內容簡介
加速可靠性試驗正在迅速取代低效、耗時和高成本的傳統可靠性試驗。《高加速壽命試驗、高加速應力篩選和高加速應力審核詮釋:加速可靠性技術(第2版)》詮釋的HALT、HASS和HASA,正是許多具有前瞻性發展眼光的研發和生産單位,近年來引進後大力推行並已取得輝煌成果的加速可靠性試驗技術。HALl、適用於産品研製初期,其目的是在當前的技術能力極限條件下,獲取産品所能經受應力的工作極限和破壞極限。HASS適用於生産階段産品的全數篩選,其中,析齣篩選和檢測篩選應力設計的依據,正是由上述HAIJT獲取的破壞極限和工作極限。而HASA則適用於成熟期的大批量生産。HASA是結閤HASS剖麵設計的一種統計係統,它通過對産品進行樣本受控的抽樣,使用戶能夠審核産品的齣廠質量。加強産品生産過程和現場使用信息的統計控製是執行HASA的必要條件。
《高加速壽命試驗、高加速應力篩選和高加速應力審核詮釋:加速可靠性技術(第2版)》通俗易懂,工程適用性很強,既可作為高加速應力試驗的經典教材,又可作為從事可靠性工作的工程設計和試驗人員的重要參考資料。
作者簡介
哈裏·W邁剋萊恩,(HarryW.Mcleaan)在1993年離開惠普(HP)公司之前,為該公司服務瞭25年之久。在他受聘惠普期間,曾任職於生産、研發(R&D;),以及質量和可靠性工程的不同崗位。他的技術專長包括醫療電子産品以及個人打印機領域的廣博知識。在其惠普公司的最後5年裏,他曾經參與點陣撞擊和熱噴墨打印機的可靠性改進。其間,他發現瞭一種方法:使用這種方法,通過將超越傳統環境和鑒定方法的使用轉換成HALT和HASS的使用,客戶有可能在室內模擬有缺陷産品的現場經驗。在惠普期間,他設計並執行瞭本書中介紹的HASA過程。哈裏著有許多涉及這一主題的論文,並撰寫瞭若乾計算機程序的文章,以更好地管理生産設備部。
在離開惠普公司之後,哈裏加盟霍爾馬剋(QualMark)公司,並在那裏工作瞭4年,在成功地應用.HALT和HASS的工作中,為許多公司提供瞭谘詢。在霍爾馬剋期間,他是項目研究和開發的管理者,他還為HALT和H_ASS培訓班授課。
在霍爾馬剋的任期內,他還加盟位於華盛頓州雷德濛德(Redmond)的。AT&TWireless;服務公司,並且作為其可靠性工程管理者工作瞭5年。
在加盟位於英國哥倫比亞的伯納比(Burnaby)的森瑞剋斯(Xantrex)技術公司之前的兩年時間內,哈裏作為獨立的谘詢專傢,負責管理可靠性團隊直到2007年。
在2007年,他加盟瞭位於科羅拉多州福德·柯林斯的先進能源工業有限公司。他是技術部的成員,並負責開發HALT和HlASS的可靠性團隊。他還報告瞭他的壽命試驗工作。
他被馬薩諸塞州波士頓的東北大學授予電氣工程學位。哈裏的葡萄牙語很流利,並且曾在巴西教授HALT、HASS和HASA技術。
哈裏還被授予涉及夾具設計的美國6491528號專利,還有三項專利(即7120566、7149673和7260509號專利),涉及用於根據HALT的結果導齣精確的MTBF估值的數學模型。他正在從事第五項專利的工作,該專利將能夠根據正確執行的HALT的結果,精確地估算産品的現場故障率。
內頁插圖
目錄
第1章 高可靠産品在市場進入中的重要性——為何和如何進行HALT
1.1 引言
1.2 HALT的綜述
1.3 産品有無HALT的比較
1.4 HALT過程
1.4.1 冷、熱步進應力
1.4.2 快速溫度轉換
1.4.3 振動步進應力
1.4.4 HALT中的綜閤應力
1.4.5 其他HALT應力和特殊情況
1.5 HALT驗證
1.6 對作為HALT的結果而實施的糾正措施的透視
1.6.1 對HALT極限和問題的管理建議
1.6.2 該過程的使用
1.6.3 振動
1.6.4 與不同振動颱有關的評論
1.7 結論
1.8 HALT匯總
1.9 HALT價值的說明
1.10 在HALT前與強化産品有關的一些想法
1.11 記錄故障和糾正措施
1.12 在應力條件下發現並排除産品故障
1.13 結論
第2章 高加速應力篩選-HASS
2.1 引言
2.2 構建健壯産品初步
2.3 生産産品應力篩選-HASS
2.4 為什麼要開展HASS工作?
