環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)

1、打造可靠的中國(guó)裝備！北京運(yùn)通恒達(dá)科技有限公司2022-3-29環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)陳曉彤北京運(yùn)通恒達(dá)科技有限公司2022年3月2可靠性試驗(yàn) 可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)的一種手段。 其目的是： 篩選：發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、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； 增長(zhǎng)：為產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)改進(jìn)、減少維修和保障費(fèi)用提供提供信息，通過設(shè)計(jì)改進(jìn)提高產(chǎn)品的可靠性水平； 鑒定：確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。3可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)工程試驗(yàn)工程試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)應(yīng)力篩選應(yīng)力篩選可靠性增長(zhǎng)可靠性增長(zhǎng)可靠性鑒定可靠性鑒定可靠性驗(yàn)收可靠性驗(yàn)收Burn InESSHASSHASAR

2、GTHALTRETPQTALTORT Periodic Retest 4TB=交付時(shí)間點(diǎn)交付時(shí)間點(diǎn)TW=耗損時(shí)間點(diǎn)耗損時(shí)間點(diǎn)早期失效期早期失效期偶然失效區(qū)偶然失效區(qū)耗損失效區(qū)耗損失效區(qū)TwTB制造缺陷制造缺陷工藝缺陷工藝缺陷元件缺陷元件缺陷固有缺陷固有缺陷耗損故障耗損故障時(shí)間時(shí)間失效率失效率浴盆曲線浴盆曲線浴盆曲線和可靠性試驗(yàn)浴盆曲線和可靠性試驗(yàn)篩選試驗(yàn)增長(zhǎng)試驗(yàn)鑒定試驗(yàn)5可靠性試驗(yàn)的要素 故障判據(jù) 試驗(yàn)剖面 試驗(yàn)計(jì)劃 檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)周期6環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（ESS） 在產(chǎn)品出廠前，有意將環(huán)境應(yīng)力施加到產(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，從而提高產(chǎn)品的可靠性。連接不牢虛焊、漏焊不

3、合格元器件7ESS 的應(yīng)力選擇振動(dòng)應(yīng)力： 粒子污染； 壓緊導(dǎo)線磨損； 晶體缺陷； 混裝； 鄰近板摩擦； 兩個(gè)元器件短路； 導(dǎo)線松脫； 元器件粘接不良； 大質(zhì)量元器件緊固不當(dāng)； 機(jī)械性缺陷等。溫度應(yīng)力： 元器件參數(shù)漂移；元器件參數(shù)漂移； 電路板開路、短路；電路板開路、短路； 元器件安裝不當(dāng)；元器件安裝不當(dāng)； 錯(cuò)用元器件；錯(cuò)用元器件； 密封失效；密封失效； 化學(xué)污染；化學(xué)污染； 導(dǎo)線束端頭缺陷；導(dǎo)線束端頭缺陷； 夾接不當(dāng)?shù)取A接不當(dāng)?shù)取?采用溫度應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力可以解決絕大部分早期失效問題8ESS 的應(yīng)力選擇 隨機(jī)振動(dòng) 正弦振動(dòng) 溫度保持 溫度循環(huán)如何選擇 ？如何選擇 ？篩選度（篩選度（SS）：能剔

4、除潛在缺陷的比率）：能剔除潛在缺陷的比率9隨機(jī)振動(dòng) vs. 正弦振動(dòng) 隨機(jī)振動(dòng) ： Grms加速度均方根值，g； 振動(dòng)時(shí)間，min。正弦振動(dòng)：結(jié)論：隨機(jī)振動(dòng)的篩選效率要比正弦振動(dòng)高得多！tGrmseSS863. 0)10/(000727. 01tGrmseSS71. 1)(0046. 0110溫度保持 vs. 溫度循環(huán) 溫度保持 ： 溫度循環(huán)：結(jié)論：溫度循環(huán)的篩選效率要比溫度保持高得多！tReSS6 . 0)6 . 0(0017. 01NveReSS36 . 0)ln()6 . 0(0017. 01與室溫之差試驗(yàn)時(shí)間溫變范圍溫變率循環(huán)次數(shù)11ESS 的機(jī)理和基本方法 機(jī)理：環(huán)境加速缺陷暴露剔除

5、不合格品 方法： 隨機(jī)振動(dòng)(0.04g2/Hz, 515min) 溫度循環(huán)(1012個(gè)） 隨機(jī)振動(dòng)(0.04g2/Hz, 515min)12ESS的振動(dòng)剖面 類型：隨機(jī)振動(dòng) 軸向：實(shí)際軸向或敏感軸向 時(shí)間：?jiǎn)屋S向10mins，三軸向每軸向5mins 注意：疲勞特性，累積小于30min13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；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(shí)間：采取實(shí)際測(cè)量方式確定一次溫度循環(huán)的時(shí)間：為一次升溫、降溫、溫度保持的時(shí)間和，依賴

