第6-2可靠性试验实例剖析

6.7.1振动试验6.7.2冲击试验6.7.3跌落试验6.7.4碰撞试验6.7.5模拟运输试验6.7.6外壳防护要求及试验6.7.7盐雾试验试验6.7.8环境温湿度试验6.7.9低气压试验6.7.10高加速寿命实验（HALT）典型的可靠性实验6.7.1振动试验产品在运输或使用过程中，不可避免会遭遇振动情形•测试目的-测试产品耐使用及运输环境振动应力之能力测试产品因为制程不良缺陷、作为设计与改善振动试验类型：正弦振动、随机振动导致：导线的磨损紧固件/器件的松动断续的电气接触光学上或机械上失调结构裂纹或断裂Sinevibration

频率范围(FrequencyRange)：单位为Hz。

扫描速率(Sweeprate):单位为Octave/min

加速度(Acceleration)：单位为G或m/s²,1G=9.81m/s²

测试时间或次数(Testtime/Cycle/sweep)

振幅单位(Displacement)：单位为mm或inch。测试轴向(Axis):X、Y、Z

Randomvibration

频率范围(FrequencyRange)：单位为Hz。功率频谱密度P.S.D(g2/Hz):功率频谱密度代表需要组成的复频波中，各频率所提供的功率成分。测试时间：执行测试所需时间，单位为min或hour。加速度实效值：Grms

测试轴向(Axis):X、Y、Z

振动试验参数振动试验设备正弦振动是用一个加速度和一个频率来表达的。从发动机转速、螺旋桨和涡轮叶片的扫过频率、浆片的扫过和他们的谐波都会产生激励，这样的环境最好用正弦试验表示。正弦振动试验类型：1.正弦扫描频率振动2.正弦定频振动3.正弦搜寻4.共振驻留正弦振动●在实际的运用上,对数速率较常被应用.

-振动测试最主要目的是让被测试物零件疲劳.-我们希望的测试是让待测物在每个频率上获得相同次数的振动(疲劳).-因此愈高频所需的测试时间愈短,扫描速率可以愈快.-对数扫描正好符合.正弦扫描频率测试共振搜寻(ResonanceResearch)共振搜寻以较低的振动能、由低频到高频以固定能量强度及连续的频率、适度的扫描速率进行测试。用以激发试件的振动模式，找出结构或零组件的共振频率及共振倍率。通常共振搜寻需先将搜寻频率范围适度加宽，更确实掌握实际发生的环境变异及试件因疲劳老化产生安全度萎缩或损坏。Input1Input2共振搜寻测试共振搜寻测试谱线共振搜寻谱线

10~500Hz

加速度1g

1Oct/min振幅值0.15mm，频率范围为10-55-10Hz，持续时间30分钟，1倍频程/分钟例：BS100产品正弦扫频振动测试定义：简单来说随机振动波即为相同时间内，不同频率合成的结果(复频波)。基本参数如下：A、频率范围：振动的频率产生的范围。B、功率频谱密度(PowerSpectrumDensity缩写PSD)单位为g2/HzC、测试时间：执行测试所需时间，单位为min或hr随机振动随机振动－高斯分布对随机振动而言:●因为对于每一个现象皆为独立的,因此无法使用明确的数学定义●随机讯号具有不重复性.●在假设系统为线性系统之下,大量的随机讯号会依照高斯机率密度(Gaussianprobabilitydensity)分布功率频谱密度在随机振动测试中，PSD(powerspectraldensity)功率频谱密度的单位为：g2/Hz。它表示作随机振动时，单位时间内功率所集中的程度。它定义了信号或者时间序列的功率如何随频率分布。PSDg2/Hz

575

200

2000FrequencyHz0.2-6dB/Oct3dB/OctP1P2P1=P2F1F2dB/3EX:F1=5Hz;F2=75HzP2=0.2g2/HzS=3dB/OctP1=0.25753/3=0.0133g2/HzP3P3=0.002g2/Hz随机振动PSD计算公式说明功率谱密度函数通常有2种定义方法。

1、相关函数的傅立叶变换；

2、求得样本的频谱，然后求其平方后的时间平均；随机振动各个频率上的能量值，及随机振动加速度总均方根值＝S:功率谱密度曲线与f轴所包围的面积，通过积分可求公式法:复杂,但是准确最佳方法:让控制器软件自动计算TotalHz

