可靠性試驗與評價技術

1、可靠性試驗技術陳曉彤北京運通恒達科技有限公司2009年8月© 2005 北京運通恒達科技有限公司內(nèi) 容 可靠性試驗綜述 常規(guī)應力的可靠性試驗 環(huán)境應力篩選試驗 可靠性增長試驗 可靠性驗證試驗 加速應力的可靠性試驗 定性加速壽命試驗 HALT 定性加速壽命試驗HALT 定量加速壽命試驗ALT © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 2 第一部分 可靠性試驗綜述 可靠性試驗概述 可靠性試驗的分類 驗 可靠性試驗的要素 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 3 可靠性試驗的目的可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的一種手段。其目的是：其目

2、的是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設計、材料和工藝方面的各種缺陷，避免有缺陷的產(chǎn)品流到客戶；為產(chǎn)品的可靠性設計改進、減少維修和保障費用提供提供信息，通過設計改進提高產(chǎn)品的可靠性水平；確認是否符合可靠性定量要求。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 4可靠性試驗的分類可靠性試驗工程試驗統(tǒng)計試驗應力篩選Burn InESSHASSHASA可靠性增長RGTHALTRET可靠性鑒定PQTALT可靠性驗收ORTPeriodic Retest© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 5浴盆曲線和可靠性試驗早期失效期篩選試驗失效率增長試驗固有缺陷制造缺陷工藝缺陷元件缺陷TB耗損故障偶然失效區(qū)

3、浴盆曲線耗損失效區(qū)時間TwTBTW=交付時間點耗損時間點Page 6© 2005 北京運通恒達科技有限公司可靠性試驗的要素 故障判據(jù) 試驗剖面 檢測點和檢測周期 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 7 故障判據(jù) 故障：不能完成預定功能的狀態(tài)或事件 獨立故障：由于自身原因導致的故障 故障 自身 故障 從屬故障：由于其它產(chǎn)品的故障所導致 關聯(lián)故障：按規(guī)定的條件使用而引起的故障 非關聯(lián)故障 未按規(guī)定的條件使用而引起的故障 非關聯(lián)故障：未按規(guī)定的條件使用而引起的故障 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 8 試驗剖面任務剖面：對產(chǎn)品在完成規(guī)定任務

4、的這段時間內(nèi)所要經(jīng)歷的全部重要時間和狀態(tài)的一種時序描述。試驗剖面：供試驗用的環(huán)境參數(shù)與時間的關系圖簡化比例疊加結合試驗設備任務剖面1環(huán)境剖面1任務剖面2環(huán)境剖面2合成環(huán)境剖面試驗剖面任務剖面3環(huán)境剖面3© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 9試驗應力 環(huán)境越惡劣可靠性越差 溫度應力會提高產(chǎn)品的故障率 振動應力會加速產(chǎn)品的疲勞 濕度和化學應力會縮短產(chǎn)品的壽命 環(huán)境應力和可靠性一般是指數(shù)關系： 溫度 Arrhenius 振動 Coffin-Manson 濕度和其他 Eyring 在常規(guī)應力條件下進行試驗可以真實地模擬現(xiàn) 場使用情況常規(guī)試驗 有意施加惡劣的環(huán)境應力進行試驗可以高效

5、地 暴露產(chǎn)品缺陷加速試驗。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 10 第 2 部分 常規(guī)可靠性試驗 環(huán)境應力篩選試驗ESS 可靠性增長試驗RGT 可靠性增長試驗 T 可靠性鑒定試驗RQT 可靠性鑒定試驗 RQT © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 11 2.1環(huán)境應力篩選試驗（ESS）在產(chǎn)品出廠前有意將環(huán)境應力施在產(chǎn)品出廠前，有意將環(huán)境應力施加到產(chǎn)品上使產(chǎn)品的潛在缺陷加速加到產(chǎn)品上，使產(chǎn)品的潛在缺陷加速發(fā)展成早期故障，并加以排除，從而并加以排除從而提高產(chǎn)品的可靠性。提高產(chǎn)品的可靠性連接不牢虛焊、漏焊不合格元器件© 2005 北京運通恒達

6、科技有限公司Page 12ESS 的應力選擇 振動應力： 粒子污染； 粒子污染 壓緊導線磨損； 晶體缺陷； 混裝； 鄰近板摩擦； 兩個元器件短路； 導線松脫； 元器件粘接不良； 元器件粘接不良 大質(zhì)量元器件緊固不 當； 機械性缺陷等。 溫度應力： 元器件參數(shù)漂移； 元器件參數(shù)漂移 電路板開路、短路； 元器件安裝不當； 錯用元器件； 密封失效； 化學污染； 導線束端頭缺陷； 夾接不當?shù)取?采用溫度應力和振動應力可以解決絕大部分早期失效問題 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 13 ESS 的應力選擇 隨機振動 如何選擇 ？ 正弦振動 溫度保持 如何選擇 ？ 溫度循環(huán) 篩選

7、度（SS）：能剔除潛在缺陷的比率 篩選度（SS） 能剔除潛在缺陷的比率 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 14 隨機振動vs. 正弦振動隨機振動：SS=1e0.0046(Grms)1.71tGrms加速度均方根值，g；振動時間，min。正弦振動正弦振動：SS=1e0.000727(Grms/10)0.863t結論隨機振動的篩選效率要比正弦振動高得多結論：！© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 15溫度保持vs. 溫度循環(huán)溫度保持：與室溫之差試驗時間0.6SS=1e溫變范圍0.0017(+0.6)溫變率溫度循環(huán)溫度循環(huán)：SS=1e0.0017(+0.