6、于試驗(yàn)件的溫度傳導(dǎo)特性。通電：在溫度循環(huán)試驗(yàn)過程中，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。14高低溫保持時(shí)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(gè)，裝好熱電偶后，應(yīng)使產(chǎn)品恢復(fù)原狀，接通產(chǎn)品電源，使其工作。將試驗(yàn)箱溫度設(shè)定值調(diào)到規(guī)定的高溫極限值，使試驗(yàn)箱空氣溫度以11/min的平均速率上升。保持試驗(yàn)箱空氣溫度在上設(shè)定值溫度，直到產(chǎn)品上2/3熱電偶的溫度在上設(shè)定值溫度5為止，記錄該時(shí)刻。斷開產(chǎn)品電源，使其停止工作。將試驗(yàn)箱溫度設(shè)定值調(diào)到規(guī)定的低溫極限值，使試驗(yàn)箱空氣溫度以-8/min的平均速率下降。保持試驗(yàn)箱空氣溫度

7、在上設(shè)定值溫度，直到產(chǎn)品上2/3熱電偶的溫度在上設(shè)定值溫度5為止，記錄該時(shí)刻。反復(fù)進(jìn)行2-3次測(cè)量，得到升溫時(shí)受試產(chǎn)品的滯后于試驗(yàn)箱空氣的平均時(shí)間T1和降溫時(shí)受試產(chǎn)品的滯后于試驗(yàn)箱空氣的平均時(shí)間T2。將T1作為高溫保持時(shí)間，將T2作為低溫保持時(shí)間。15試驗(yàn)效果預(yù)測(cè) 假設(shè)某產(chǎn)品的溫度范圍為-30+60，產(chǎn)品的實(shí)際溫變率為溫度箱溫變率的40%，即當(dāng)溫度箱以11/min的溫變速度時(shí)，產(chǎn)品的實(shí)際溫變率為4/min方案方案方案一方案一方案二方案二方案三方案三方案四方案四試驗(yàn)時(shí)間（hrs） 40201010溫度箱溫變率（/min）5111117產(chǎn)品溫變率（/min24.44.46.8循環(huán)次數(shù)2729.31

8、4.722.7篩選度0.73680.94680.77040.967916試驗(yàn)前準(zhǔn)備 高低溫保持時(shí)間的測(cè)試 試驗(yàn)夾具的安裝和試振 試驗(yàn)前產(chǎn)品測(cè)試 測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備和測(cè)試人員的培訓(xùn) 測(cè)試和故障記錄表格的準(zhǔn)備17試驗(yàn)故障處理（1） 對(duì)于破壞性故障（試驗(yàn)結(jié)束后，產(chǎn)品不能恢復(fù)其規(guī)定的功能），應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)； 對(duì)于非破壞性故障（試驗(yàn)結(jié)束后，產(chǎn)品可恢復(fù)其正常功能），應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行分析。如果采用的試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)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(fù)工作；如果采用的試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)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(shí)施修復(fù)。18試驗(yàn)故障處理（2） 對(duì)于

9、試驗(yàn)過程中發(fā)生的故障，可在以下對(duì)策中選擇其一，并在試驗(yàn)大綱中進(jìn)行說明： 中止試驗(yàn)，修復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)； 暫時(shí)中止試驗(yàn)，拆下故障件后，其余產(chǎn)品繼續(xù)試驗(yàn)； 繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后修復(fù)。 所有通過環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)的產(chǎn)品，無(wú)論是未發(fā)生故障和故障后修復(fù)的產(chǎn)品，必須滿足以下條件方可交付： 連續(xù)10個(gè)溫度循環(huán)無(wú)故障； 至少5分鐘的隨機(jī)振動(dòng)無(wú)故障； 試驗(yàn)結(jié)束后產(chǎn)品的性能和功能完全正常。19ESS的應(yīng)用及效益產(chǎn) 品效 益美國(guó)衛(wèi)星軌道故障減少 50%ANIUYK20V 計(jì)算機(jī)MTBF 從 1150h 提高到 9534h，提高7.3 倍AG3 變換器MTBF 從 15000h 提高到 44362h，提高約 3 倍

10、A-A17 慣導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)場(chǎng)故障減少 43%電子燃料噴射系統(tǒng)外場(chǎng)故障從 23.5%降到 8%HEWLITT 臺(tái)式計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)維修次數(shù)減少 50%我國(guó)某飛機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)故障率降低 4070%20應(yīng)注意的事項(xiàng)所有試驗(yàn)產(chǎn)品應(yīng)去除包裝物及減震裝置后再進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)產(chǎn)品在箱內(nèi)安裝應(yīng)保證除必要的支點(diǎn)外，全部暴露在傳熱介質(zhì)即空氣中；在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，要保證產(chǎn)品的振動(dòng)激勵(lì)方向?yàn)楣收厦舾蟹较?；試?yàn)箱熱源的位置布置不應(yīng)使熱幅射直接到達(dá)試驗(yàn)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(yīng)置于試驗(yàn)箱內(nèi)部的循環(huán)氣流中，并要加以遮護(hù)以防輻射影響；若存在試驗(yàn)箱內(nèi)空氣及致冷系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)，應(yīng)對(duì)空氣的溫度和濕度應(yīng)加以控制，使其