PSD均方根值如何求出均方根值(grms)?在直线部分采用面积法:计算涵盖面积下的大小后开根号(会有误差)在斜线部分，稍为比较困难，则通过积分可求。●注意：对有些产品的器件在上述条件下，不足以激发潜在缺陷成为故障，可适当地提高振动量级和延长振动时间。典型的随机振动测试剖面图PSDg2/Hz

20

80

350

2000FrequencyHz0.04-3dB/Oct3dB/Oct

GJB1032对随机振动的定义：

PSD(功率频谱密度)：0.04g2/Hz

频谱范围：10-2000Hz

时间：不超过20min试验目的：冲击试验主要以仿真装备及组件在使用与运输过程中，可能遭遇的冲击效应为主，了解其机械结构弱点及特定功能之退化情形，并透过冲击波于瞬间瞬时能量交换，评估失效的特性分析产品承受外界冲击环境之能力，作为设计改善的參考。应用范围：于实验室内常用单行波(半正弦波/锯齿波)等模拟遭受的冲击破坏、与应用响应频普來仿真产品于实际环境破坏效应。6.7.2.机械冲击试验在运输、碰撞、跌落等过程中，产品会遇到不同程度的机械冲击。2.与一般的振动试验比较,冲击测试为可数的.(冲击次数)。3.以往的冲击测试依赖机械测试设备,目前的冲击测试已经可以在电磁式振动机上测试。但是机械式冲击和在电磁式振动台上的试验还是有非常大的差异。

冲击试验的特点物体受到向下的力开始自由落体式运动，落在一弹性或塑性体(波形发生器)上实现动能到变形能的转化后，然后台面反弹向上运动，速度渐增，反向加速度减小直到两者分离。4.冲击测试与跌落试验并不相同：

-冲击试验为待测物受到连续的撞击。

-跌落试验为待测物受到一次g值的撞击。5.冲击测试与碰撞试验的差异：

-冲击是物体同研究对象间的单次相互作用非经常性，非重复性的冲击力，其加速度较大，时间短。

-碰撞：次数多，重复性，g较小，时间长。冲击试验条件参数冲击波形(ShockWave)冲击加速度

g(Acceleration)冲击波作动时间

ms(Duration)冲击波速度变化率ΔV(VelocityChange,m/s)冲击轴向(Axis)冲击次数(Times/Cycle)冲击试验的种类Shock1.半正弦波(HalfSine)2.方波(Square)3.锯齿波(Saw

tooth)Bump/Impact1.传统Bump(机械式,气锤式)2.振动模拟机Drop冲击试验设备AppleIntelMindray20g,11msSquarewave1shock/z-axis50g,11msSquarewave3shocks/axis5/10/15g,6/11msHalfsinewave3shocks/axis不同厂商的冲击测试条件附:三种冲击波形测试时,其速度变化量(△Velocity)加速度峰值(Acceleration)和作用时间(Durationtime)之间的关系:半正弦波:△V=2ADx10-3/

后峰锯齿波:△V=0.5ADx10-3梯形波(方波):△V=0.9ADx10-350g

11ms一般多使用短波的作动时间,由于波长较短,对于待测物外观上的影响较为明显,一般跌落多属半弦波.半正弦波(Halfsine)30g15ms方波Square/Trapezoid一般多使用于长波(>11ms)的作动时间,由于波形是由无限多的半波所组成,较能引起结构上的共振,相对的对结构影响也较大,一般撞击能够储蓄能量的物体所产生如汽压缸、弹簧等锯齿波

Saw

tooth40

g10ms介于前两者之间,一般像是撞击弹性系数较差的物品,也就是变形后较不恢复原状的物体,如铅块,纸箱折角…等.冲击波形：半正弦波冲击时间：9ms冲击加速度：60g冲击频率：3次/轴向（Total:总共冲击18次）包装冲击试验超声产品2108的冲击测试测试条件：100g、6ms、半正弦跌落试验定义:将包装产品按规定的高度和一定的方向跌落于坚硬,平整的水平面上,通过检查货物的跌落效果,测定所包装的物品损坏程度,以此评定纸箱承受垂直冲击的能力和纸箱对内装物品的保护能力.6.7.3跌落试验XYTestsample1.0～1.3m135246包装接缝处1包装箱接缝端之最脆弱角；2-3-5角角2相邻测试角之最短边棱3相邻测试角之次长边棱4相邻测试角之最长边棱5相邻测试角之最小面面6相对最小面面7相邻测试角之次小面面8相对次小面面9相邻测试角之最大面面10相对最大面面ISTA

