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1、广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.autotest- 明志茂： GRGT 副总工程师，国防科技大学工学博士，国防科技大学宇航科学与技术科研流动站博士后，高级工程师，从事复杂机电产品可靠性设计与分析、试验与测试研究以及电子元器件可靠性与失效分析、微观材料成份分析。有 10 年的型号产品失效分析与可靠性工作经历，熟知各类实验室分析设备与技术手段，在新装备研制、集成电路失效分析与可靠性领域有丰富的实践经验，处理过大量生产线或者研发阶段的型号产品质量与可靠性异常案例。先后承担国防技术基础、国家“ 863”、装备维修改革、装备预研基金等课题 8 项，获得部委级科技进步二等奖、三等奖各 一
2、项，获得软件著作权一项， 09 年度国防科技基金资助专著动态分布参数的贝叶斯可靠性综合试验与分析 (2010 年出版 ) 一部。以第一作者发表论文 20 余篇，其中 SCI 检索 3 篇， EI 检索 7 篇， ISTP 检索 2篇。 1 本公司的产品经客户退回的故障件，经上电测试功能，一半是好的，如何通过实验将故障点复现？ 答：采用快速故障复现的方法，即可靠性强化试验。具体方法可参见可靠性强化试验方法。 2 工业可靠性试验的基本准则 答： 环境及可靠性试验的选择应遵循以下五条基本原则： (1)环境条件的再现性 。 在试验室内完整而精确地再现自 然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是，在
3、一定的容差范围之内，人们完全可以正确而近似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程中所经受的外界环境条件，这段话用工程的语言概括，就是“试验设备所创造的围绕被试产品周边的环境条件 (含平台环境 )应该满足产品试验规范所规定的环境条件及其容差的要求”。如用于军工产品试验的温度箱不仅要满足国军标 GJB150.3-86、GJB150.4-86 中根据不同类型产品所规定的高温、低温的试验量值、试验时间，同时也应满足试验规范中对温度场的均匀性和温度控制精度的要求。只有这样，才能 保证在环境试验中环境条件的再现性。 (2)环境条件的可重复性 。 一台环境试验设备可能用于同一类型产品的多次试验，而一台被试的
4、工程产品也可能在不同的环境试验设备中进行试验，为了保证同一台产品在同一试验规范所规定的环境试验条件下所得试验结果的可比较性，必然要求环境试验设备所提供的环境条件具有可重复性。这也就是说，环境试验设备施用于被试验产品的应力水平 (如热应力、振动应力、电应力等 )对于同一试验规范的要求是一致的。环境试验设备所提供环境条件的可重复性是由国家计量检定部门依据国家技术监督机构所制定的检定规程检定广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.autotest- 合格后 提供保证。为此，必须要求环境试验设备能满足检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求，并且在使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用
5、非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、负载能力等技术指标外，还必须满足检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等到精度指标的要求，而且每次检定后的使用周期为二年，超过二年必须重新检定合格后才能投入使用。 (3)环境条件参数的可测控性 。 任何一台环境试验设备所提供的环境条件必须是可观测的和可控制的，这不仅是为了使环境参数限制在一定的容差范围之内，保证试验条件 的再现性和重复性要求，而且从产品试验的安全出发也是必须的，以便防止因环境条件失控导致被试产品的损坏，带来不必要的损失。目前各种试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验条件允许误差的三分之一。 (4)环境试验条件的
6、排它性 。 每一次进行的环境或可靠性试验，对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定，并排除非试验所需的环境因素渗透其中，以便在试验中或试验结束后判断和分析产品失效与故障模式时，提供确切的依据，故要求环境试验设备除提供所规定的环境条件外，不允许对被试产品附加其它的环境应力干扰。如电动振动台检定规程中 所限定的台面漏磁，加速度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环境试验条件的唯一性而制定的检定项目。 (5)试验设备的安全可靠性 。 环境试验，特别是可靠性试验，试验周期长，试验的对象有时是价值很高的军工产品，试验过程中，试验人员经常要在现场周围进行操
7、作或测试工作，因此要求环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点，以确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、告警措施及安全联锁装置应该完善可靠，以保证试验人员、被试产品和试验设备本身的安全可靠 性。 3 可靠性加速实验除了温度、湿度、振动还有哪些实验？如何制定加速试验？ 答： (1)目前常用的加速寿命试验方法分为以下三种 : （ a）恒定应力加速寿命试验 :该试验方法是将试样分为几组，每组在固定的应力水平下进行寿命试验，各应力水平都高于正常工作条件下的应力水平，试验做到各组样品均有一定数量的产品发生失效为止。 广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.aut