8、6)0.6ln(e+)N3循環(huán)次數(shù)結論：溫度循環(huán)的篩選效率要比溫度保持高得多！© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 16ESS的機理和基本方法機理：環(huán)境加速>缺陷暴露>剔除不合格品方法：隨機振動(隨機振動(0.04gg2/Hz, 515min),)溫度循環(huán)(1012個）隨機振動(004g2/Hz, 5隨機振動(0.04g/Hz515min)15min)© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 17ESS的振動剖面 類型：隨機振動 軸向：實際軸向或敏感軸向 軸向 實際軸向或敏感軸向 時間：單軸向10mins，三軸向每軸向5mins 注意：疲勞特性，

9、累積小于30min © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 18 溫度循環(huán)剖面 高溫保持溫度：一般取工作極限高溫和貯存極限高溫的最高值，例如+60； 低溫保持溫度：一般取工作極限低溫和貯存極限低溫的最低值 例如-30； 低溫保持溫度： 般取工作極限低溫和貯存極限低溫的最低值，例如 30； 溫度箱溫變率：上升速率大于11/min，下降速率小于-8/min； 高/低溫保持時間：采取實際測量方式確定 一次溫度循環(huán)的時間：為一次升溫、降溫、溫度保持的時間和，依賴于試驗 件的溫度傳導特性。 通電：在溫度循環(huán)試驗過程中，在升溫階段和高溫保持階段，產(chǎn)品通電工作； 通電：在溫度循環(huán)試驗過程

10、中 在升溫階段和高溫保持階段 產(chǎn)品通電工作； 在降溫和低溫保持階段，產(chǎn)品斷電不工作。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 19 高低溫保持時間的確定 將受試產(chǎn)品安裝于溫度箱內(nèi)，將熱電偶固定在產(chǎn)品的典型部位上，數(shù)量 不得少于三個，裝好熱電偶后，應使產(chǎn)品恢復原狀，接通產(chǎn)品電源，使 不得少于三個 裝好熱電偶后 應使產(chǎn)品恢復原狀 接通產(chǎn)品電源 使 其工作。 將試驗箱溫度設定值調(diào)到規(guī)定的高溫極限值，使試驗箱空氣溫度以 11/min的平均速率上升。 / i 的平均速率上升 保持試驗箱空氣溫度在上設定值溫度，直到產(chǎn)品上2/3熱電偶的溫度在 上設定值溫度±5為止，記錄該時刻。

11、 設定值溫度 為 ，記錄該時刻 斷開產(chǎn)品電源，使其停止工作。將試驗箱溫度設定值調(diào)到規(guī)定的低溫極 限值，使試驗箱空氣溫度以-8/min的平均速率下降。 保持試驗箱空氣溫度在上設定值溫度，直到產(chǎn)品上2/3熱電偶的溫度在 保持試驗箱空氣溫度在上設定值溫度 直到產(chǎn)品上2/3熱電偶的溫度在 上設定值溫度±5為止，記錄該時刻。 反復進行2-3次測量，得到升溫時受試產(chǎn)品的滯后于試驗箱空氣的平均 時間T1和降溫時受試產(chǎn)品的滯后于試驗箱空氣的平均時間T2。 時間T1和降溫時受試產(chǎn)品的滯后于試驗箱空氣的平均時間T2 將T1作為高溫保持時間，將T2作為低溫保持時間。 © 2005 北京運通恒達科

12、技有限公司 Page 20 試驗效果預測假設某產(chǎn)品的溫度范圍為-30+60，產(chǎn)品的實際溫變率為溫度箱溫變率的40%，即當溫度箱以11/min的溫變速度時，產(chǎn)品的實際溫變率為4/min方案溫度箱溫變率（/min）產(chǎn)品溫變率（/min循環(huán)次數(shù)篩選度© 2005 北京運通恒達科技有限公司方案一5227073680.7368方案二20114.429.3094680.9468方案三10114.414.7077040.7704方案四10176.822.7096790.9679Page 21試驗時間（hrs）40試驗前準備 高低溫保持時間的測試 試驗夾具的安裝和試振 試驗前產(chǎn)品測試 測試設備的準備

13、和測試人員的培訓 測試和故障記錄表格的準備 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 22 試驗故障處理（1）對于破壞性故障（試驗結束后，產(chǎn)品不能恢復其規(guī)定的功對于破壞性故障（試驗結束后產(chǎn)品不能恢復其規(guī)定的功能），應對產(chǎn)品進行修復，修復后繼續(xù)進行試驗；對于非破壞性故障（試驗結束后，產(chǎn)品可恢復其正常功能），應對產(chǎn)品的試驗環(huán)境進行分析如果采用的試驗環(huán)能），應對產(chǎn)品的試驗環(huán)境進行分析。如果采用的試驗環(huán)境應力超出了產(chǎn)品工作環(huán)境極限，可容忍其故障，不采取修復工作；如果采用的試驗環(huán)境應力沒有超出產(chǎn)品工作環(huán)境極限，則必須分析原因，找出可能的故障原因，實施修復。© 2005 北京運