国际安全运输协会跌落方式及顺序要求跌落测试试验条件需求落下高度

(DropHeight)各端面定义(DefinitionFace)落下次数

(DropCycle)检查项目(CheckItem)包装跌落试验标准GB/T4857.5-92标准规定的跌落高度ISTA1A/2A标准规定的跌落高度包装件重量（kg）跌落高度(mm)<1080010-2060020-30500EN1789:2000标准中的要求:FreefallaccordingtoIEC60068-2-32,Procedure1Heightoffall:0.75mNumberoffalls:1oneachofthesixsurfaces包装试件重量1A2A0.45kg~9.52kg76.2cm96.5cm9.53kg~18.59kg61.0cm81.3cm18.62kg~27.66kg45.7cm61.0cm27.67kg~45.36kg30.5cm50.8cmECRIPB-296892中sectionAIII6.7.3标准要求H1：NohandleH2:Handle跌落高度82.3cm,工作状态重复3次

钢球释放高度30.5cm,工作状态不同的位置释放3次

针对所有设备

6.7.4.碰撞试验当设备承受在正常使用时可能遇到的碰撞时不得引起危险，设备应当具有足够的机械强度，元器件应当可靠地固定且电气连接应当是牢固的。5g、6ms150次、半正弦非工作状态DR产品的冲击试验波形(由产品标准规定)按照GB/T14710:1993GB/T4857.20-92条款进行相应的碰撞试验，还有其它专标的要求。碰撞试验标准：原理：在选定的路面上，将试验样品装在运输车上，以一定的车速行驶若干次，用来模拟在不同路面上的振动情况。模拟运输试验GB/T14710-93中的试验要求。汽车路面：土路或碎石路行车距离：200km

行车速度；20~40km/h6.7.5.模拟运输试验模拟汽车运输试验台模拟汽车运输试验台是实际跑车试验在实验室的真实再现。模拟运输试验BS100产品的模拟运输试验，实际速度为35Km/h6.7.6.外壳防护要求及试验外壳防护的定义电气设备的外壳防护通常包括1）防止人体接近壳内危险部件；危险部件（hazardouspart）:接近或接触时有危险的部件。可分为危险带电部件和危险机械部件两类。2）防止固体异物进入壳内设备。3）防止由于水进入壳内对设备造成有害影响第一位特征数字防护等级简要说明含义试验用力0无防护－－1防止手背接近危险部件直径50mm的球不得完全进入外壳，并与带电部分保持足够的间隙50±5N2防止手指接近危险部件直径12.5mm，长80mm的绞接试指可进入80mm长，但必须与带电部分保持足够的间隙10±1N3防止工具接近危险部件直径2.5mm的试棒不得进入外壳，并与带电部分保持足够的间隙3±0.3N4防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试验金属线不得进入外壳，并与带电部分保持足够的间隙1±0.1N5防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试验金属线不得进入外壳，并与带电部分保持足够的间隙1±0.1N6防止金属线接近危险部件直径1.0mm的试验金属线不得进入外壳，并与带电部分保持足够的间隙1±0.1N第一位特征数字所代表的对接近危险部件的防护等级第一位特征数字防护等级简要说明试验方法试验用力0无防护-－1防止直径不小于50mm的固体异物没有手柄和护板的直径mm的刚性球不得完全进入壳内50±5N2防止直径不小于12.5mm的固体异物没有手柄和护板的直径mm的刚性球不得完全进入壳内30±3N3防止直径不小于2.5mm的固体异物边缘无毛刺的直径mm的刚性钢棒完全不得进入壳内3±0.3N4防止直径不小于1.0mm的固体异物边缘无毛刺的直径mm的刚性钢线完全不得进入壳内1±0.1N5防尘图示防尘箱，不能完全防止尘埃进入，但进入的灰尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全6尘密图示防尘箱，无灰尘进入第一位特征数字所代表的防止固体异物进入的防护等级第二位特征数字防护等级简要说明含义0无防护－1防止垂直方向滴水垂直方向滴水应无有害影响2防止当外壳在15°范围内倾斜时垂直方向滴水当外壳的各垂直方向在15°范围内倾斜时，垂直滴水应无有害影响3防淋水各垂直面在60°范围内淋水，垂直滴水应无有害影响表示外壳防止由于进水而对设备造成有害响的防护等级第二位特征数字第二位特征数字防护等级简要说明含义4防溅水向外壳各方向溅水无有害影响5防喷水向外壳各方向喷水无有害影响6防强烈喷水向外壳各方向强烈喷水无有害影响7防短时间浸水浸入规定压力的水中经规定时间后外壳进水量不致达有害程度8防持续潜水按生产厂和用户双方同意的条件（应比数字为7严酷）持续潜水后外壳进水量不致达有害程度第二位特征数字（续表）产品类别试验条件监护IPX1/IPX2超声整机IPX0探头腔内探头IPX7其余探头IPX1脚踏开关

