95%)和温度条件下正常工作一段时间。对于气压变化,低气压测试等标准(如对应于特定海拔高度产生的气压条件下电子产品正常工作能力的测试)也是环境适应性测试的一部分,尤其是对于航空电子设备等需要在不同气压环境下工作的产品至关重要。

机械强度标准要求

机械强度测试涉及对产品在运输和工作过程中的抗冲击、抗震动等能力的检测。其中机械冲击测试标准(如GB/T2423.5、IEC60068 - 2 - 27、EIA - 364 - 27等)规范了测试冲击的强度、方向、持续时间等参数,以模拟产品在运输(如在运输车辆经过颠簸路段时受到的冲击)或者使用过程中(如设备意外掉落受的撞击)可能遭受的力学冲击情况。振动试验标准(GB/T2423.56、IEC60068 - 2 - 64、ASTM4728等)规定了振动的频率范围、加速度、振动方向等条件,以此测试电子产品在振动环境(如汽车发动机运转产生的振动环境下电子设备内的线路板焊点等部件是否稳固)下的工作可靠性。

电磁兼容性标准要求

电磁兼容性测试是评估产品在电磁环境中的抗干扰能力,包括辐射、抗扰度等维度。对于辐射试验,相关标准(如ISO4892.2、GB/T16422.2、ASTMG155等)规定了电磁辐射的频率范围、强度等条件,以测试产品在特定电磁辐射环境下是否有性能变化或者功能紊乱。抗扰度测试标准(如IEC标准等相关规定)则确保产品在外界施加不同类型和强度(如静电放电干扰、射频电磁场辐射抗扰度等)的电磁干扰下能维持正常功能,例如电脑在遭受静电干扰时不出现死机或者数据丢失等情况。

可靠性寿命标准要求

可靠性寿命测试是对产品在规定工作条件下的使用寿命进行评估。这包括如通过加速寿命试验(采用温度、电压等应力加速元件老化过程)来推算产品的实际使用寿命。目前虽然没有统一的国际完全通用标准专门完全定义可靠性寿命测试的具体计算方法(因为不同类型电子产品的寿命影响因素复杂多样),但是在行业内有基于大量试验数据总结得到的一些方法和预期的可靠性寿命要求(如部分行业内一些电子产品平均故障间隔时间MTBF应该达到数千小时甚至更多等大致标准)。

二、实际检测流程相关的标准

1. 检测申请流程标准

客户在申请电子产品可靠性测试时需按照规定流程进行操作。首先是填写检测申请表,在表内需要提供产品信息(如产品名称、型号、功能描述等)、测试要求(具体要测试的项目、要达到的标准等)、样品数量(一般按标准或者根据检测机构要求确定合适的样品量,如果是破坏性试验要考虑到对产品生产和成本的影响等因素来确定样品数)等。然后与检测认证机构或检测咨询机构沟通,确定测试时间(要考虑机构的测试安排以及产品的生产和交付等时间要求)、地点(检测机构的所在地点或者是否为现场测试等情况)、方式(例如是全部项目顺序进行测试还是有部分项目可以并行测试等)等测试计划。接着进行送样检测,送样时要注意样品的包装(要保证样品在运输过程中不受人为或者环境因素破坏,如采用合适的防震、防潮等包装材料)、标识(标识产品的名称、批次、特殊测试要求等,以便于检测机构核对和识别)等细节。在测试执行环节,检测机构按照上述的各种标准要求对产品进行各项测试,最后由检测机构出具测试报告,交给客户以作为产品可靠性的评估依据。

2. 测试项目相关的执行标准

温度试验:除了前面提到的高温、低温测试标准,还有快速温变测试标准(GB/T2423.22、IEC60068 - 2 - 14等),其用于测试产品在短时间内温度急剧变化(如从 - 40℃快速升温到85℃)时的适应能力;温度变化测试(GB/T2423.22、IEC60068 - 2 - 14)也有对应的标准,对于产品在不同温度区间变化过程中的可靠性进行评估。

