环境加速试验相关学习总结

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1、环境加速试验相关学习总结电子可靠性的基础和意义什么是可靠性： 可靠性是产品的一种内在属性。它表征产品保持其性能指标的能力。不同产品 按其用途都有各自的性能指标。如电冰箱有容积、降温、耗能等性能指标; 电视 机有图象和音质选择性、灵敏度等性能指标 尽管性能指标千差万别,但人们 在使用它们时总有一个共同的要求, 希望它们经久耐用。甚至像火柴、炸药等一 次使用的产品, 人们也希望它们可存放一定时间, 随时能提供使用、完成任务。可 靠性正是反映人们对不同产品的这种共同要求。它与时间紧密相关, 即可靠性是 产品在给定时间内、在预期的使用中能正常工作的能力。近些年来,可靠性指标 已成为饰多产品的重要技术指

2、标之一。电子可靠性的来源：电子可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科。产生于国防高科技领域，最早在美国 国防工业中萌芽、发展、成熟，并迅速向美国民用产品的电子、通讯、信息技术等领域滲透 并以美国为中心的可靠性系统工程技术被英、法、德、日等先进资本主义国家所应用，而获 得成功。据统计，可靠性系统工程在资本主义国家的成功应用，给其工业社会带来了无法估 计的社会财富。可靠性学科的诞生：50 年代，当时美国的武器装备，从美国本土运往朝鲜战场，交付 部队使用时，发现大批武器系统故障。其中电子设备在开箱检测时，有一半不能使用。它 们不是在战争中受到了破坏，而是在运输过程中就产生了故障。当时，部队将领们把这

3、些 产品故障推到了产品制造商那边，认为产品是不合格的。而供应商却以产品出厂检验有军 方代表验收为理由推辞。军方和承制方发生激烈的争吵，为了解决问题，美国国防部成立 了专门的研究小组，来解决装备的故障问题。这个小组的名字是 AGREEAdvisory Groupon Reliability of Electronic Equipment。（美国国防部电子设备可靠性咨询小组）。AGREE工作 小组进行了许多年的研究工作。其间使用了故障分类技术、统计学、化学、物理学、环境 科学和失效分析技术。由各个学科的科学家和技术专家组成的小组，经过艰辛的努力，终 于获得了突破性的成果。研究成果如下。A、电子元器

4、件具有失效率。失效率与制造元器件的材料有关、工艺有关、使用环 境有关。B、武器装备与元器件的失效率相似。而且在设计制造过程中可探求。AGREE 报告是后来可靠性研究发展的理论基础。我们可以从中看出，其中凝结着无数专家、 科学家的艰辛劳动。该学科的诞生，把美国后来武器系统和航空航天产品中的故障降到了最 低点可靠性设计的基本内容：1. 应用专门的可靠性设计技术实施专题的可靠性设计2. 确定总体方案：1）、明确设计产品的功能和性能要求；（ 2）、了解产品在其整个寿命期内将要遇到的环境条件；（ 3）、确定产品可靠性的定性和定量指标；4） 、调查相似老产品的现场使用情况；（5） 、拟定为实现可靠性指标应

5、采取的相应措施；（6） 、进行总体方案论证。3. 应用专门的可靠性评价分析技术对产品的可靠性进行定性和定量评价分析。电子可靠性的意义:可靠性设计在可靠性工程技术中占有重要地位，产品的可靠性定量指标在设计过程中就 得到了落实，为产品的固有可靠性奠定了基础。运用可靠性分配理论，把可靠性指标从系统 整机到部件级、元器件级逐级分配，从而使整机的可靠性得到了保证。反之，一个忽略可靠 性设计的产品，必然“先天不足，后患无穷”，在使用过程中大部分会暴露出一系列不可靠 的问题。据统计，由于设计不当，而影响产品可靠性的程度占各种不可靠因素的首位。所以 我们一定要扭转只搞性能指标设计，忽视可靠性设计的倾向，在产品