(DigiQlo)IPX7(IPX8)DigiQlo显示器外壳IPX1血球IPX0生化IPX0公司产品对防护等级的要求高端6800产品IPX1淋雨测试IPX1测试6.7.7.盐雾试验试验在喷雾箱内,造成一个近似海水成分的水溶液将其喷射成雾状,充满整个箱体,并配合温湿度及气压的控制,强化这些因素﹐进行加速试验,从而快速鉴定材料的耐腐蚀性能.盐雾条件产品的主要失效模式：1.增大磨损、机械强度下降2.电气性能变化6.7.绝缘材料腐蚀4.产生电化腐蚀、结构强度减弱●实验室温度范围:35±2℃●饱和桶温度:47±2℃●内部空间:80*60*20cm●盐水浓度:5%Nacl●PH值:6.5~7.2试验目的评估系统及电子零组件产品之金属材料或其金属镀层、烤漆、涂料之耐盐雾大气的腐蚀能力.盐雾试验目的和条件盐雾试验箱盐雾试验方法中性盐雾试验条件：

5%的氯化钠盐水溶液

PH值范围6.2～7

试验温度35±2℃

要求盐雾的沉降率在1～2ml/80cm².h之间。2.交变盐雾试验条件：测试时间为：中性盐雾2小时，40℃90%湿热22小时，重复3个周期。盐雾测试温度为35±2℃。6.7.8环境温湿度试验将产品暴露于特定的环境中，确定环境对其影响的过程，考察产品对环境的适应性，基本采用极值情况，采用产品在寿命期内可能遇到的最极端的环境条件作为试验条件。●了解环境对产品的影响﹐由实际环境或经试验设备来模拟.●协助设计者有效地了解产品在预定的环境规格下的功能与结构特性﹐并发掘设计时未能预料的缺陷﹐以便更改设计.●产品符合设计需求﹐在设计完成后﹐环境试验可做为质量鉴定之基准﹐可做为接收环境试验用.●绝对湿度

﹕每一单位容积之水气质量﹐亦可由空气温度与相对空气湿度求出.单位﹕千克/立方米●相对湿度

﹕同一温度下实际水气压力与饱和水气压力之比.