2.5 振動
2.6 溫度變化率
2.7 多大的應力量值是適當的?
2.8 析齣篩選和檢測篩選
2.8.1 析齣篩選
2.8.2 檢測篩選
2.8.3 有關HASS剖麵或篩選的評論
2.9 篩選驗證
2.9.1 夾具特性
2.9.2 HASS剖麵
2.9.3 缺陷檢測
2.9.4 篩選驗證中的壽命確定
2.10 篩選調整
2.11 用於HASS的電纜
2.12 HASS總結
2.13 HASS的一些成功的案例
2.14 忠告
2.15 結論
第3章 超齣環境應力篩選的範例-HASA的使用
3.1 引言
3.2 背景
3.3 統計過程綜述
3.4 統計學——係統
3.4.1 情況1
3.4.2 情況2
3.5 HASA過程控製圖
3.6 監控係統問題
3.7 通過HASA暴露的問題
3.8 使用式(3-1)時的觀察
3.9 結論
第4章 對高加速應力審核的改進
4.1 引言
4.2 背景和假設
4.3 統計學的應用
4.4 檢測缺陷水平變化的圖形工具
4.5 結論
4.6 改進HASA過程入門
4.7 HASA過程流程
4.8 典型批接收抽樣方案
4.9 HASA接收抽樣方案
第5章 實施有效加速可靠性試驗所需的設備
5.1 概述
5.2 係統方塊圖
5.3 溫度
5.4 紊流
5.5 加熱
5.6 冷卻
5.7 用於HALT和HASS的液氮係統與壓縮機係統的比較
5.8 振動
5.9 控製係統
5.10 試驗箱
5.10.1 産品可達性
5.10.2 管道空氣
5.10.3 工作區的音頻噪聲水平
5.10.4 可用性
5.10.5 服務
5.10.6 係統最大能力
5.10.7 售後保障
5.11 輔助設備、操作人員安全性和ESD
5.12 故障分析實驗室
5.12.1 為什麼要開發單位內部的故障分析能力?
5.12.2 初步分析
5.12.3 金相樣本製備
5.12.4 先進的技術
5.12.5 故障分析結論
5.12.6 結論
第6章 如何嚮管理層推銷新理念
6.1 引言
6.2 概述
6.3 當前情況
6.4 推薦的大綱
6.5 指齣潛在的管理問題
6.6 開支節省
6.7 結論
第7章 常見問題及解答
7.1 如何比較ESS和HASS?
7.2 簡單說,HALT是什麼?
……
附錄
名詞術語和縮略詞
參考文獻
參考文獻增補
商標和服務標誌
作者簡介
前言/序言
現代電子係統可靠性工程:從設計到維護的全麵實踐 內容簡介: 本書是一部全麵深入探討現代電子係統可靠性工程實踐的專著,旨在為工程師、項目經理和技術決策者提供一套係統化、實用的可靠性設計、分析、驗證和管理框架。本書摒棄瞭過於側重單一加速測試方法的局限性,而是著眼於構建一個貫穿産品生命周期的、多層次的可靠性保障體係。 第一部分:可靠性基礎與設計哲學 本部分係統迴顧瞭可靠性工程的基本原理和統計學基礎。重點闡述瞭從“故障率”到“壽命分布”的理論演變,並詳細解析瞭威布爾分布(Weibull Distribution)在電子産品壽命預測中的應用及參數解讀。 我們深入探討瞭“浴盆麯綫”在現代復雜電子係統中的適用性與局限性,並引入瞭更貼閤實際的“多階段失效模型”。在此基礎上,本書構建瞭基於可靠性指標的係統設計(Reliability-Driven Design, RDD)方法論。這不僅包括對關鍵元器件的規格選擇,更強調瞭係統級架構對可靠性的影響。內容涵蓋瞭冗餘設計(如N+1架構、混閤冗餘)的方案選擇、故障隔離機製的設計,以及熱管理係統對電子設備壽命的決定性作用。我們詳細分析瞭熱應力與電應力耦閤作用下的失效模式,並給齣瞭具體的熱設計指導,例如散熱路徑優化、熱點控製和材料熱膨脹失配的緩解策略。 第二部分:元器件級失效物理分析與預測 可靠性始於元器件的選擇與理解。本部分聚焦於半導體器件、無源器件和機電元件的固有失效機製。 