8、otest- （ b）步进应力加速寿命试验 :该试验方法是预先确定一组应力水平，各应力水平之间有一定的差距，从低水平开始试验，一段时间后，增加至高一级应力水平，如此逐级递增，直到试样出现一定的失效数量或者到了应力水平的极 限停止试验。 （ c）序进应力加速寿命试验 :该试验方法是将试样从低应力开始试验，应力水平水试验时间等速升高，直到一定数量的失效发生或者到了应力水平的极限为止。 上述三种加速寿命试验方法，以恒定应力加速寿命试验最为成熟。 尽管这种试 验所需时间不是最短，但比一般的寿命试验的试验时间还是缩短了不少，因此它还是经常被采用的试验方法。后面两种试验方法对设备都有比较高的要求，试验成本
9、比较高，因此目前开展的比较少。 (2)高加速寿命试验 高加速寿命试验（ HALT）是目前比较先进成熟的寿命试验方法，属于步进应力加速寿命试验，具 体含义是指在产品设计和制造工艺设计过程中，在加速测试环境下对产品施加所有可能达到的应力以期找到设计和制造工艺中的薄弱环节，并针对每一个薄弱环节提供改进设计和制造工艺的机会，从而达到缩短设计周期、提高可靠性和降低成本的目的。 可施加的应力包括振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。 典型的 HALT 试程包括以下几个过程： 1) 低温步进应力试验 ； 2) 高温步进应力试验； 3) 快速热循环试验； 4) 振动步进应力试验 ；
10、5) 综合 应力试验 。 概括来讲， HALT 是一种发现缺陷的工序 ,它通过设置逐级递增的环境应力，来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点，然后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进，从而达到提升产品可靠性的目的，其最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力，从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。 广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.autotest- (3)加速寿命试验的制定 第一步 建模 其中， Ea 为激活能（ eV），根据产品的特性， Ea 取为 0.6eV， k为玻尔兹曼常数且 k=8.6 10-5eV/K， T 为绝对温度、 R
11、H 为相对湿度（单位 ），一般情况下 n 取为 2。室温取为 23、 75%RH。 AF=(0.85/0.75)2)*exp(0.6/(8.6*10(-5)*(1/300)-(1/337) 第二步 计算加速因子 假设室温测试条件以参比温度 23、相对湿度 75计；假设不影响 整体性能并保证 鼠标 正常工作的工作极限温度湿度范围内，将加速条件设定为工作极限范围的上限值，即高温 60和 70，在相对湿度为 95和 85情况下，根据上式计算出的加速因子分别为： 环境条件 加速因子 60 85 85% 16.5AF 60 95 95% 20.6AF 70 85 85% 29.7AF 70 95 95%
12、 35.5AF 若允许 1 次失效，在 95的置信度下，测试因子 220 . 5 * ( 1 , 2 ( 1 ) ) 0 . 5 * ( 0 . 0 5 , 4 ) 4 . 7 4Ar 因此要求和室温下测试时间为 广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.autotest- 4 . 7 4 * 2 * 3 6 5 * 2 4 8 . 3 0 4 5 e + 0 0 4T h h 第三步 方案 常温和高温高湿条件下，在 95的置信度下，验证 2 年可靠性指标对应的测试时间如下 表所示。 环境条件 测试时间 (台时 ) 20 台样机对应时间 (h) 23 ,75%RH 8.3045e+00
13、4 4152.3 60 ,85%RH 5.0330e+003 251.65 60 ,95%RH 4.0313e+003 201.565 70 ,85%RH 2.7961e+003 139.805 70 ,95%RH 2.3393e+003 116.965 说明 此方案基于不影响产品整体性能和工作极限假定为 60 和70 ，湿度较高的情况下制定的方案，如果产品工作极限比较低，应重新找到工作极限重 新计算。 快速找到工作极限的方法建议采用可靠性强化试验。 4 可靠性试验条件及判定方法 答：不同的对象有不同的条件。如 二极管高可靠性实验项目 。 二极管高可靠性实验项目 HIGH RELIABILIT
14、Y EXPERIMENT LIST 序号 实验项目 实验方法 实验条件 参考文献 NO. Experiment item Experiment Conditions Experiment Manner Peference 1 可焊性 230 5 5 秒 (sec) MIL-STD-202E METHOD-208 2 引线拉力 1KG in axial lead direction 10 秒 (sea) MIL-STD-750B METHOD-2036 3 引线抗疲劳 0.5KG weight applied to ech lead bending are905 3 次 (times) MIL-
15、STD-750B METHOD-2036 4 工作寿命 Rated average rectifier currentTA=25 1000 小时 (hours) MIL-STD-750B METHOD-1027 5 高温反偏 VR=80% rated VR TA=100 1000 小时 (hours) MIL-STD-750B METHOD-1026 6 间歇工作寿命 On for5min TJ=125 -175 With rated lR power 1000 周期 (cycle) MIL-STD-750B 广州广电计量检测股份有限公司 http:/www.autotest- Off for 5min TJ=TA+15 With cool forced air METHOD-1036 7 正向浪涌电流 8.3ms single halfsine-wave superimposed on rated load 1 个脉冲 (surge) MIL-STD-750B METHOD-4066-2 8 高温贮存寿命 TA=150 1000 小时 (hours) MIL-STD-750B METHOD1031 9 耐潮湿 TA=65 ,RH=98% 10
