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1、加速试验北京运通恒达科技有限公司2005年1月主要内容n加速试验概述n定性加速试验n定量加速试验加速试验概述n加速试验的背景和发展n加速试验的概念n加速试验的分类n加速试验使用的应力类型n加速试验使用的试验设备加速试验的背景 随着科技的发展，对产品的质量要求越来越高。因此为了提高产品的可靠性水平，传统的可靠性方法已经不能满足要求。加速试验技术正是这样应运而生。它不仅缩短了产品研制时间，节省了成本，并且也因此提高了公司产品的竞争力。加速试验的发展70年代n加速试验的最初思路是从元器件的老化(老炼)试验而来。 n筛选的目的是激发、排除缺陷，故所施加的应力不必模拟真实环境，只要激发的效率越高越好n自
2、从Nelson与70年代末提出了累积损伤的原则以来，加速寿命试验(Accelerated Life Testing)得到了蓬勃的发展加速试验的发展80年代nGregg. K. Hobbs博士经多年对环境应力筛选的研究提出了高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Testing) 和高加速应力筛选(Highly Accelerated Stress Screening)加速试验的发展90年代n美国波音公司首次提出可靠性强化试验（RET-Reliability Enhancement Testing） 加速试验的概念 加速试验产品在比正常工作环境应力下更加严酷的环境应力下进
3、行试验。与传统的模拟正常工作环境的可靠性试验相比，是一种激发性试验。加速试验分类 按照试验最终结果是否给出可靠性指标，加速试验分为n定性加速试验 n定量加速试验 ALT定性加速试验HALTnHALT高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Testing) 。使用阶跃式应力使得产品承受不同的应力以此来发现产品的设计限的一种过程。HALT意在于发现产品的应力限以及确认产品的薄弱地方。这种信息的使用有助于产品的再设计。 与之类似的还有：AST (Accelerated Stress Testing，加速应力试验) 、RET(Reliability Enhancement Te
4、sting，可靠性强化试验) 、STRIFE(应力+寿命) 。从实质上来说，它们都是在加大的应力水平下加速暴露产品缺陷，从而提高产品可靠性水平的一种试验方法，只是名称叫法不一样。定性加速试验 HASSnHASS高加速应力筛选(Highly Accelerated Stress Screening)。是一种在产品制造过程中使用的筛选试验方法。它可以防止有缺陷的产品交付到客户手中。定性加速试验 HASAnHASA高加速应力抽检筛选(Highly Accelerated Stress Audit).是一种在产品批生产阶段使用抽样理论的筛选试验方法。它可以防止有缺陷的产品交付到客户手中。定量加速试验
5、ALTnALT加速寿命试验(Accelerated Life Testing).加速试验试验使用的应力类型 经统计，对产品可靠性产生影响的环境应力主要是温度和振动应力。据统计引起产品故障的环境因素中，温度占50%左右，振动占20%左右。加速试验使用的设备n温度箱 液氮制冷 快速温变率，产品上温变率可达60/min 温度运行范围-100+200n振动台 气锤振动台 六自由度（三个线加速度三个角加速度） 宽带振动（5Hz10000Hz）气锤振动台六自由度定性加速试验主要内容nHALTnHASSnHASAHALT目的：n快速发现设计和生产中的局限性/缺陷n寻找和提高产品设计裕度n充分提高产品可靠性n
