环境与可靠度试验

環境與可靠度試驗

※ 溫度/氣壓相關試驗

---耐寒、耐熱試驗 溫度衝擊試驗 低氣壓(高空)試驗

＊ 簡介：

據統計數字顯示電子產品(含通訊、航太產品)故障損壞之原因有近八成與溫度相

關，故溫度相關試驗是環境試驗基本. 若以試驗溫度及溫度變化區分可分成：耐

寒低溫試驗、耐熱高溫試驗、溫度循環試驗、高變率溫度試驗、溫度(熱)衝擊試

驗。航太產品除溫度試驗外，高空(低氣壓)試驗則是另一必要之考驗，而資訊電

子產品使用空運運輸日益帄常，也使高空試驗成為標準規格。

高/低溫試驗基本是在驗證產品在極值溫度條件下是否可以存活、可以正常工 作；溫度循環試驗在測試產品反覆承受溫度極值之耐受力，需注意此試驗重點在

極值溫度與停留時間，溫度變化速度不應造成破壞；溫度衝擊試驗可因溫變率或

試驗方法不同，而分成液槽式與氣相式(日本稱為air-to-air thermal shock、 美國仍稱為temp. cycling)，其目的在創造溫度快速變化之環境，對產品產生冷 縮熱脹之效果。高變率溫度試驗常見之應用在環境應力篩選(ESS)，以較高變率

之溫度變化條件篩除產品之早夭失效、製造工藝缺陷。高空(低氣壓)試驗主要在

模擬產品於高空環境(操作及運輸)是否可以存活，由於現實環境中低氣壓常伴隨

低溫狀況，但真空狀態熱傳導不易，使試驗更加困難。

由於環境試驗尤其是高溫試驗，常隱含加速壽命試驗之意義，長時間高溫試驗 (可能加載、或加高濕)就成為標準壽命試驗方法，尤其加偏壓時，若試驗者不

心或設備安全防護不足，極易因短路或過熱而引起火災，不得不慎。

試驗時須知影響試驗結果有三個重要因素：試驗設備、試樣、操作人員。理想的

試驗設備要符合試驗規格要求(時間穩定度、分佈均一性)、使用易操作、環保要

求(省電/環保冷媒/低噪音)、安全；試樣的形狀、熱容量、試驗時是否運轉(發 熱)都會影響結果；操作人員是否依SOP小心試驗，如試樣放置形態、位置，設備

設定、定期點檢記錄，都會影響試驗之再現性。

ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| ESPEC ULF-718-1 | -70~150℃ | 高低溫箱 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| ESPEC MC-710 | -70~100℃ | 高低溫箱 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| ESPEC HPS-222 | +40~300℃ | 溫箱 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| ESPEC PS-222 | +40~200℃ | 溫箱 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| ESPEC TSA-70H | -70~200℃ | 冷熱衝擊 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| YASHIMA TSER-2252 | -70~350℃ | 冷熱衝擊 | |-------------------+-------------------------------+------------|

| WEISS | ？ |高變率溫變櫃| |-------------------+-------------------------------+------------|

| VKH-07/1000 |-65~160℃；7萬英呎高空(45mbar)；| 低壓測試 | |-------------------+-------------------------------+------------|

