可靠性測(cè)試應該在可靠(kào)性設計之後,但目前我國(guó)的可(kě)靠性工作主要還是在(zài)測試階段,這(zhè)裏將測試放在前麵。為了測得產品的可靠度(也就是為了測出(chū)產品的MTBF),我們需要拿出一定的(de)樣品,做較長時間的運行測試,找出每個樣品的失效(xiào)時間,根據節的(de)公式計算出MTBF,當然樣品數量越多,測試(shì)結果就越準確。但是,這(zhè)樣的(de)理想測試(shì)實際上是不可能的,因為對這(zhè)種測試而言,要等到後一個樣品出現故障――需要的測試(shì)時間長得無法想象,要所有樣品都出現故障——需要的成本(běn)高得無法想(xiǎng)象。
為了測試可靠性,這裏介紹:加速測試(也就增加應力*),使缺陷迅速顯現;經過大量、長時間(jiān)的統計,找到了一些增加應力的方法,轉化成一些測試的項目。如果產品經過這(zhè)些(xiē)項(xiàng)目的測試,依然沒有明顯的缺陷,就說明產(chǎn)品的可(kě)靠性至少可以達到某一水平,經過換算可以計算出MTBF(因產(chǎn)品能通過這些測試,並無明顯缺(quē)陷出現,說明未達到產品的極限能力,所以此時對應的MTBF是產品的小(xiǎo)值(zhí))。其它計算方法(fǎ)見下文。(*應力(lì):就(jiù)是指(zhǐ)外界各種環境對產品的破壞力,如產品(pǐn)在85℃下工作受到的應力比在25℃下工作受到的應力大;在高應力下工作,產(chǎn)品(pǐn)失效的可能性就大大增加了);
一(yī)、環(huán)境測試
產品在使用(yòng)過程中,有不(bú)同的使用環境(有些安裝在室外、有(yǒu)些隨身攜帶、有(yǒu)些裝(zhuāng)有船上等等),會(huì)受到不(bú)同環境的應力(有些受到風(fēng)吹雨濕、有些受到振動與跌落、有些受到鹽霧蝕侵(qīn)等等);為了確(què)認產品能在這些環境下正常工作,國(guó)標、行標都要求產品在環(huán)境方法模擬一些測試項目(mù),這些測試項目包括:
1、高溫測試(高溫運(yùn)行(háng)、高溫貯存);
2、低溫測試(低溫運行、低溫貯存);
3、高低(dī)溫交變測試(溫度循環測試、熱衝擊測試);
4、高溫高濕測試(濕(shī)熱貯存、濕熱循環);
5、機械振動測試(隨(suí)機振動測試、掃頻振(zhèn)動測試);
6、汽車運(yùn)輸測試(模擬運輸測試、碰(pèng)撞測試);
7、機械衝(chōng)擊測試;
8、開關電測試;
9、電源拉偏測試;
10、冷啟動測(cè)試;
11、鹽霧(wù)測試;
12、淋雨測試;
13、塵砂測(cè)試;
上述環境試驗的相(xiàng)關國家標準如下(部分試(shì)驗可(kě)能沒有相關國標,或者是我還沒有找(zhǎo)到):
1、低溫試(shì)驗
按GB/T2423.1—89《電工電子產品(pǐn)環境試驗第二部分:試驗方法低溫試驗》;
GB/T2423.22—87《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法溫(wēn)度變化試(shì)驗方法》進行(háng)低溫試驗及溫度變(biàn)化試驗。
溫度範圍:-70℃~10℃。
2、高溫試(shì)驗
按GB/T2423.2—89《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法高(gāo)溫試驗》;
GB/T2423.22—87《電工電子產(chǎn)品(pǐn)環境試驗第二部分:試驗方法溫度變(biàn)化試驗方法》進行高溫試(shì)驗及溫度(dù)變化試驗。
溫度範圍:10℃~210℃
3、濕熱試驗
按GB/T2423.3—93《電工電子產(chǎn)品環境試驗第二部分:試驗方(fāng)法恒定濕(shī)熱試驗》;
GB/T2423.4—93《電工電子產品環境試驗第(dì)二部分:試驗方法交變濕熱試驗》進行恒定濕熱試驗及交(jiāo)變濕熱試驗。
濕度範圍:30%RH~100%RH
4、黴菌試驗
按GB/T2423.16—90《電工電子產品環境試驗第二(èr)部分:試(shì)驗方(fāng)法長黴試驗(yàn)》進行黴(méi)菌試驗。
5、鹽霧試驗