14、通恒達科技有限公司Page 23試驗故障處理（2） 對于試驗過程中發(fā)生的故障，可在以下對策中選擇其一，并在 試驗大綱中進行說明： 中止試驗，修復后繼續(xù)進行試驗； 暫時中止試驗，拆下故障件后，其余產(chǎn)品繼續(xù)試驗； 繼續(xù)進行試驗，試驗結束后修復。 所有通過環(huán)境應力篩選試驗的產(chǎn)品，無論是未發(fā)生故障和故障 后修復的產(chǎn)品，必須滿足以下條件方可交付： 連續(xù)10個溫度循環(huán)無故障； 連續(xù)10個溫度循環(huán)無故障 至少5分鐘的隨機振動無故障； 試驗結束后產(chǎn)品的性能和功能完全正常。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 24 ESS的應用及效益© 2005 北京運通恒達科技有限公司Pag

15、e 25應注意的事項 所有試驗產(chǎn)品應去除包裝物及減震裝置后再進行試驗，試驗 產(chǎn)品在箱內(nèi)安裝應保證除必要的支點外，全部暴露在傳熱介 產(chǎn)品在箱內(nèi)安裝應保證除必要的支點外 全部暴露在傳熱介 質(zhì)即空氣中； 在進行夾具設計時，要保證產(chǎn)品的振動激勵方向為故障敏感 方向； 試驗箱熱源的位置布置不應使熱幅射直接到達試驗產(chǎn)品，用 于控制箱溫的熱電偶或其它型式的溫度傳感器應置于試驗箱 內(nèi)部的循環(huán)氣流中，并要加以遮護以防輻射影響； 若存在試驗箱內(nèi)空氣及致冷系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)，應對空氣的溫 度和濕度應加以控制 使其在試驗期間產(chǎn)品上不出現(xiàn)凝露 度和濕度應加以控制，使其在試驗期間產(chǎn)品上不出現(xiàn)凝露。 © 2005 北

16、京運通恒達科技有限公司 Page 26 2.2 可靠性增長試驗 可靠性增長 增 試驗目的 試驗剖面 試驗計劃 故障處理 數(shù)據(jù)分析 注意事項 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 27 可靠性增長.針對可靠性的設計更改導致預計的MTTF(設計更改)研發(fā)階段的可靠性增長原型機的MTTFRELIABILITYGROWTH DURINGFULLSCALEFULL SCALEPRODUCTIONRELIABILITYOF INITIALFULL SCALEPRODUCTIONHARDWARERELIABILITYOF INITIALPILOTPRODUCTIONHARDWARERE

17、LIABILITYGROWTH DURINGPILOTPRODUCTION(工藝控制)MTTF研發(fā)開始© 2005 北京運通恒達科技有限公司原型機批生產(chǎn)日歷時間Page 28態(tài)度決定一切！但愿它不要壞!想方設法讓它壞!觀察被動的可能進行很少的試驗后期問題突出© 2005 北京運通恒達科技有限公司修正模式:主動的盡早開展增長試驗健壯可靠的產(chǎn)品Page 29可靠性增長試驗是一個循環(huán)的過程初始設計樣機增長試驗分析結果改進Test-fix-test-fix© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 30可靠性增長試驗及其效益部分機載電子設備可靠性增長試驗效益©

18、; 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 31試驗目的通過有計劃、有目標的試驗活動，可以使復雜產(chǎn)品從較低的可靠性水平逐步提高到預期的可靠性目標。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 32試驗剖面 環(huán)境剖面 采用模擬實際使用的環(huán)境剖面 是綜合的環(huán)境剖面，包括振動、溫度、濕度等 要在綜合環(huán)境試驗臺 要在綜合環(huán)境試驗臺上進行 行 工作應力 常規(guī)的工作應力（常規(guī)可靠性增長試驗） 惡劣的工作應力（加速可靠性增長試驗） © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 33 試驗剖面試驗計劃可靠性增長試驗需要耗費大量資源包括資可靠性增長試驗需要耗費大量資源，包括資金、器

19、材、設備和時間，所以在開始試驗之前需要制定試驗計劃來統(tǒng)籌安排?？煽啃栽鲩L試驗計劃包括：制定可靠性增長目標確定試驗時間確定資源© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 35可靠性增長目標可靠性可靠性增長目標是通過試驗后達到的定量的可靠性水平標是試后到的定的可靠性水平一般情況下，可由合同(或任務書)中的可靠性最低可接受只來確定產(chǎn)品的可靠性增長目標。只來確定產(chǎn)品的可靠性增長目標例如，如果某產(chǎn)品的MTBF 的最低可接受值為1000小時，可將可將MTBF=1000小時作為可靠性增長試驗的增長目標。小時作為可靠性增長試驗的增長目標在資源允許的情況下，可靠性增長試驗可分段多次進行，這樣會提高