湿度试验:除了恒定湿热测试标准,还有交变湿热试验标准(GB/T2423.4、IEC60068 - 2 - 30),该试验标准通过设定湿度和温度按照一定周期交替变化的条件,测试产品在温热交替环境下的耐受能力,模拟产品在潮湿的季节转换等情况下的环境适应性。

机械冲击试验:按照GB/T2423.5、IEC60068 - 2 - 27、EIA - 364 - 27等标准执行,确保冲击测试参数(如冲击加速度、脉冲持续时间、冲击次数等)的准确性和一致性,以便不同检测机构或者不同批次的测试结果具有可比性。

振动试验:除了GB/T2423.56、IEC60068 - 2 - 64、ASTM4728等标准规定振动的频率、加速度和方向等条件外,还对测试设备(如振动台的性能、精度等要求)、测试时的样品安装(确保样品在振动台上固定牢固且安装方式不影响样品的正常振动响应等)等方面有相关规定。

辐射试验:依据ISO4892.2、GB/T16422.2、ASTMG155等标准,从辐射源的类型(如氙灯辐射、紫外线辐射等种类)、辐射的强度(按照标准规定的辐射能量水平)、辐射的时间长度以及受辐射时产品的放置方式(确保受辐射表面均匀受照等情况)等各方面来规范测试流程,以使辐射试验结果准确可靠。

在具体的测试项目上,每个项目都有各自的执行标准。

3、影响电子产品可靠性测试结果的因素

一、环境因素对测试结果的影响

自然环境

温度影响:温度对电子产品的影响非常复杂且显著。在高温环境下,电子元器件的电气性能会发生改变。例如,半导体材料的半导体特性会随温度升高而发生变化,使得晶体管的放大倍数、反向漏电流等参数受到影响。对于一些高温敏感器件,如某些高分子聚合物电容器,高温可能会使聚合物材料软化变形,影响电容的结构稳定性进而改变其电容值。在低温环境中,电解液类型的电池电解液可能会冻结,导致电池内阻增大,输出电压下降,严重时会丧失供电能力。液晶显示屏在低温下可能会出现显示模糊甚至无法显示的情况。在进行可靠性测试时,如果测试环境的温度控制不准确或者未能覆盖产品可能使用的温度范围,会导致测试结果与实际使用情况偏差较大。

湿度影响:湿度的高低对电子产品也有诸多影响。高湿度环境容易使电子元器件受潮,这可能是鸭肉中金属外壳的腐蚀,如一些未经表面特殊处理的铁制外壳会生锈;还可能引起电路短路,像电路板上积聚的水分可能连通原本不应导通的电路线路。低湿度环境下,静电现象容易增多,过高的静电电压可能会使电子产品中的敏感器件(如静电敏感的芯片)遭受静电放电损伤,破坏其内部结构导致功能失效。如果可靠性测试中湿度的调节和控制不当,会影响测试结果对产品真实性能的反映。

气压与海拔高度影响:气压的改变主要影响电子产品的散热性能和密封性能。在低气压环境(如高海拔地区),空气的导热系数降低,使得电子产品的自然散热效果变差,如果产品的散热设计没有考虑这种情况,可能会因为过热导致组件性能下降或者出现故障。对于一些密封的电子产品,如水下探测用的设备,内部需要维持一定的气压,低气压环境可能导致设备外壳变形或者密封性能下降,让外界水分或者杂质进入设备内部造成损害。在测试过程中,如果不模拟实际使用中的气压环境要求,会对产品的可靠性测试结果产生误导。

大气污染颗粒影响:大气中的污染颗粒如灰尘、烟雾微粒等具有导电性或腐蚀性。当这些颗粒附着在电子产品表面或者进入内部时,对于具有精密电路结构的电子产品而言可能会引起短路或者造成腐蚀现象。例如在一些工业环境中,空气中弥漫的金属粉尘可能会在电子产品电路板上积累,逐渐侵蚀电路元件的引脚和线路,影响其电气连接性能。在可靠性测试中,如果没有考虑这种大气污染颗粒的影响,可能会遗漏对产品可靠性的重要影响因素。