6、研发、设计阶段，认真 开展可靠性设计，为产品固有可靠性奠定基础。现代系统设计思想中逐渐容入了可靠性设计的思想。产品或系统的设计不再是单独追求 性能和功能，产品可靠性也成为产品设计中非常重要的一部分。下面是现代系统设计和传统 设计思想的比较。在当今IT技术高速发展的时代，由过去传统设计思想向现代系统设计思 想的转变是非常重要的。面我们可以看一下现代和传统设计思想的不同：现优泵统设讣出患传统阻汁思忠产品定也市场牵引用户需求匚和师利领导的倉见率貌粽件方式开蛤就进行至统（产品）性能車观性能、翹观索藐综件匚作竜投入研制初期投入辕务研制后期投入较少，所离总报入较少研制初期投入较少、研制石期段A牲 塞，所需

7、总投入较爭更改次数研制初期更业较埶研制后郭更改较少.更改代价较少研制初期更淮较少研制后期更凶较 多，会出现局部甚至全局重新设计 更改代析较人a设计H标及海足用户需求.丽逼好”可靠怦為陽足輪收标准.翻最可靠柱波功较大匚作狀态主动寻找故障r预防故障览生被动瞽待，解抉旌廊问题经济社会熾益低成本、高质駅、适箭时路很难全部滿足用户瞻求，可能会产牛一 合搐的&废品通过分析可见，产品设计早期，就应把可靠性工作考虑进去。特别是可靠性设计应及早参与到产品设计中去，这也是转变产品设计观念，有效提高产品可靠性的重要举措加速环境试验一加速环境试验简介：这是一项新兴的可靠性试验技术。该技术突破传统的环境与可靠性试验 技

8、术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间， 提高试验效率，降低试验损耗。加速环境试验技术领域的研究与应用推广对 可靠性工程的发展具有重要的现实意义。传统的环境试验是基于真实环境模 拟的试验方法，称为环境模拟试验。这种试验方法的特点是：模拟真实环境 加上设计裕度，确保试验过关。其缺陷在于试验的效率不高，并且试验的资 源耗费巨大。加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行 可靠性试验。加速环境试验的加速水平通常用加速因子来表示。加速因子定 义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。施加的应力 可以是温度、振动、压力和湿度(即所谓“四综合”)及其它应力

9、应力的组合 亦是有些场合更为有效的激发方式。高温变率的温度循环和宽带随机振动是 公认最有效的激发应力形式。二加速环境试验的分类及试验方法简介加速环境试验有2种基本类型：加速寿命试验(ALT)、可靠性强化试验 ( RET)。可靠性强化试验(RET)用以暴露与产品设计有关的早期失效故障，同时， 也用于确定产品在有效寿命期内抗随机故障的强度。加速寿命试验的目的是找出产品是如何发生、何时发生、为何发生磨耗 失效的。1. 加速寿命试验 ALT加速寿命试验 ALT 是在相对较短的时间内(通常几周或几月)通过加速使用环境确定产品可靠性的过程。加速寿命试验也适用于揭示产品主要的失效机理。该试验通常在组件上进行

10、，而不是在整个系统上进行。当产品存在耗损时，经常使用加速寿命试验。基本上，加速寿命试验是 在物理与时间上，加速产品的劣化肇因，以较短的时间试验，并据以推 定产品在正常使用状态的寿命或失效率。加速寿命试验的基本条件是不 能破坏原有特性，要尽量选择失效机构不变化的试验条件，或失效机构 容易单纯化的试验条件，使加速寿命试验结果之适用范围明确化。加速 寿命试验按照其实施的方法可分为应力加速、时间加速及分析加速三大 类型：(1) 应力加速寿命试验：该方法通过加重工作应力或环境应力，短 时间内造成强制劣化效果的加速寿命试验方法，所施加之应力通常大小 一定。但亦有随时间变化的步进应力(Step Stress

11、)试验法。(2) 时间加速寿命试验(亦称反复加速寿命试验)：该方法通过增加产 品操作之反复次数或形成连续动作，以造成加速效应的方法。(3) 分析加速寿命试验：该方法通过应用劣化观测及数据分析分析技 巧，加速判定失效率或寿命状况。2. 可靠性强化试验 RET可靠性强化试验 RET 是一项新兴的技术，上世纪90年代初发源于美 国。国外可靠性的有关研究人员在 8O 年代初就注意到由于设计潜在缺陷 的残留量较大，给可靠性的提高提供了可观的空间。传统可靠性试验为 环境模拟试验，其特点是尽可能地模拟产品的典型真实环境，再加上设 计裕度来确保产品可靠性。与传统可靠性试验的思路相反。可靠性强化 试验是一种激发