20、試驗效率，縮短試驗時間。在分階段進行可靠性增長試驗時，需為每個階段制定增長目標。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 36確定試驗時間根據(jù)可靠性增長目標和資源確定試驗時間試驗時間的確定方法：試驗時間的確定方法杜安（Duane）模型評估模型© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 37杜安（Duane）模型杜安模型最初是發(fā)動機和液壓機械裝置等復雜可修產(chǎn)品可靠性改進過程的經(jīng)驗總結。杜安模型的前提是：產(chǎn)品在可靠性增長過程中逐步糾正故障，因而產(chǎn)品可靠性是逐步提高的，不許可有多個故障的集中改進而使產(chǎn)品的可靠性突然較大幅度的提高。© 2005 北京運通恒達科技

21、有限公司Page 38杜安假設產(chǎn)品在增長試驗過程中，累積故障率（或MTBF）對對于累積試驗時間，在雙邊對數(shù)坐標紙上趨近一條積試驗時間在邊對數(shù)坐標上趨條直線。MTBF 的目標值XLog MTBFXXXXXX = 故障和MTBFLog 試驗時間© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 39杜安模型a(t)=atm1mMTBFa(t)=tam(t)=a(1m)t1mMTBF(t)=ta(1m)© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 40杜安曲線© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 41杜安模型的參數(shù)參數(shù)m：代表了可靠性增長的努力程度和預期效果，m

22、值在0.30.6之間，值越大效果越明顯。制定可靠性試驗計劃時，在沒有任何信息的條件下，m值可取0.45。參數(shù)a：代表了初始的可靠性水平，如果知道了在某個累積試驗時間（tI）下對應的產(chǎn)品累積MTBF（MTBF對應的產(chǎn)品累積（）I），可以按右側公式求出a。1ma=tIMI© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 42練習某產(chǎn)品進行了200小時的試驗，共發(fā)生了2個故障，現(xiàn)欲將其增長到MTBF為150小時。問需進行多長時間的增長試驗？問：需進行多長時間的增長試驗？© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 43評估模型 杜安模型是應用最普遍的模型，有兩個不足： 杜安模型是

23、應用最普遍的模型 有兩個不足 試驗時間過長 可能出現(xiàn)超增長 評估模型是根據(jù)預定的增長目標，經(jīng)過評估模型 評估模型是根據(jù)預定的增長目標 經(jīng)過評估模型 的反算得到的模型。 好處是：正好達到預定的增長目標，沒有資源浪費。 壞處是：容易失去控制，有可能達不到預定的增長目標 壞處是 容易失去控制 有可能達不到預定的增長目標 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 44 評估模型 MTBF T = 2T 2 2 r + 2 ,1 = MTBF * 2 2 r + 2 ,1 2 MTBF：增長目標 增長目標 T：試驗時間 2：卡方分布（ 在Excel 中的函數(shù)名是Chiinv ） ：置信

24、度，一般取0.70.9 置信度 般取0 7 0 9 r：故障數(shù)量. © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 45 練習某產(chǎn)品進行了200小時的試驗，共發(fā)生了2個故障，現(xiàn)欲將其增長到MTBF為150小時。問需進行多長時間的增長試驗？問：需進行多長時間的增長試驗？© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 46試驗結束條件（成功）在以下情況下認為可產(chǎn)品達到了預期的增長目標，可結束增長試驗，試驗成功：試驗進行到規(guī)定的總試驗時間，利用試驗數(shù)據(jù)估計的MTBF值已達到試驗大綱要求，可以結束試驗；如果試驗過程中一直沒有出現(xiàn)故障，可以假設其壽命服從指數(shù)分布而在另外某一時間結束

25、試驗命服從指數(shù)分布而在另外某時間結束試驗。例如，例如，試驗時間達到要求的MTBF值的1.6倍時，故障數(shù)為零則可以以80置信水平確信受試設備的MTBF已零，則可以以80置信水平確信受試設備的MTBF已達到要求值，從而提前結束試驗。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 47試驗結束條件（不成功）在以下情況下應終止增長試驗，在以下情況下應終止增長試驗試驗不成功：當試驗進行到規(guī)定的總試驗時間，而利用試驗數(shù)據(jù)估計的MTBF值達不到大綱的要求時，應立即停止試驗；在試驗進行過程中，經(jīng)過評估產(chǎn)品的實際增長率較低，預期在余下的試驗時間內(nèi)達不到預期的增長目標，應立即停止試驗。當試驗未達到預期的

26、增長目標而中止時，應做好以下工作：對糾正措施進行全面的分析以確定糾正措施的有效性對糾正措施進行全面的分析,以確定糾正措施的有效性；組織專家對試驗方案進行評審；組織專家對準備采取的措施方案進行評審。組織專家對準備采取的措施方案進行評審© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 48試驗后試驗件的處理經(jīng)過可靠性增長試驗的產(chǎn)品不可交付使用，可按以下處理方式：繼續(xù)試驗，以尋找產(chǎn)品工作壽命；繼續(xù)試驗，步進增強產(chǎn)品的試驗應力，以尋找工作極限和破壞極限；報廢。如果選擇續(xù)試驗，在后來的試驗中的試驗時間如果選擇繼續(xù)試驗，在后來的試驗中的試驗時間和故障均不計入可靠性評估。© 2005 北京