11、在試驗(yàn)期間產(chǎn)品上不出現(xiàn)凝露。謝 謝 ！22HASS（參考資料） 目的：將有缺陷和無(wú)缺陷的產(chǎn)品區(qū)分開來(lái)，以保證不讓有缺陷的產(chǎn)品流入市場(chǎng)或投入使用。23HASS 要有效實(shí)施HASS篩選過程，徹底剔除產(chǎn)品的早期故障，應(yīng)該在能夠產(chǎn)生加工缺陷的元器件級(jí)、模塊級(jí)、單元級(jí)和整機(jī)級(jí)按照從低到高的層次進(jìn)行HASS 篩選，才能保證整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。 24HASS步驟 夾具設(shè)計(jì) 測(cè)試設(shè)備 確認(rèn)初步HASS剖面 實(shí)施HASS HASS 篩選方案的調(diào)整和重新驗(yàn)證 25HASS 夾具 保證同時(shí)容納多個(gè)產(chǎn)品參加試驗(yàn)，滿足產(chǎn)品批量生產(chǎn)的要求。 保證在夾具各個(gè)位置的試件獲得的振動(dòng)量值相差很小，將試驗(yàn)臺(tái)傳遞到試件的振動(dòng)能量最大，

12、在試驗(yàn)過程中不發(fā)生共振, 夾具盡可能的簡(jiǎn)單，不需要在設(shè)計(jì)和制造夾具過程中花費(fèi)過多的資金。 耐用、可重復(fù)使用等。 夾具設(shè)計(jì)和制造完成后，要進(jìn)行夾具使用效果的驗(yàn)證 . 26HASS運(yùn)行剖面參數(shù)選擇溫度循環(huán)的上下限溫度一般取工作極限溫度范圍的80%；極限溫度滯留時(shí)間一般取決于試件溫度達(dá)到平衡所需要的時(shí)間和測(cè)試試件工作狀態(tài)所需要的時(shí)間。 27HASS運(yùn)行剖面參數(shù)選擇 振動(dòng)量級(jí)一般取破壞極限的50% ，如果超過了工作極限，則取工作極限的80% 。28HASS運(yùn)行剖面U D L溫溫 度度( U O L + U D L ) / 2L D L( L O L + L D L ) / 21 0 m i n1 0

13、m i n時(shí)時(shí) 間間H A S S 應(yīng) 力 初 步 剖 面L L O O L L 溫溫 度度 工工 作作 下下 限限L L D D L L 溫溫 度度 破破 壞壞 下下 限限U U O O L L 溫溫 度度 工工 作作 上上 限限U U D D L L 溫溫 度度 破破 壞壞 上上 限限V V O O L L 振振 動(dòng)動(dòng) 工工 作作 極極 限限V V D D L L 振振 動(dòng)動(dòng) 破破 壞壞 極極 限限加加 速速 度度頻頻 率率 應(yīng)應(yīng) 力力 步步 長(zhǎng)長(zhǎng)（ V V O O L L V V D D L L ） / / 8 81234( V O L + V D L ) / 2V O L * 8 0

14、%溫 度 應(yīng) 力振 動(dòng) 應(yīng) 力U O L工工 作作 極極 限限 （ 溫溫 變變 率率 ）L O L2 0 / m i nU O L - 1 0 1 0 m i n1 0 m i nL O L + 1 0 室 溫29HASS運(yùn)行剖面H A S S 應(yīng) 力 初 步 剖 面L L O O L L 溫溫 度度 工工 作作 下下 限限L L D D L L 溫溫 度度 破破 壞壞 下下 限限U U O O L L 溫溫 度度 工工 作作 上上 限限U U D D L L 溫溫 度度 破破 壞壞 上上 限限V V O O L L 振振 動(dòng)動(dòng) 工工 作作 極極 限限V V D D L L 振振 動(dòng)動(dòng) 破破

15、壞壞 極極 限限X X = = ( ( U U O O L L - - L L O O L L ) ) * * 2 2 0 0 % % / / 2 2溫溫 度度 、 振振 動(dòng)動(dòng) 應(yīng)應(yīng) 力力時(shí)時(shí) 間間室 溫U O L - XL O L + X1 0 m i n1 0 m i n1 0 m i n1 0 m i nV D L * 5 0 %溫溫 度度 應(yīng)應(yīng) 力力振振 動(dòng)動(dòng) 應(yīng)應(yīng) 力力30HASS運(yùn)行剖面篩選效果驗(yàn)證 主要是用來(lái)證明HASS試驗(yàn)剖面圖是否能夠滿足其篩選要求,它包括篩選過程有效性的驗(yàn)證和產(chǎn)品剩余有效壽命的評(píng)估兩方面的內(nèi)容。 31篩選過程有效性的驗(yàn)證 對(duì)篩選過程出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行分析。以判別這些失效形式是由于在篩選過程中遭受了過大的應(yīng)力誘發(fā)的,還是由于疲勞或制造缺陷造成,從而決定HASS 試驗(yàn)剖面所選擇的應(yīng)力量級(jí)是否正確和是否需要修正。 32產(chǎn)品剩余有效壽命的評(píng)估 評(píng)價(jià)HASS是否過多地?fù)p傷了產(chǎn)品的有效