6、评价产品持续改进的有效性n为HASS/HASA/ALT提供试验参数HALT实施步骤:n夹具设计n辅助测试设备开发n确认产品功能n执行HALT (确定健壮度)n失效分析n实施纠正措施(Corrective Action，CA)n重复HALT (确认CA)nHALT报告HALT试验夹具 夹具是用来为试件和振动台提供机械连接的一种装置。HALT试验夹具须满足：n重量尽量轻,以减少振动台负载; n在结构上要有很好的刚性; n在振动中不会产生共振; n具有良好的振动传递特性,不过量衰减振动台的振动,不过滤各频率成分的振动能量,并且保证夹具上各试件的各个部分在各个方向上获得的振动量级一致; n要求各试件之
7、间保持良好的气体流通,以保证在温度环境应力试验中,各部分的温度变化同一,和温箱的温度尽量保持一致。 加速度自功率控制谱HALT试验夹具辅助测试设备开发n针对于不同的产品，根据其功能参数设计不同的测试设备。执行HALT进行HALT试验HALT样本容量n样本容量n的计算如下式其中： P(d)是某一故障可能被检测到的概率 p是故障概率或者是任何有故障单元的概率 HALT样本容量n比如，某故障发生概率是7%，如果被检测到的概率是90%，那么根据公式就可以得到： 即HALT试验需要32个试验样本。应力极限n技术规范Technology Specificationn工作上限upper operating
8、limitn工作下限lower operating limitn破坏上限upper destruct limitn破坏下限lower destruct limit应力裕度应力干涉HALT一种采用步进应力的试验方法步进应力示意图应力施加顺序n温度步进应力 低温步进 高温步进 快速温变n振动步进应力n综合环境应力热分布测试n试验前对产品的热分布进行测试。此过程在室温下进行（不是在试验箱），测试过程中必须安装上所有结构面板。测试监控所有主要器件的温度，产品运行至少2小时后，记录环境温度和各器件的壳温。 温度步进应力低温步进 低温步进应力试验在某一接近室温的温度条件下进行，通常取+20+30。 温度步
9、进应力低温步进n步长通常为10，但是某些时候也可以增加到20或减小到5。建议在低温工作极限前步长设定为10，低温工作极限后步长调整为5，视产品具体情况而定。建议试验应力到达产品工作极限之后，适当减小步长继续试验至破坏极限。 温度步进应力低温步进(例子) 测试从20开始，步进步长为-10，温变率40/min。每个温度台阶保持10分钟并完成功能测试。每个温度台阶结束后，进行5次上下电测试，测试每次上下电后功能是否可以完全恢复。试验一直持续到发现被测产品的工作极限和破坏极限。如果温度降至某一预定温度还没有发现破坏极限，则可以停止试验。 温度步进应力高温步进n高温步进应力试验在某一接近室温的温度条件下
10、进行，通常取+20+40。 温度步进应力高温步进n步长通常为10，但是某些时候也可以增加到20或减小到5。建议在高工作极限前步长设定为10，高温工作极限后步长调整为5，视产品具体情况而定。建议试验应力到达产品工作极限之后，适当减小步长继续试验至破坏极限。 温度步进应力高温步进(例子) 测试从30开始，步进应力步长为10，温变率40/min。每个温度台阶保持10分钟并完成功能测试。每个温度台阶结束后，进行5次上下电测试，测试每次上下电后功能是否可以完全恢复。试验一直持续到发现被测产品的工作极限和破坏极限。如果温度升至100还没有发现破坏极限，则可以停止试验。 温度步进应力温度步进应力温度循环n通
11、常温度循环的上、下限以不超过产品破坏极限的80%为佳。n在通常情况下，试件在上下限温度保持时间以1020分钟为宜。 n强化试验中的温度变化率一般在15/min到60/min之间。这一速率是指试验箱内温度变化的平均速度。n为了节约试验费用，每次试验的循环次数一般不超过6次。温度步进应力温度循环(例子)n温度循环的高/低温值选择温度步进应力试验中得到的工作极限的80%，循环5次，温度变化率40/min。每个温度台阶保持5分钟并完成功能测试。每个温度台阶结束后，进行1次上下电测试，测试每次上下电后功能是否可以完全恢复。 温度步进应力温度循环温度步进应力注意事项n在温度循环时，应该采用温度变化至少10