27、運通恒達科技有限公司Page 49試驗過程監(jiān)控 試驗中應嚴格控制試驗環(huán)境條件，應按照所確定的試驗環(huán) 境剖面施加環(huán)境應力 并記錄實際的試驗環(huán)境條件 境剖面施加環(huán)境應力，并記錄實際的試驗環(huán)境條件。 試驗過程中應按規(guī)定的時間對受試設備進行測試并記錄， 當發(fā)現(xiàn)故障時應利用FRACAS方法對其進行處理。 當發(fā)現(xiàn)故障時應利用 方法對其進行處理 可靠性增長的監(jiān)控應貫穿整個試驗過程。其方法是不斷地 將觀測的MTBF值和計劃的增長值進行比較，以對增長率 和資 和資金進行再分配和控制。 分 和 制 在試驗大綱和試驗計劃中應規(guī)定試驗過程的監(jiān)控點。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 50 跟

28、蹤增長率m當m<=0.1時當01時：產(chǎn)品的可靠性無增長，需更改試驗方案；產(chǎn)品的可靠性無增長需更改試驗方案當01<m<=03時：產(chǎn)品的可靠性有緩慢增長，需加大改當0.1<m<0.3時進力度；當m>0.4時：產(chǎn)品的可靠性有明顯的可靠性增長。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 51試驗數(shù)據(jù)分析評估模型指數(shù)評估模型優(yōu)點簡單可以進行區(qū)間估計缺點只能評估累積MTBF，偏保守不能評估增長率不能進行區(qū)間估計DUANE 評估模型AMSAA 評估模型可以評估增長率可以進行瞬時MTBF 估計可以進行點估計和區(qū)間估計能進行瞬時MTBF 估計計算復雜不能得到直觀

29、的增長率© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 52應注意的事項 應根據(jù)產(chǎn)品的重要性、經(jīng)費、進度等條件來選擇可靠性增長 方法； 試驗應模擬產(chǎn)品真實環(huán)境； 應在設計定型前做； 試驗樣品應能反映小批生產(chǎn)時的技術狀態(tài)及生產(chǎn)過程，并已 通過了ESS和環(huán)境鑒定試驗； 通過 和 境鑒定試驗 故障報告、分析與糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）是否健全，是 否能正常運行； 否能正常運行 試驗本身只能暴露問題，只有采取設計、工藝等措施方能提 高產(chǎn)品的固有可靠性。所采取的改進措施是否已落實到產(chǎn)品 高產(chǎn)品的固有可靠性 所采取的改進措施是否已落實到產(chǎn)品 圖紙及技術文件中。 © 2005 北京運通

30、恒達科技有限公司 Page 53 第 2 部分 加速可靠性試驗 加速試驗概述 定性加速壽命試驗 定性加速壽命試驗HALT 定量加速壽命試驗ALT © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 54 3.1 加速試驗概述隨著科技的發(fā)展，對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。隨著科技的發(fā)展，對產(chǎn)品的質(zhì)要求越來越高因此為了提高產(chǎn)品的可靠性水平，傳統(tǒng)的可靠性方法已經(jīng)不能滿足要求加速試驗技術正是這樣應運法已經(jīng)不能滿足要求。加速試驗技術正是這樣應運而生。它不僅縮短了產(chǎn)品研制時間，節(jié)省了成本，并且也因此提高了公司產(chǎn)品的競爭力。很多產(chǎn)品的壽命都以年計，你愿意進行持續(xù)幾年的可靠性試驗嗎？© 2005

31、 北京運通恒達科技有限公司Page 55加速試驗的發(fā)展70年代加速試驗的最初思路是從元器件的老化(老煉)試驗而來篩選的目的是激發(fā)排除缺陷故所施加的應力篩選的目的是激發(fā)、排除缺陷，故所施加的應力不必模擬真實環(huán)境，只要激發(fā)的效率越高越好自從Nelsonl于70年代末提出了累積損傷的原則以來，加速壽命試驗(Accelerated Life Testing)得到了蓬勃的發(fā)展© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 56加速試驗的發(fā)展1980s，Gregg. K. Hobbs博士經(jīng)多年對環(huán)境應980s，Gegg.obbs博士經(jīng)多年對環(huán)境應力篩選的研究提出了高加速壽命試驗(Highly A

32、Accelerated Life Testing) 和高加速應力篩選ltdLifTti)和高加速應力篩選(Highly Accelerated Stress Screening)1990s，美國波音公司首次提出可靠性強化試驗（RET-Reliability Enhancement Testing）© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 57加速試驗的概念加速試驗加速試驗產(chǎn)品在比正常工作環(huán)境應力下更產(chǎn)品在比正常工作環(huán)境應力下更加嚴酷的環(huán)境應力下進行試驗。與傳統(tǒng)的模擬正常工作環(huán)境的可靠性試驗相比，是一種激發(fā)性試驗。作環(huán)境的可靠性試驗相比是種激發(fā)性試驗根據(jù)美國RAC 報告，對于電子

33、產(chǎn)品，溫度每提高25度故障率提高210倍高25 度，故障率提高210倍。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 58加速試驗分類Qualitative Tests定性加速試驗Quantitative Tests定量加速試驗© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 59定性加速試驗 聚焦于暴露產(chǎn)品缺陷，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品 可 靠性 不能對產(chǎn)品的可靠性進行定量評價 采用的應力水平最高 典型的定性加速試驗有： HALT, ESS， HASS，HASA © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 60 定量加速試驗 聚焦于對產(chǎn)品的壽命和可靠性進行預