盐雾影响(适用于特定电子产品):对于在海洋环境或者沿海地区使用的电子产品,盐雾是重要的影响因素。盐雾中的盐分具有腐蚀性,能够腐蚀金属外壳、线路板铜箔等部件。像海边的通讯基站设备,如果外壳防护不好,在盐雾环境下一段时间后,金属外壳可能生锈穿孔,内部电路也可能因腐蚀而出现故障;船载电子设备更是经常要面临盐雾的考验,如果在可靠性测试中未模拟盐雾环境,就不能准确评估产品在这类特殊环境下的可靠性。

电磁环境

电磁干扰来源的复杂性:环境中的电磁干扰来源众多,包括自然的电磁干扰源(如雷电产生的强烈电磁波,在雷声大作时其产生的电磁脉冲可以干扰到附近的电子设备;太阳黑子的活动造成的电磁辐射波动也会影响基于卫星通讯或者定位的电子产品等)和人为的电磁干扰源。人为的电磁干扰源形式多样,例如工业生产中的大型电机设备启动和停止过程中产生的电磁瞬变;家庭中微波炉工作时的微波泄漏(虽然微波炉有一定的密封和屏蔽措施,但仍可能有少量微波泄漏到周围环境中影响附近敏感的电子设备);以及无线通信设备(如手机、无线电台等)在信号发射和接收过程中产生的电磁辐射。在可靠性测试时,如果测试环境不能有效地屏蔽或者模拟这些电磁干扰源的存在,那么测试结果将会不准确,因为产品在实际使用中必然会暴露在这些复杂的电磁环境下。

电磁屏蔽有效性的影响:电子产品本身的电磁屏蔽性能对可靠性测试结果有重要影响。良好的电磁屏蔽结构(如金属外壳、接地良好的屏蔽罩等)可以有效地防护内部电子电路免受外界电磁干扰,同时也防止内部电路产生的电磁辐射对外界造成干扰。在测试过程中,一方面如果产品本身的电磁屏蔽设计有缺陷(如屏蔽罩存在缝隙、接地不良等问题),即使在没有外界强电磁干扰的测试环境下也可能得到虚假的抗干扰能力良好的结果;另一方面,如果测试环境中未考虑产品电磁屏蔽性能带来的影响(如测试电磁抗扰度时没有考虑产品现有的屏蔽措施对干扰信号的衰减作用),也会导致测试结果与实际情况不符。

二、机械结相关因素对测试结果的影响

1. 机械设计合理性

电子产品的机械结构设计直接关系到其在使用和运输过程中的可靠性。如果结构设计不合理,例如内部元件布局过于紧凑,会影响散热效果,导致热量积聚。比如在电脑主机内部,CPU、显卡等发热元件如果间隔过小,散热风道受阻,容易使温度过高影响元件寿命和性能。机械结构在承受外力时的应力分布也很关键,应力集中可能导致结构局部出现变形或者破裂。例如,在电子设备的外壳结构设计中,如果存在尖锐的转角或者厚度不均匀区域,在受到外力撞击或者振动时,这些部位容易应力集中进而出现损坏。此外,机械结构的可维修性设计也与可靠性有关,如果设计不合理,在进行维修或者更换内部元件时可能会造成不必要的损伤,如在拆卸外壳过程中容易损坏内部线路等情况。在可靠性测试时,对于散热、应力等相关情况的测试会因机械结构设计不合理而造成结果不准确。

2. 机械振动与碰撞因素

在设备正常工作过程中可能会遇到机械振动的情况,如安装在交通工具上的电子设备要持续承受车辆行驶过程中的振动;工作场所内有大型机械设备运行时,附近放置的电子设备也会被机械振动所影响。在机械振动环境下,电子产品内部的元器件可能会因为振动而松动,例如电路板上的插件式元件可能会因为长时间振动而出现引脚松动或者焊点断裂的现象。对于曾受过碰撞的电子产品,即使外观看起来没有损坏,内部也可能已经有了不易察觉的损伤,如细小的线路板裂缝、元件内部结构的微变形等。这种隐藏的损伤可能在后续使用中进一步恶化导致故障出现。在可靠性测试时,如果不能准确模拟产品实际使用中可能遇到的振动强度、频率、碰撞的能量等条件,就不能真实反映产品在机械物理环境下的可靠性。?三、制造过程因素对测试结果的影响