12、0（比如-30至70）、高温变率（每分钟20-40）的试验，以给产品提供所需要的温度应力（或是热冲击），这应该作为一个重要的规则。n增加受试产品的温变率，筛选强度也会增大 n温度循环建议最好运行20个循环以上。 振动步进应力n气锤台振动步进应力试验的初始值应为3Grm到5Grm，具体选择应该根据不同试件决定，一般从5Grm开始试验。 振动步进应力n每个振动水平的停留时间包括产品振动稳定后的驻留时间以及功能和性能检测时间。振动稳定后驻留时间一般为510分钟，功能和性能检测应该在振动稳定后进行，所需时间视具体产品而定。n气锤台振动步进应力步长一般为3Grm到5Grm，一般不超过10Grm。 振动步
13、进应力振动步进应力例子n振动步进应力试验前，使用加速度传感器监测产品的振动响应。试验在环境温度下进行。起始振动为5Grms，步进应力步长为5Grms。每个振动台阶保持10分钟并完成功能测试。每个振动台阶结束后，进行5次上下电测试，测试每次上下电后功能是否可以完全恢复。试验一直持续到发现被测产品的工作极限和破坏极限，如果振动设置到40Grms还没有发现破坏极限，则可以停止试验。 振动步进应力注意事项n当振动应力到较高量级（20g以后），在每一步结束后返回到“微振动”（5Grm3Grm）以检测在较高振动水平时发生的可能故障 综合环境步进应力温度n通常温度循环的上、下限以不超过产品破坏极限的80%为
14、佳。n在通常情况下，试件在上下限温度保持时间以1020分钟为宜。 n强化试验中的温度变化率一般在15/min到60/min之间。这一速率是指试验箱内温度变化的平均速度。n为了节约试验费用，每次试验的循环次数一般不超过6次。 综合环境步进应力振动n根据已完成试验获得的振动应力破坏极限值和设定的循环次数确定步长。假如在振动应力步进试验中，产品在35Grms时发生了不可修复的故障，并且设定的温度循环次数是5，那么最初的试验循环应该以7Grms水平开始。每一个循环之后，应该以振动水平为7Grms的步长增加，则具体的剖面参数为：循环1量级为7Grms，循环2量级为14Grms；循环3量级为21Grms；
15、循环4量级为28Grms；循环5量级为35Grms。 综合环境步进应力综合环境步进应力例子n试验中，高/低温值选择温度步进应力试验中得到的工作极限的80%，振动应力为振动步进应力试验中得到的工作极限的50%，试验进行5个高低温循环。每个温度台阶停留时间为10分钟并完成功能测试。每个温度台阶结束后，进行5次上下电测试，测试每次上下电后功能是否可以完全恢复。试验温度变化率40/min。最后一个周期振动应力减少为5Grms。 综合环境步进应力n除非产品事先已加固，否则对于大部分民用产品的破坏极限来说，温度一般在-70到125之间，振动频率在20Hz到3000Hz之间，随机振动量值在15到20g RM
16、S之间。对大部分的工业产品或航空产品来说，温度在-100到150之间，振动在20到30g RMS之间。 应力效果比较HALT回顾HASS 目的：将有缺陷和无缺陷的产品区分开来，以保证不让有制造缺陷的产品流入市场或投入使用。HASS n要有效实施HASS筛选过程，彻底清除产品的早期故障，应该在能够产生加工缺陷的元器件级、模块级、单元级和系统级按照从低到高的层次进行HASS 筛选，才能保证整个产品的可靠性。 HASS步骤n夹具设计n测试设备n确认初步HASS剖面n实施HASSnHASS 筛选方案的调整和重新验证 HASS夹具n保证同时容纳多个产品参加试验，满足产品批量生产的要求。n保证在夹具各个位置的试件获得的振动量值相差很小，将试验台传递到试件的振动能量最大，在试验过程中不发生共振,n夹具尽可能的简单，不需要在设计和制造夹具过程中花费过多的资金。n耐用、可重复使用等。 HASS夹具n夹具设计和制造完成后，要进行夹具使用效果的验证 HASS运行剖面参数选择n温度循环的上下限温度一般取工作极限温度范围的80%；极限温度滞留时间一般取决于试件温度达到平衡所需要的时间和测试试件工作状态所需要的时