34、測和評價 暴露問題，解決問題，提高可靠性 應力水平比定性加速試驗小 定性加速試驗：ALT © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 61 加速試驗試驗使用的應力類型經(jīng)統(tǒng)計，對產(chǎn)品可靠性產(chǎn)生影響的環(huán)境應力主統(tǒng)計，對產(chǎn)品可靠性產(chǎn)影響的環(huán)境應力要是溫度和振動應力。據(jù)統(tǒng)計引起產(chǎn)品故障的環(huán)境因素中，溫度占因素中，溫度占50%左右，振動占20%左右。左右，振動占左右溫度溫變振動開/關機應力變化電應力變化以上幾種類型的混合© 2005 北京運通恒達科技有限公司-100100 to 200to20060per minute50Grms6-axis50 Grms 6axis rand

35、omrandomON/OFF 12V to 26V (200mA-500mA)()Page 62加速壽命試驗ALT和HALT破壞下限工作下限作下限LSL技術規(guī)范USL工作上限破壞上限設計余度設計余度連續(xù)的應力剖面ALT / HALT分步實施以發(fā)現(xiàn)：針對工作界限(ALT)針對破壞界限(HALT)缺陷和故障模式Step 3Step 0Step 1Step 2Step 4“分步實施的應力剖面分步實施的應力剖面© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 63ALT/HALT的流程YYes重新設計/NNo確定工作極限高溫低溫溫變率振動等級電壓通電頻率其他選擇合適的應力和等級步進應力到工作極

36、限步進應力到破壞極限ALTHALT重新設計© 2005 北京運通恒達科技有限公司Yes可以/需要改進嗎？No確定破壞極限步進應力1. 低溫=10 C2. 高溫3. 快速溫變工作溫度上限=10 C工作溫度下限4. 隨機振動5. 混合環(huán)境High Temp Op. Limit=10Grms=10GrmsLow Temp Op. Limit© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 65例如：對一個電路板二極管發(fā)生故障(破壞極限為110°C)二極管的承受的溫度超過了降額準則(100% vs. 80% max.)更改選用的二極管型號，選耐160°C溫度的.在

37、同樣溫度下，問題沒有再出現(xiàn)ALT/HALT 試驗能快速發(fā)現(xiàn)可靠性水桶的“短板”/試驗能快速發(fā)現(xiàn)可靠性水桶的短板© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 662.2 定性加速試驗HALTHALT高加速壽命試驗(Highly Accelerated Life HALT高加速壽命試驗(HighlyAcceleratedLifeTesting) 。使用階躍式應力使得產(chǎn)品承受不同的應力以此來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設計限的一種過程HALT意在于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的應力發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設計限的一種過程。HALT意在于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的應力限以及確認產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)。這種信息的使用有助于產(chǎn)品的再設計。設計與之類似的還有：AST (

38、Accelerated Stress Testing，加速應力試驗) 、RET(Reliability Enhancement Testing，可靠性強化試驗) 、STRIFE(應力+壽命) 。從實質(zhì)上來說，它們都是在加大的應力水平下加速暴露產(chǎn)品缺陷，從而提高產(chǎn)品可靠性水平的一種試驗方法，只是名稱叫法不一樣?？煽啃运降姆N試驗方法，只是名稱叫法不樣© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 67HALT 目的 目的： 快速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計和生產(chǎn)中的局限性/缺陷 尋找和提高產(chǎn)品設計裕度 充分提高產(chǎn)品可靠性 評價產(chǎn)品持續(xù)改進的有效性 為HASS/HASA/ALT提供試驗參數(shù) ©

39、 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 68 應力極限 技術規(guī)范 技術規(guī)范Technology Specification gy p 工作上限upper operating limit 工作下限lower 工作下限 lower operating limit 破壞上限upper destruct limit 破壞下限lower destruct limit © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 69 應力裕度破壞下限工作下限工作上限破壞上限應力© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 70應力干涉© 2005 北京運通恒達科技有限公司Pa

40、ge步進應力示意圖© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page應力施加順序 溫度步進應力 低溫步進 高溫步進 快速溫變 振動步進應力 綜合環(huán)境應力 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 73 熱分布測試試驗前對產(chǎn)品的熱分布進行測試。此過程在室溫進行室溫下進行（不是在試驗箱），測試過程中必是在試驗箱）測試過程中必須安裝所有結構板測試控所有要器須安裝上所有結構面板。測試監(jiān)控所有主要器件的溫度，產(chǎn)品運行至少2小時后，記錄環(huán)境溫度和各器件的殼溫。度和各器件的殼溫© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 74溫度步進應力低溫步進初始溫度：低溫步進應力試驗

41、在某接近室溫初始溫度：低溫步進應力試驗在某一接近室溫的溫度條件下進行，通常取+20+30。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 75溫度步進應力低溫步進步長：通常為10，但是某些時候也可以增加到20或減小到5。建議在低溫工作極限前步長設定為建議在低溫工作極限前步長設定為10，低溫工作極限后步長調(diào)整為5，視產(chǎn)品具體情況而定建議試驗應力到達產(chǎn)品工作極限之后情況而定。建議試驗應力到達產(chǎn)品工作極限之后，適當減小步長繼續(xù)試驗至破壞極限。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 76溫度步進應力低溫步進(例子)測試從20開始，步進步長為-1010，溫變率40/min。每