※ 溫濕度相關試驗

---溫濕度穩態及循環試驗

簡介：

我們所遭遇的環境中，溫度與濕度是無法分離的環境條件，隨地理、氣候條件不同， 兩者組合方式會有很大差別，如台灣我們習於高濕氣候、但大陸氣候則常有低濕條件

發生。產品對濕氣有不同形態之物理反應，可能只是表面吸附、可能吸收滲入、有孔

洞更有可能產生呼吸現象。

溫濕度穩態試驗(又稱濕熱試驗)，最有名的是85/85試驗，測試產品對高溫高濕環境之

耐受力，亦用於加速壽命試驗；但加速程度受限於水100℃沸騰，進年來半導體業常用

PCT(壓力鍋)、HAST(非飽和壓力鍋)進行121℃/85﹪試驗。溫濕度循環試驗則在模擬各

種

溫濕組合條件下產品之性能；另利用水結冰體積增大之特性，執行低溫高濕複合試驗

可驗證產品是否有微小隙縫裂痕存在。有鑑於資訊通信產品用於空調環境機會很大， 雖然傳統試驗設備在模擬低溫低濕環境條件有所困難，但低濕試驗日益受重視已是不

爭事實。

溫濕試驗基本上只單純考慮濕氣對產品之影響，產品表面是否結露(凝結)常會影響試

驗準確性，宜試前明確規定；又加濕用水不可含雜質，避免雜質造成產品損壞、控制

用濕球溫度計紗布不可沾污，以免影響試驗結果。

ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PH-2G | 10~100℃/60~98% | 恆溫恆濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PH-2KP | -20~100℃/20~98% | 溫濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PSL-2G | -40~150℃/30~98% | 溫濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PSL-4F | -70~150℃/20~98% | 溫濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PL-4S | -40~150℃/20~98% | 溫濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ESPEC PSL-4KP | -70~100℃/20~98% | 溫濕箱 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| WEISS ？？ | ？ |高變率溫變櫃 | |-------------------------------+------------------+-------------|

| ？ VUK 08/500 | -80~180℃/5~98% | | |-------------------------------+------------------+-------------|

| YASHIMA R21-308Y-DP2-B1-CB | -30~80℃/10~98% | ROOMY | |-------------------------------+------------------+-------------|

※ 焊錫性相關試驗

---焊錫性試驗、沾錫天帄試驗、耐焊熱試驗

簡介：

兩件事使得焊錫性相關之試驗日受重視，一為環境保護，先是CFC禁用造成免洗/水洗

製程成為主流，連帶助焊劑中具腐蝕性之成份被禁用，近來更要求使用無鉛銲錫，這

些改變無可避免使銲錫性(零件、PCB、錫膏)更形重要；一是電子產品走向短小輕薄， 使組裝零件密度急速提高，除造成檢驗困難、缺點檢出率降低，更造成維修、重工困

難。

傳統焊錫性試驗常見的是浸視法(dip-n-look)，表面至少95﹪沾錫，此法因製程改變其

代表意義時有爭議，常有通過測試零件仍有空焊、冷焊情形出現；沾錫天帄則嘗試以

量化方式(如沾錫力、沾錫時間、接觸角)，表現零件/焊錫之性能；耐焊熱試驗主要在

測試產品(PCB、零件)過錫爐時是否會受破壞，如破裂、變形，其效力與熱衝擊類似。 會影響試驗再現性的有試樣之處理(如老化、是否清潔)，試驗條件(如助焊劑、溫度、 時間、浸錫速度)等。

ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 |

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| Multico？？ | 溫度： 0~300℃ | 沾錫天帄 |

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| | 速度：0~30mm/s | |

| | | |

| | | |

| | 駐留時間：0~30s | |

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| ESPEC | | |

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※ 腐蝕性試驗

---鹽霧試驗、耐工業氣體試驗

簡介：

腐蝕基本上是一種電化學反應，產品在運輸及使用中都有可能發生，尤其是台灣海島

形氣候及海運。腐蝕除會使產品外觀劣化、嚴重時會造成結構破壞、接線斷裂，電機

電子產品最常見的則是接觸劣化不良。

鹽霧試驗(35℃/5﹪)是傳統腐蝕試驗法，已使用數十年，但近年來此一試驗受到質疑， 因為試驗無法與實際發生腐蝕情況有效關連。針對具微接觸特性之電子產品(繼電器、

開關、連接器)，近年來有一新試驗方法「耐工業氣體」(或稱MFG「混合流動氣體」) 已被各標準採用，以彷實際都市/工業區之空氣狀態進行試驗，使用氣體有二氧化硫、 硫化物氫、氯氣、二氧化氮及其混合氣體。