按GB/T2423.17—93《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法鹽霧試驗》進行鹽霧試驗。
6、低氣壓試驗
按GB/T2423.21—92《電(diàn)工電子(zǐ)產(chǎn)品環境試驗第二部分:試驗方法低氣壓試(shì)驗》;
GB/T2423.25—92《電工電子產(chǎn)品環境試驗第二部分(fèn):試(shì)驗方(fāng)法低溫/低氣壓試驗》;
GB/T2423.26—92《電(diàn)工電子產品環境試驗第二部分:試驗(yàn)方法(fǎ)高(gāo)溫/低氣壓試驗》;進行低氣壓試驗(yàn),高、低(dī)溫(wēn)/低氣壓試驗。
試驗範(fàn)圍:-70℃~100℃0~760mmHg,20%~95%RH。
7、振動試驗(yàn)
按(àn)GB/T2423.10—95《電(diàn)工電(diàn)子產品環境試驗第二部分(fèn):試驗方法振動試驗》進行振動試驗。
頻率(lǜ)範圍(機械振動台(tái)):5~60Hz(定頻振(zhèn)動5~80Hz),位移振幅3.5mm(滿載)。頻率範圍(電(diàn)磁(cí)振動台):5~3000Hz,位移25mmP-P。
8、衝擊試驗
按(àn)GB/T2423.5—95《電工電子(zǐ)產品環境試驗第二部分:試(shì)驗方法衝擊試驗(yàn)》進行衝擊試驗。衝(chōng)擊加速度範圍:(50~1500)m/s2。
9、碰撞試驗
按GB/T2423.6—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法碰撞試驗》進行碰撞試驗。
10、跌落試驗
按GB/T2423.7—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法傾跌與(yǔ)翻到試驗》;
GB/T2423.8—95《電工電子產品環境試驗第二部(bù)分(fèn):試驗方法自由跌落試驗》進行跌(diē)落試驗。
說明:上麵13項比較全麵地概括了產(chǎn)品在實(shí)現使用過程中碰到的外界環境;實際測(cè)試時,因為各產品本(běn)身屬性的相差較遠、使用環境相差也很大,各公司可以根據產品的特點,適當選(xuǎn)取、增加一些項目來測試(此產品對應的國/行標中要求的必測試項目,當然是必須測試的);也可以根(gēn)據產品特定的使用(yòng)環境與使用方法,自行設計一些新測試項目,以驗證產品是否能長期工作。
測試條(tiáo)件:不同的產品測試條件不一樣;就拿高溫測試來說,有些產品要求做高溫貯存測試,有些要求做高(gāo)溫運(yùn)行測試,有些產品的高溫用85℃做測試,有些產品的高溫是用65℃做測(cè)試。但是,宗旨(zhǐ)隻有一個,那就是至少滿足國/行(háng)標。要(yào)測試一種產品的可靠性,找到這種產品的國(guó)/行標(biāo)是必需的,按照國/行標的要求和指引找出必須的測(cè)試項目與各項目的測試方(fāng)法(fǎ),從而(ér)進(jìn)行環境測試;
同一種產品,在(zài)不同的階段,測試條件也(yě)不一樣(yàng);一般而言,產品會經過研發、小批量試產(chǎn)、批量生產三個不同的階段。在研發階段,測試條件嚴(yán)(應力)、測試延(yán)續的時候短;小批量試產階段,測試應力適中(zhōng)、測試時間(jiān)適中;批量生產階段,測試應力小、測試時間(jiān)較短;三個階段的主要差別見下表:
階段實驗(yàn)目的(de)實驗特點實驗要求(qiú)
研發(fā)發現設計缺陷,擴大設計餘量高應力、短時間無故障
中試(shì)考察產品是否達到基本的可靠性水平中應(yīng)力、中長時間無明顯故障
批量生產生產工藝條件的穩定(dìng)性低應力、短時間有條件的允許故障發生
鑒定產品的可靠性、計算產品的MTBF低應力、長時間無特別要求
加速環境試驗技術
傳統的環境試驗是基於真實環境模擬的試驗方法,稱為環境模擬(nǐ)試驗。這種試驗(yàn)方法的特點是:模擬真實環境,加上設計(jì)裕(yù)度,確保試驗過關。其缺陷在於試驗的(de)效率不高,並(bìng)且試驗的資源耗費巨大。