单位﹕%RH●露点(d)：含有一定水汽量的空气在一定气压下降低温度，使空气中的水汽达到饱和时的温度称为露点温度。当露点温度与气温相等时，则空气相对湿度就等于

100％。因此用露点温度也可以表示空气中的湿度。●凝露现象：凝露实际上是水分子在样品上吸附的一种现象，但它是在试验温度变化时产生的。样品温度<试验箱内流动空气的露点温度→发生冷凝。样品温度>试验箱内流动空气的露点温度→不发生冷凝。温湿度环境试验基本概念贮存循环试验（重复7次）4贮存循环升温试验30℃～60℃95%2h5贮存循环高温高湿驻留试验60℃95%6h6贮存循环降温试验60℃～30℃>85%8h7贮存循环低温高湿驻留试验30℃95%8h工作试验8高温低湿工作试验40℃15%4h9高温高湿工作试验40℃95%4h10低温工作试验0℃-4h试验名称温度湿度时间贮存试验1低温贮存试验-20℃/24h2高温/低湿贮存试验60℃10%24h3高温/高湿贮存试验60℃95%48h环境温湿度试验类型典型的温度循环试验试验目的：验证硬件及材料在高低温及大气湿度条件下﹐所承受环境变化的能力.●温暖室内与寒冷室外间的移动●因下雨或冷水所致的突然冷却●电源ON及OFF导致零件温度突然上升●冷气或暖气的ON/OFF●飞机的急速上升及下降●制程不良导致焊锡龟裂冷热冲击试验为什么需要高空(低气压)试验?

由于电子产品以航空运输日益平常，高空(低压)模拟试验已逐渐成为标准试验规格;另由于不同产品对气压敏感度不同，亦衍生出低气压试验之需求，例如验证电解电容、电池之密封性，验证CRT/LCD之质量瑕疵。

6.7.9低气压试验1.容器破裂、漏气2.绝缘击穿、飞弧、电晕放电等6.7.热交换能力下降，设备内部温度升高4.润滑油等挥发加速，泵、阀等活动零部件摩擦加剧（NIBP）5.有机材料老化加速低气压条件产品的主要失效模式6.7.10高加速寿命实验（HALT）高加速寿命试验是一种试验程序,用于产品开发DVT(Design

VerificationTest)阶段,它提供极严苛之高加速应力测试,在短时间内即可进行产品失效原因分析,加强设计及/或制造能力.●温度范围:-100~+200ºC●温度速率:60ºC/min

●测试空间:100*100*100cm

HALT并非验证之项目(Pass/Fail),它是给设计者在产品开发过程所使用之工具●固定方式设计；●准备辅助测试设备（热电偶、加速度计等）；●功能完整性验证；●进行HALT试验；●失效分析；●采取纠正措施；●重进行HALT以验证措施的有效性；●持续进行评估；HALT过程包括……45º增加/减少温度每分钟不超过40C在每阶段稳定温度和功能试验注意运转和设计的极限-10º25º-20º55º65º-30º75º-40º-50º85º95º-60º105º-70ºHALTThermalStepStress热加速老化试验10Min67.59.4311.7814.7318.4126.7.0128.8736.0845.110Min在应力强度少许增加会造成多样故障时.这强度必须高出预期之环境条件很多,只有这样才能提供足够安全系数来确保产品的存活增加振动强度25%，当振动强度较高时每次幅度为10%记录各项反应注意运转和设计极限HALT-GrmsTableInputHALT-Grms

输入表Stress低操作极限MarginOperating产品规格低破坏极限DestructMargin高操作极限MarginOperating高破坏极限DestructMargin你知道产品的设计强度(Margin)吗?HALT试验的核心●所有产品都有薄弱点,为了改进，必须先找到。●经过足够长时间，薄弱会导至失效发生，但时间是宝贵的，必须通过提高应力来促成失效，从而缩短时间。●发现并改进薄弱点，促使了产品可靠性和品质的提升。失效即成功当失效发生时……•暂停试验，记录失效模式和应力水平•采用适当的隔离方法定位失效部分•记录失效位置•分析根本失效原因•(可能需进行深入的调查和失效分析)•进行暂时性修复•继续HALT暴露其它问题•记录整理所有未定位的问题；•与开发者一同讨论试验中的问题，确定问题纠正责任人；•问题修正后，再次HALT以验证措施的有效性并且没有引入新的失效；•周期性的对产品进行评估；HALT后的工作总结：环境温湿度环境测试结论●温湿度循环试验及冷热冲击试验是有效的焊接可靠度试验方法但其故障模式不同﹐所以评估要点不同.●温湿度循环试验因龟裂发生焊锡内部﹐属于评估焊锡劣化特性的有效试验方法.●冷热冲击因龟裂发生于电路板铅箔与组件接脚的接合部分﹐属于评估焊锡接合特性的有效试验方法.●HALT以连续的测试、分析、证实及修复达成整个程序,主要在分析所有故障的根本原因﹐测度时间因加速应力而压