三、制造过程因素对测试结果的影响

1. 组装工艺影响

组装工艺涵盖了元件安装、焊接、连接等各个环节。在元件安装方面,如果元件安装时的工艺不符合要求,如安装位置偏差较大,可能会影响电路板的布线布局,导致线路之间的间距不符合标准,容易产生电磁干扰或者短路问题。焊接工艺至关重要,焊接质量不好(如存在虚焊、漏焊现象)会影响电路的电气连接性。例如在电子芯片的引脚焊接过程中,虚焊可能导致引脚接触不良,使得信号传输不稳定或者出现电路不通畅的情况,在可靠性测试中会被误判为电路设计或者元件性能问题。连接工艺(如螺丝的拧紧程度,使用连接件连接时的配合精度等)如果不当,在电子设备经受振动或者机械冲击时就容易出现零部件松动或者脱落等问题,进而影响设备整体的可靠性评估结果。

2. 原材料质量的影响

原材料的质量是决定电子产品可靠性的基础因素之一。对于电子元器件,如电容、电阻、芯片等,其本身的质量直接影响产品性能。低质量的电容可能存在电容值偏差过大、耐压能力不足等问题;芯片如果在制造过程中存在杂质混入或者制程缺陷,可能使芯片的性能不稳定,容易出现故障。对于电子产品的外壳材料,如果采用不耐腐蚀的材料,在湿度大或者存在腐蚀性气体的环境下容易损坏,从而影响设备的整体可靠性。金属外壳的纯度、合金成分也会影响其机械强度、导电和导热性能等,在可靠性测试时,如果原材料质量不佳,可能使产品在测试初期就出现由于材料相关原因导致的故障,而掩盖了其他可能存在的可靠性问题。

3. 生产制造环境的影响

生产制造环境包括洁净度、湿度、温度等要素。在高洁净度要求的电子产品制造过程(如芯片制造)中,如果洁净度达不到标准,灰尘微粒就可能混入芯片制造的工序中,造成芯片短路或者其他性能缺陷。制造环境的湿度和温度不合适也会影响组装工艺,如焊接时如果湿度过高可能会导致焊锡受潮影响焊接质量;温度不合适可能使某些需要精确操作的工序(如特定胶水的固化温度要求)无法达到理想效果,进而影响产品的整体可靠性。在可靠性测试中,如果产品是在不合适的制造环境下生产的,测试结果可能受到这些不良生产环境因素的叠加影响,不能准确反映产品的真实可靠性情况。

4、电子产品可靠性测试的案例分析

一、智能手机的可靠性测试案例分析

测试项目与目的

智能手机是现代生活中常见且复杂的电子产品,对其进行可靠性测试包含多个项目。例如,进行温度测试的目的是确定手机在不同温度环境下的性能稳定性。在高温测试中,像将手机置于45℃ - 55℃的高温环境中持续一定时间(如2 - 4小时),模拟在炎热的户外长时间使用(如夏日户外阳光下连续导航或视频通话)时的情况。此时手机面临着电子元件散热困难,电池放电性能变化等问题。如果散热设计不合理,手机可能会出现过热报警、性能下降(如运行速度变慢、出现卡顿现象)或者电池电量消耗过快等症状。在低温测试中,将手机置于 - 10℃ - - 20℃的低温环境,可能会面临屏幕触摸响应迟钝、电池供电能力下降(如在寒冷的冬季北方的户外使用)等情况。

对于机械环境方面的测试,机械冲击测试模拟日常生活中手机意外掉落的情况。通常按照一定的高度(如1米、1.2米等不同高度)将手机自由落体到指定的地面材质(如木地板、大理石地面等)上,观察手机结构是否损坏、屏幕是否破裂以及内部元件(如主板上的元件焊点是否松动、摄像头组件是否移位等)是否正常工作。另外,振动测试也很重要,模拟手机在运动状态(如在手持时跑步或者乘车过程中)下受到的振动情况。通过设定振动的频率范围(如10 - 50Hz)、加速度(如1 - 2G),检测手机内部线路的连接牢固性、摄像头拍照或者视频防抖功能等在振动环境下是否正常。