12、试验，它是通过人为施加高试验应力，加速激发产品潜 在缺陷来达到提高可靠性的目的。 RET 的目的是要引起失效，因此它是 破坏性试验，试样数量尽可能少。进行RET的理想时间是在设计周期的 末期，此时设计、材料、元器件和工艺等都准备就绪，而生产尚未开始。 通常RET的做法是施加预定的环境应力和工作应力(单独加、顺序加或同 时加)，从小量级开始，然后逐步增加直到出现以下 3 种情况：(1) 全部试样失效，(2) 应力值大大超出服役期望值，按试验目的进行分类三加速环境试验的基本原理 疲劳失效是机械和结构零件常见的失效形式，据调查约占机构失效的 80%左 右。随机振动和温度循环所激发的失效也以疲劳失效为

13、主。因此这里以疲劳失效 为例来说明加速环境试验的基本原理。疲劳失效加速的理论依据是 Miner 的疲劳累积损伤理论:材料在变化的外载 荷作用下，其内部的微缺陷和空穴不断地产生与发展，从宏观上表现为材料损伤 的累积，当材料的损伤累积达到临界值时则产生失效。 Miner 准则的破坏因子 D 定义为D= na p其中n是循环应力事件数，a是机械应力，p是疲劳试验确定的材料常数 (P 1)。式(1)显示，疲劳失效加速水平可以通过提高应力加载率和应力量级来提高。由于D与a成p次幂关系，当应力水平为服役环境的是g倍时，试验的加速 因子为g p，因此可以大大提高试验效率。此外,产品缺陷引起的应力集中因子可达

14、23,使缺陷产品在试验中承受的 应力达到正常产品的23倍,试验疲劳寿命比正常产品小3个数量级以上，从 而保证试验应力环境不对正常产品造成显著的寿命消耗。四环境加速实验具体实验方法 这里以温度应力加速实验为例介绍加速环境实验的方法 温度循环在温度循环过程中 , 高热应力和热疲劳交互作用在产品上 , 影响着 产品的机械、物理化学和电气性能。在机械方面 , 由于产品由不 同的材料组成 , 材料膨胀系数的差异产生机械应力 , 在承受高低温双向变化的热应力时,应力差变化在结合部产生有效作用 , 使 缺陷暴露; 在物理化学方面,产品中的橡胶和有机塑料等材料在 低温时变硬发脆,高温时软化松弛,超出使用温度范

15、围时,其机械 性能和抗减振特性均会发生变化 ,导致产品失效; 在电气性能方 面,高温能够导致电路发生温漂 ,增大电路发热量,加速绝缘体的 老化甚至热击穿 ,影响半导体器件如三极管的放大倍数和穿透电 , 从而造成产品失效。温度循环透发的故障模式主要有以下几种 : 1）参数漂移与电路稳定性 ; 2） 电路板开路、短路、分层等缺 陷;3）电路板腐蚀 ;4）电路板裂纹、表面和过孔缺陷 ;5） 元器件 缺陷; 6）元器件松动、装配不当或错装 ; 7）结击穿 ; 8）开焊、 冷焊、焊料不足或没有等焊接缺陷 ; 9）连线伸张或松脱以及电 线掉头、连接不好等 ; 10）接触不良; 11）粘结不牢; 12）紧固件 缺陷;13）脆性断裂;14）电迁移;15）热匹配;16）浪涌电流;17） 金 属化; 18）密封失效; 等等试验方法：恒定应力加速试验 具体方案：将一定数量的样品分为 3组，每组固定在一定的温度应力水平下 进行寿命试验（其它条件相同且适宜），各组的温度应力水平均 高于正常条件下的温度应力，实验到各组样品均有一定数量的产 品失效为止，并记录实验开始到结束的时间，绘制时间-温度应 力曲线。