42、個溫度臺階保持10分鐘并完成功能測試每個溫度臺階結束后進行5次上下電測試，測試。每個溫度臺階結束后，進行次上下電測試測試每次下電后功能是否可以完全恢復試每次上下電后功能是否可以完全恢復。試驗一直持續(xù)到發(fā)現(xiàn)被測產(chǎn)品的工作極限和破壞極限。如果溫度降至某一預定溫度還沒有發(fā)現(xiàn)破壞極限，則可以停止試驗。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 77溫度步進應力高溫步進初始溫度：初始溫度高溫步進應力試驗在某一接近室溫的溫度條件下進行通常取+20+40。行，通常取+20© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 78溫度步進應力高溫步進步長：通常為10，但是某些時候也可以增加到

43、20或減小到5。建議在高工作極限前步長設定為10，高溫工作極限后步長調(diào)整為5，視產(chǎn)品具體情況而定。建議試驗應力到達產(chǎn)品工作極限之后，適當減小步長繼續(xù)試驗至破壞極限。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 79溫度步進應力高溫步進(例子)測試從30開始，步進應力步長為10，溫變率40/min。每個溫度臺階保持10分鐘并完成功能測試每個溫度臺階結束后進行次上下電測試能測試。每個溫度臺階結束后，進行5次上下電測試，測試每次下電后功能是否可以完全恢復測試每次上下電后功能是否可以完全恢復。試驗一直持續(xù)到發(fā)現(xiàn)被測產(chǎn)品的工作極限和破壞極限。如果溫度升至100還沒有發(fā)現(xiàn)破壞極限，則可以停止試

44、驗。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 80溫度步進應力© 2005北京運通恒達科技有限公司Page 81溫度步進應力溫度循環(huán) 通常溫度循環(huán)的上、下限以不超過產(chǎn)品破壞極限的80%為佳。 在通常情況下，試件在上下限溫度保持時間以 在通常情況下 試件在上下限溫度保持時間以1020分鐘為 宜。 強化試驗中的溫度變化率一般在15/min到60/min之間。 這 速率是指試驗箱內(nèi)溫度變化的平均速度。 這一速率是指試驗箱內(nèi)溫度變化的平均速度。 為了節(jié)約試驗費用，每次試驗的循環(huán)次數(shù)一般不超過6次。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 82 溫度步進應力

45、溫度循環(huán)(例子)溫度循環(huán)的高/低溫值選擇溫度步進應力試驗中得到的工作極限的80%循環(huán)5次溫度變化率得到的工作極限的80%，循環(huán)5次，溫度變化率40/min。每個溫度臺階保持5分鐘并完成功能測試。每個溫度臺階結束后進行1次上下電測試測每個溫度臺階結束后，進行1次上下電測試，測試每次上下電后功能是否可以完全恢復。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 83溫度步進應力溫度循環(huán)© 2005北京運通恒達科技有限公司Page 84溫度步進應力注意事項 在溫度循環(huán)時，應該采用溫度變化至少100（比如 -30至70）、高溫變率（每分鐘20-40）的試 驗，以給產(chǎn)品提供所需要的溫度

46、應力（或是熱沖 驗 以給產(chǎn)品提供所需要的溫度應力（或是熱沖 擊），這應該作為 個 要的規(guī)則 擊），這應該作為一個重要的規(guī)則。 增加受試產(chǎn)品的溫變率，篩選強度也會增大 溫度循環(huán)建議最好運行20個循環(huán)以上。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 85 振動步進應力 氣錘臺振動步進應力試驗的初始值應為3Grms到 5Grms，具體選擇應該根據(jù)不同試件決定，一般從 5Grms開始試驗。 每個振動水平的停留時間包括產(chǎn)品振動穩(wěn)定后的駐 留時間以及功能和性能檢測時間。振動穩(wěn)定后駐留 時間一般為510分鐘，功能和性能檢測應該在振 動穩(wěn)定后進行，所需時間視具體產(chǎn)品而定。 動穩(wěn)定后進行 所需

47、時間視具體產(chǎn)品而定 氣錘臺振動步進應力步長 般為 氣錘臺振動步進應力步長一般為3Grms到5Grms，一 到 ， 般不超過10Grms。 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 86 振動步進應力© 2005北京運通恒達科技有限公司Page 87振動步進應力例子振動步進應力試驗前，使用加速度傳感器監(jiān)測產(chǎn)品的振動響應。試驗在環(huán)境溫度下進行。起始振動為5G5Grms，步進應力步長為步進應力步長為5Grms5G。每個振動臺階保持每個振動臺階保持10分鐘并完成功能測試。每個振動臺階結束后，進行5次上下電測試，測試每次上下電后功能是否可以完全恢復?；謴驮囼炓恢背掷m(xù)到發(fā)現(xiàn)被測

48、產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，如果振動設置到40Grms還沒有發(fā)現(xiàn)破壞極限，則可以停止試驗。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 88振動步進應力注意事項當振動應力到較高量級（20g以后），在每一步結束后返回到“微振動”（結束后返回到微振動（5Grms±3Grms）以檢測在較高振動水平時可能發(fā)生的失效© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 89綜合環(huán)境步進應力溫度 通常溫度循環(huán)的上、下限以不超過產(chǎn)品破壞極限的 通常溫度循環(huán)的上 下限以不超過產(chǎn)品破壞極限的 80%為佳。 在通常情況下，試件在上下限溫度保持時間以1020 分鐘為宜。 分鐘為宜 強化試驗中