加速環境試驗AET(AcceleratedEnvironmentalTesting)是一項新興的可(kě)靠性試驗技術。該(gāi)技術突(tū)破了傳統可靠性試驗的技術思路,將激發的試(shì)驗機製引入(rù)到可靠性(xìng)試驗,可以大大(dà)縮短試驗時間,提高試驗效率(lǜ),降(jiàng)低試驗耗損。加速環境試驗技術領域的研究與應(yīng)用推廣對可靠(kào)性工程的發展具有(yǒu)重要的現實意義。
加(jiā)速環境試驗
激發試驗(Stimulation)通過施加激(jī)發應力、環境快(kuài)速檢測來清除產品的潛在缺陷。試(shì)驗所施加的應力並不模擬真實環境,而以提高激發效率為目標。
加速環境試驗是一種激發(fā)試驗,它通過強化的應力環境來進行可靠性試驗。加速環境試驗的加速水(shuǐ)平(píng)通常用加速因子來表示。加速因(yīn)子(zǐ)定義為設備在自然服役環境下的壽命與在加速環境下的壽命之比。
施加的應力可以是溫度、振動、壓力和濕度(即(jí)所謂“四綜合”)及其它應力,應力(lì)的組合亦是有些(xiē)場合更為(wéi)有效的激發方式(shì)。高溫變率的溫度循環和寬帶隨機(jī)振動是(shì)公認有效的激發(fā)應力形式。加速環境試驗有2種基本類型(xíng):加速壽命試驗(AcceleratedLifeTesting)、可靠性強化試驗(ReliabilityEnhancementTesting)。
可(kě)靠性強化(huà)試驗(RET)用以暴露與產品(pǐn)設計有(yǒu)關(guān)的早期失效故障(zhàng),但同時,也用(yòng)於確定產品在有效壽命期內(nèi)抗隨機故障的強度。加速壽命試驗的目的(de)是找(zhǎo)出產品是如何發生、何時發生、為何發生磨耗失效的。
下麵(miàn)分別對2種基(jī)本類型進行簡單闡述。
1、加速壽命試驗(yàn)(ALT)
加速壽命試驗隻對(duì)元器件、材料和工藝方法(fǎ)進行,用於確定元器件、材料及生產(chǎn)工藝的壽命。其目(mù)的不是(shì)暴露缺陷,而是識別(bié)及量化在使用壽命末期導致產品損耗的失效(xiào)及其(qí)失效機理。有時產品的(de)壽命很(hěn)長,為了給出產品(pǐn)的壽命期,加速壽命(mìng)試驗必須進行足夠長的時間。
加速壽命試驗是基於如下(xià)假設:即受試品在短(duǎn)時間、高應力作用下表現出的特性與產品在長(zhǎng)時間、低應力作用下表現(xiàn)出來的特性是一致(zhì)的。為了縮短試(shì)驗時間,采用加速(sù)應力,即所謂高加速壽命(mìng)試驗(HALT)。
加速壽命(mìng)試(shì)驗提供了產品預期磨損機理的有價值數據,這在當今的市場上是很關鍵的,因為越來越多(duō)的消費者對其(qí)購買的產品提出了使用壽命要求。估計(jì)使用壽命僅僅是加速壽命試驗的用處之一(yī)。它能使設計者和生產者對產品(pǐn)有更全(quán)麵(miàn)的了解,識別出關鍵的元器件、材料和工藝,並(bìng)根據(jù)需要進行改(gǎi)進及控製。另(lìng)外試(shì)驗得出的數據(jù)使生(shēng)產廠商和消費者對產品有充分的信心。
加速壽命試驗的對象是抽樣產品(pǐn)。
2、可靠性強(qiáng)化試驗(RET)
可(kě)靠性強化試驗(yàn)有(yǒu)許多名稱和形式,如步進應力(lì)試驗、應力壽命試驗(STRIEF)、高(gāo)加速壽命試驗(HALT)等。RET的目的是通過係(xì)統地施加逐漸增大的環境應力和工作應力,來(lái)激發故障和暴露設計中的薄弱環節,從而評價產(chǎn)品設計的可靠性。因此,RET應該在產品設計和發展周期中初的階段實施,以便於修改設(shè)計。
國外可靠性的有關研究人員在80年代初就注意到由於設計潛在缺陷的殘留量較大(dà),給可靠性的提高提供了可觀的空間,另外價格(gé)和研製周期問題也是當今市場(chǎng)競爭的焦點。研究證明,RET不失為(wéi)解決這個問題的好方法之一。它獲得的可靠性比傳統的方(fāng)法高得多,更為重要的是,它在短時間內(nèi)就可獲得早期可靠(kào)性,無須像傳統(tǒng)方法那樣需要長時間的可靠性增長(TAAF),從而降低了成本(běn)。