＊ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 |

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| | | 鹽霧 |

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| | | |

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※ 機械性試驗

----振動試驗、衝擊、落下試驗

簡介：

造成產品損壞另一重要原因是機械應力，產品在運輸、使用中難免會遭遇不同機械環

境，常見之試驗有振動、衝擊、顛簸、落下、包裝運輸、疲勞等。振動試驗依振動方

式概分成正弦振動與隨機振動，依試驗目的不同則分成正弦掃描、共振尋找、共振駐

留等。就振動對產品之破壞來說產品結構之自然(共振)頻率無疑是最重要特性。正弦

振動施加於產品的是一正弦波振盪，可能是反覆掃描或固定頻率施加，受制於設備極

限振幅有其限制；隨機振動則符合實際環境，施加一固定能量密度之特定頻帶範圍的

雜訊振動。衝擊試驗在模擬運輸過程中可能遭遇之衝撞，依撞擊地面不同可分成半正

弦波、三角波、梯形波等；顛簸試驗可視為重覆之衝擊，可模擬車輛行進於不良路 面。落下試驗則模擬產品摔落地面可能造成之破壞。包裝運輸試驗在模擬未固定時運

輸條件、疲勞試驗是施加一遠小於材料破壞強度之反覆力量，檢視其多久會斷裂。

隨科技進步機械性試驗設備、方法已日益多樣化，其應用亦同。例如，有人以落下及

衝擊試驗去求包裝結構之「破壞界限曲線」，有人以光測技術量測產品振動時之微小 共振分佈。振動時配合適當之濾波器，可跳過產品部份結構必有自然頻率而尋求結構

不良造成之共振；隨機振動被視為ESS重要技巧之一，更有三軸向同時振動之設備推

出。

＊ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 |

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| IMV | | 振動 |

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| UD | | 振動 |

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| | | 衝擊 |

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| | | 顛簸 |

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| | | 落下 |

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鍍層厚度量測與鍍層合金成份分析

--- X-ray螢光反射測厚、PCB鍍穿孔測厚

＊簡介：

電子產品電鍍之功能性目的在保護、銲接與接觸，由於一般金屬與空氣接觸會有程度

不同之腐蝕發生，故常在底材或接線外層鍍上貴金屬一方面形成屏障、另方面貴金屬

之銲接性較佳與接觸較好(接觸電阻低)。

實務上電鍍製程及電鍍材料都會影響鍍層品質與效果，但由於電鍍厚度與品質無法以

目視直接檢測，故常以微切片放大量測，或以非破壞方法量測。B粒子反射或X-ray螢

光法是常見兩種非破壞性檢驗方式，後者除可量測鍍層厚度外亦可分析合金成份；針

對PCB之鍍穿孔電鍍品質(厚度均勻性)，常用方法是微電阻量測法。

＊常用規格標準：

ISO 3497

ASTM B 568-90

＊量測參數：

Au/Ni，Au/Ni/Cu，Sn-Pb/Cu，Ag/Cu，Ag/Ni/Cu，Pb/Cu，Sn/Cu

＊ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註

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※ 微切片檢測分析

---金相分析、微尺寸與結構檢查

＊簡介：

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微切片檢驗為利用灌膠固定、切割、再利用顯微鏡觀察量測，可清楚檢視電子產品內

部結構、量測尺寸，若配合化劑腐蝕可進一步做金相結構分析。

ETC試驗能量(使用儀器設備)：

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| 廠牌/型號 | 規格 | 備註 |

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※ 耐久性壽命試驗

＊簡介：

所有品保人員除在意產品之性能品質，對產品之壽命同樣關心。在可靠度工程領域 中，可以預估方式預測產品壽命/失效率、可以市場回饋維修資料事後統計得知產品壽

命，也可以在試驗室中以試驗驗證、評估產品壽命。

為求快速得到產品壽命資料，一般會尋求加速試驗方法以節省時間、運用統計技術確

認結果之可信度。基本方法有：增加使用頻次(如操作時間增加)、增加試驗應力強度

(如高溫高濕、偏壓)、增加試樣數。其限制在實驗產生之失效機制應與現實狀況(正常

操作使用)相同，否則試驗失去意義；另要了解加速因子(活化能)方能由實驗結果換算

成實際壽命。

電子零件常見之耐久壽命試驗，如濕熱-偏壓、高溫偏壓；機構件常以快速反覆方法試

驗，如線材拉伸/彎折、開關動作、連接器的插拔；成品類可能以高溫動作方式試驗。

◎環境及可靠度試驗服務-- 高頻特性量測

隨科技進步人類對資訊通訊產品愈加倚賴，資訊電子產品之運算速度傳輸資訊量皆大

幅提升，電子零組件之高頻特性愈發重要。例如，PCB、線纜、連接器等過去被視為單

純橋接作用之元件，現有規格已增加了衰減(attenuation)、特性阻抗(impedance)、 串音(cross talk)、傳輸延遲(propagation delay)、propagation delay skew、隔離 效果(shielding effectiveness)、jitter 等高頻特性要求。

高頻特性測試，我們一直有三種困境需要克服：一是高頻測試設備昂貴、二是測試治

具將嚴重影響測試品質、三是高頻測試人才難覓、測試技術累積緩慢。在零組件高頻

特性測試領域，我們雖已投入相當資源、也建立部份能量，卻只能自許為有心在此耕

耘努力之新兵，仍有許多困境待克服、能量待建立。