49、的溫度變化率一般在15/min到60/min 強化試驗中的溫度變化率 般在15/min到60/min 之間。這一速率是指試驗箱內(nèi)溫度變化的平均速度。 為了節(jié)約試驗費用，每次試驗的循環(huán)次數(shù)一般不超過 6次。 6次 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 90 綜合環(huán)境步進應力振動根據(jù)已完成試驗獲得的振動應力破壞極限值和設定的循環(huán)次數(shù)確定步長。假如在振動應力步進試驗中，產(chǎn)品在35Grms時發(fā)生了不可修復的故障并且設定產(chǎn)品在35Grms時發(fā)生了不可修復的故障，并且設定的溫度循環(huán)次數(shù)是5，那么最初的試驗循環(huán)應該以7Grms水平開始。每一個循環(huán)之后，應該以振動水平為7Grms的步每一

50、個循環(huán)之后應該以振動水平為7Grms的步長增加，則具體的剖面參數(shù)為：循環(huán)1量級為7Grms，循環(huán)2量級為14Grms；循環(huán)3量級為21Grms；循環(huán)4量級為28Grms；循環(huán)5量級為35Grms。量級為2；循環(huán)量級為。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 91綜合環(huán)境步進應力© 2005北京運通恒達科技有限公司Page 92綜合環(huán)境步進應力例子試驗中，高/低溫值選擇溫度步進應力試驗中得到的工作極限的80%，振動應力為振動步進應力試驗中得到的作極限的50%，試驗進行中得到的工作極限的試驗進行5個高低溫循環(huán)。個高低溫循環(huán)每個溫度臺階停留時間為10分鐘并完成功能測試分鐘

51、并完成功能測試。每個溫度臺階結束后，進行5次上下電測試，測試每次上下電后功能是否可以完全恢復試驗溫度變化次上下電后功能是否可以完全恢復。試驗溫度變化率40/min。最后一個周期振動應力減少為5Grms。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 93綜合環(huán)境步進應力除非產(chǎn)品事先已加固，否則對于大部分民用產(chǎn)品的破壞極限來說，溫度一般在-70到125之間，振動頻率在20Hz到3000Hz之間，隨機振動量值在之間隨機振動量值在15到20g g之間。對大部分的工業(yè)產(chǎn)品或航空產(chǎn)品之間對大部分的產(chǎn)品或航產(chǎn)品來說，溫度在-100到150之間，振動在20到30g RMS。RMS© 20

52、05 北京運通恒達科技有限公司Page 94應力效果比較© 2005北京運通恒達科技有限公司Page 95HALT回顧© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page3.2 定量加速壽命試驗ALT所謂定量加速壽命試驗ALT，是指在保持失效機理不變的條件下，把樣品放在比通常嚴酷得多的條件下進行試驗，從而加速樣品的失效得到更多的失效數(shù)據(jù)，通過外推評估產(chǎn)品的可靠性指標。品的可靠性指標ALT是一種基于統(tǒng)計理論，結合失效物理的試驗技術。隨著科學技術的發(fā)展，出現(xiàn)了許多高可靠性、長壽命的產(chǎn)品，即使進行數(shù)年的試驗，也可能沒有失效，或只有一二個失效，根據(jù)這樣的失效數(shù)據(jù)，要對產(chǎn)品的可靠性指標做出

53、估計是很困難的。甚至試驗尚未做完，新的產(chǎn)品已研制出來，這就要求人們改進試驗方法，以期在較短的試驗時間內(nèi)，獲得較多的失效樣品，加速壽命試驗正是適應這種需要孕育而生的。© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 97加速因子 實際使用：每周用一次，每次2 小時 加速試驗：連續(xù)試驗，每天工作12次，每 次兩小時 進行7天 次兩小時，進行7天 加速因子：7天（1周）共進行84次，相當 加速因子：7天（1周）共進行84次 相當 于42周的運行，因此加速因子為42。 如果要模擬10年的運行，約需要進行12 周的試驗。 注意：有些故障模式不能模擬，如水管老化。 © 2005 北京運通

54、恒達科技有限公司 Page 98 加速應力破壞上限工作上限可能不能激發(fā)所有的故障模式不能引入新的故障模式技術規(guī)格以此為前提，越高越好以此為前提越高越好工作下限破壞下限© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 99加速模型作用:根據(jù)試驗所獲得的壽命數(shù)據(jù)根據(jù)試驗所獲得的壽命數(shù)據(jù)，利用加速模型進行外推利用加速模型進行外推，推測在實際使用條件下的壽命數(shù)據(jù)。.故障時間Stress預計此處可靠性(實際的應力水平)試驗區(qū)域(試驗應力等級)Cumulative DamageCoffin-Manson加速模型實際上表達了加速應力和產(chǎn)品失效的時間關系© 2005 北京運通恒達科技有限公司Page 100自 的加速模型 自己的加速模型 實際應力 我們可以有自己的加速模 型 數(shù)據(jù)點越多，通過模型得 到的結果越準確 如果我們知道了曲線的形 狀，很少的點就可以了 常用的加速模型告訴了我 們曲線的形狀 © 2005 北京運通恒達科技有限公司 Page 1