电磁兼容性测试中,辐射测试检测手机在正常工作时自身产生的电磁辐射是否超标(依据相关电磁辐射安全标准),因为如果辐射超标不但会影响用户健康,还可能对周围电子设备造成干扰。抗扰度测试则是将手机置于外界电磁干扰环境中(如施加一定强度的射频干扰、静电放电干扰等),查看手机是否会出现信号中断、功能异常(如通话中断、蓝牙连接断开等)情况。

测试结果与影响因素

在多次测试后发现,某型号智能手机在高温环境下存在散热问题,通过分析其设计结构,发现是因为内部散热模块的散热能力不足,主要是散热铜片与芯片的接触面积过小。在机械冲击测试中,一部分手机在1.2米高度掉落到大理石地面后,摄像头模块出现故障,原因是摄像头固定结构的设计没有充分考虑到足够的缓冲,导致冲击力直接传导到摄像头内部的精密光学组件和电路组件上。在电磁兼容性测试方面,发现当外界有较强的射频干扰时,该手机的蓝牙功能容易出现连接不稳定的情况,进一步分析发现是手机内部的蓝牙天线与其他电路线路之间的电磁隔离设计不够完善,导致干扰信号容易串入蓝牙通信线路。这些测试结果表明,智能手机的可靠性受到多个设计和制造因素的综合影响,如机械结构设计、散热设计、电磁兼容性设计等都是关键因素。

解决方案与改进措施

针对散热问题,手机制造商改进了散热模块的设计,增加了散热铜片与芯片的接触面积,并采用了更高导热系数的散热材料(如石墨烯散热膜等)。对于摄像头在冲击下容易损坏的问题,在摄像头的固定结构中增加了弹性减震材料,并优化了整个手机结构的力学缓冲设计。针对蓝牙抗干扰能力差的问题,重新设计了蓝牙天线的布局,增加了电磁屏蔽层,提高了蓝牙天线与其他电路之间的电磁隔离度。经过改进后再次进行测试,结果显示手机在高温环境下能够保持稳定的性能,机械冲击下摄像头的故障概率明显降低,在有较强射频干扰的环境中蓝牙连接的稳定性也得到了改善。?二、汽车电子控制系统的可靠性测试案例分析

测试项目与目的

汽车电子控制系统是汽车中的关键部分,可靠性要求极高。环境测试方面,温湿度循环测试模拟汽车在不同季节、不同地域行驶时的气候环境变化。例如,汽车在经过潮湿的雨季到炎热干燥的夏季或者寒冷的冬季等环境转换时,电子控制系统要能够正常工作。在温湿度循环测试中,设定温度范围 - 40℃ - 80℃,湿度范围30% - 95%的循环条件,检测汽车电子控制系统在这种复杂环境下的电气性能、元件的稳定性等。

机械方面进行振动测试模拟汽车在行驶过程中的振动状况,汽车发动机的运转、路面颠簸都会引起振动。振动测试的频率范围设置为10 - 200Hz,加速度根据不同路况模拟设定为0.5 - 5G。这种测试主要针对汽车电子控制系统中的电子控制单元ECU传感器执行器等部件之间的线路连接、元件固定等情况进行检测,确保在振动环境下信号传输准确无误、元件不会出现松动或损坏。

电磁兼容性测试方面,辐射测试检查汽车电子控制系统在正常工作时对外界环境的电磁辐射是否在规定的安全范围内,避免对车内其他电子设备(如收音机、GPS导航等)或者车外环境造成干扰。抗扰度测试则将汽车电子控制系统暴露在外界的电磁干扰环境下,如汽车启动瞬间的浪涌电流产生的电磁干扰、附近无线电发射设备产生的干扰等,确定电子控制系统的抗干扰能力,防止控制系统出现误操作或者失控情况。