對於半導體器件,我們詳細分析瞭芯片級失效的物理機製,包括電遷移(Electromigration)、熱載流子注入(HCI)、負偏壓溫度不穩定性(NBTI)以及閂鎖(Latch-up)現象。書中提供瞭如何利用半導體製造商提供的SOA(Safe Operating Area)圖譜,並結閤實際工作環境溫度、電壓和電流應力,進行精確的壽命預測。 對於MLCC(多層陶瓷電容器)和電解電容,本書闡述瞭介質擊穿、機械應力導緻的裂紋擴展(尤其是在迴流焊過程中的影響),以及電解液蒸發導緻的等效串聯電阻(ESR)和電容漂移問題。我們提供瞭針對特定應用環境(如高濕、高振動)的元器件選型指南。 在互連與封裝方麵,本書重點討論瞭BGA/CSP焊點的疲勞失效。通過有限元分析(FEA)的基本原理,解釋瞭熱循環和機械振動如何導緻焊點塑性變形和微裂紋的産生。書中的案例分析瞭不同球焊膏(Solder Paste)配方和迴流焊麯綫對IMC(金屬間化閤物)形成和焊點強度的影響。 第三部分:係統級熱-機-電耦閤環境測試與驗證 驗證是可靠性工程中至關重要的一環。本部分著重於如何設計齣有效、經濟且具有預測能力的環境測試方案,而非僅僅依賴於標準的加速篩選。 我們闡述瞭環境應力篩選(Environmental Stress Screening, ESS)的科學構建,強調ESS的目的是暴露製造缺陷,而非預測固有壽命。書中區分瞭ESS、HALT(高加速壽命試驗)和HASS(高加速應力篩選)的核心目標差異,並強調瞭在進行任何加速測試前,必須充分理解産品的失效物理機製(Failure Physics)。 詳細介紹瞭熱衝擊(Thermal Shock)、溫濕循環(Temperature Cycling)和振動疲勞試驗的規範(如MIL-STD-810G/J的實際應用解讀)。特彆地,本書引入瞭“應力劑量”的概念,指導工程師如何根據實際使用配置文件(Usage Profile)設定閤理的試驗參數,確保加速因子(Acceleration Factor, AF)的閤理性與可信度。 對於電子産品,電磁兼容性(EMC)也是重要的可靠性維度。本書包含瞭如何進行EMC裕度測試,以及如何通過屏蔽和濾波設計來抵抗外界乾擾,確保係統在復雜電磁環境中持續穩定運行。 第四部分:製造過程質量控製與可製造性設計(DFM) 可靠性不僅設計齣來,更要製造齣來。本部分側重於將可靠性要求轉化為可量化的製造控製點。 詳細討論瞭PCB製造過程的質量控製,包括層壓材料的吸濕性、鑽孔質量(孔壁粗糙度)對可靠性的影響。在SMT(錶麵貼裝技術)環節,重點分析瞭印刷锡膏量、貼裝精度和迴流焊爐溫控的變異性如何直接導緻瞭冷焊、虛焊或橋接等缺陷。本書提供瞭基於SPC(統計過程控製)的製造過程能力分析(Cp/Cpk)在可靠性監控中的應用方法。 對於裝配和集成,我們討論瞭綫束的應力消除設計、連接器插拔壽命的驗證,以及防護塗層(Conformal Coating)的選擇與應用,以應對潮濕和腐蝕環境。 第五部分:現場數據分析與閉環反饋 可靠性工程是一個持續改進的過程。本書的最後一部分指導讀者如何有效地收集、分析和利用産品在實際部署中的現場數據。 我們介紹瞭平均故障間隔時間(MTBF)的現場推算方法,以及如何處理不完整和截斷的壽命數據。內容包括如何建立有效的故障報告、分析與糾正(FRAC)流程,確保從現場發現的失效模式能夠反哺到設計和製造環節,形成可靠性設計的閉環改進。此外,本書還探討瞭預測性維護(Predictive Maintenance, PdM)的基礎框架,利用運行中的傳感器數據(如溫度、電壓波動)來預警潛在的早期失效,從而在故障發生前進行乾預,最大化係統可用性。 麵嚮讀者: 本書適閤於電子、航空航天、汽車電子、工業控製等領域從事産品研發、質量保證、環境測試和維護的工程師。它不僅提供瞭嚴謹的理論基礎,更提供瞭大量工程實踐中的案例分析和操作指導,是構建高性能、高可靠性電子産品的必備參考手冊。