测试结果与影响因素

在测试中发现,某款型号汽车的电子控制系统在温湿度循环测试后,部分传感器的测量精度出现偏差。经过深入分析,发现是由于传感器内部电子元件密封性能不好,在湿度变化过程中,水分渗入到元件内部,影响了电信号的转换和传输。在振动测试中,一些线路连接插头出现松动现象,这是因为插头设计的卡紧结构在长时间振动下不足以维持牢固的连接,影响了信号传输的准确性。在电磁兼容性测试时,发现该电子控制系统在遇到汽车启动瞬间的电磁干扰时,其中一个控制单元有短暂的错误指令输出,研究发现是该控制单元的电路设计中静电放电保护电路设计不完善,导致在强电磁干扰下出现误动作。

解决方案与改进措施

针对传感器密封问题,改进了传感器的密封工艺,采用了更好的密封材料(如具有良好防水、防潮性能的橡胶密封圈和密封胶等)。对于线路连接插头松动问题,重新设计了插头的卡紧结构,增加了弹簧片等弹性部件,以增强插头在振动环境下的连接牢固性。针对电磁兼容性问题,在控制单元的电路设计中优化了静电放电保护电路,增加了电磁滤波电路来减少外界电磁干扰信号进入电路内部,经过这些改进之后,重新进行测试,汽车电子控制系统在温湿度循环、振动、电磁兼容性等方面的可靠性得到了明显提升。

5、最新电子产品可靠性测试技术

一、微机电系统MEMS)可靠性测试技术

特殊的测试需求

微机电系统(MEMS)是一种融合了微机械和微电子技术的新型电子产品,其结构微小(通常尺寸在微米到毫米级别),功能复杂。这使得对MEMS的可靠性测试面临特殊挑战,普通的测试技术难以满足其要求。例如,由于MEMS传感器(如加速度计陀螺仪等)的尺寸微小,其内部机械结构如微梁、微膜等在受到外界微小应力时产生的微弱变化很难用传统的应变测量设备检测到。MEMS中的微电极间距非常小(通常在亚微米级别),传统的电学测试仪器由于精度和分辨率不够,难以准确监测微电极之间的电容、电阻等电学参数变化。另外,MEMS设备的工作频率可能很高(例如某些射频MEMS器件工作频率可达到GHz级别),传统的测试设备难以覆盖其高频工作范围进行可靠性测试。

新的测试技术手段

高精度微位移测量技术:为了检测MEMS内部微机械结构的形变等情况,开发出了诸如激光干涉法的高精度微位移测量技术。这种技术通过激光束照射MEMS的微结构表面,利用反射光和参考光的干涉条纹来精确测量微结构的位移量。例如,对于MEMS微梁在温度变化或者振动时产生的亚微米级的变形量,可以通过激光干涉法准确测量到。并且这种技术是非接触测量,不会对MEMS器件造成额外的干扰或者损伤,非常适合微小和脆弱的MEMS结构测量。

高分辨率电学参数测试技术:针对MEMS微电极间电学参数测试问题,采用了基于扫描探针显微镜(SPM)衍生的高分辨率电学测试技术。如将原子力显微镜(AFM)与电学测量功能相结合,通过AFM的尖锐探针精确地定位到MEMS微电极表面,可以测量到微电极之间非常微小的电容变化。这种技术的分辨率可达皮法(pF)甚至更小量级,可以满足MEMS微结构电学特性研究和可靠性评估的需求。

高频特性测试技术:对于高频工作的MEMS器件,开发出了基于矢量网络分析仪(VNA)的高频测试技术。VNA可以精确测量MEMS器件在高频频段(从MHz到GHz甚至更高频段)的散射参数(如S - 参数),通过这些参数可以评估MEMS器件的高频信号传输特性、阻抗匹配情况等。例如对于射频MEMS开关,通过矢量网络分析仪测量其S - 参数随工作频率、工作温度等条件的变化,可以了解其在高频下的可靠性,如开关切换的损耗变化、隔离度变化等随工作环境和时间的关系。?二、人工智能辅助可靠性测试技术

数据处理与分析优势

伴随电子产品的复杂性增加和测试数据量的海量增长,人工智能技术在可靠性测试数据处理和分析方面呈现出巨大优势。在传统的可靠性测试中,如对一个包含众多电子元器件和复杂电路结构的电子产品进行长期的寿命测试,会产生大量的性能数据(如电学参数、温度变化数据、故障记录数据等)。利用人工智能算法可以对这些海量数据进行快速有效的分析

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