用于设计与过程改进中的加速寿命试验及其实例
----应力筛选技术可以在发售前改进产品设计和过程。HALT,即高加速寿命试验,提供了一个严酷的环境来促使设计和过程的成熟。HALT从工程开发周期开始,有助于实现健壮性产品的设计和成熟的生产过程,最终生产出优质产品。在HALT中收集到的有关产品极限的信息用来开展有效的高加速应力筛选(HASS)试验。HASS用在生产试验周期中,能够发现生产过程变化,防止带有隐藏缺陷的产品出现在现场使用中。通过这些筛选可以检测到隐藏的缺陷,而且不会大幅度地减少产品寿命。在设计与生产阶段进行筛选的目的是发现并改进设计和过程的薄弱链,HASS过程所需的极限值由从HALT中收集到的信息来确定。
----在HALT过程中,用每个可能的刺激值进行试验来发现产品设计和制造过程之间的薄弱链。实验用的刺激源包括热循环、振动、电源循环、温度改变率、合成环境和特殊的应力:如时钟频率、直流电压变动等。这些应力并不是为了模拟现场环境,而是为了寻找设计和过程中的薄弱链。试验中逐渐提高所选刺激源的应力等级,直到出现故障或失灵,发现的故障必须在使用更高等级的应力之前改正。这些应力应渐进到正好超出期望的现场环境直到“基本极限或技术”、或自毁极限达到健壮性要求。这一极限的定义即应力中的微小变化导致很多故障同时发生的那一点。
----在早期的原型阶段,在HALT试验中得到的信息被反馈到开发者那里,以在大规模生产之前就进行改进。由于受到销售条件和工程因素改变的制约,还需要在产品的整个寿命周期内周期性地对该产品进行评价。
----HASS是一种增强了的环境应力筛选,利用最大可能的应力来获得筛选中的时间缩短。HASS 的开展需要适当的HALT做基础。在HATL中,找到并了解了产品运行的高低极限和自毁极限。如果存在较大的设计裕量,操作极限的信息对评价产品是非常必要的。在定义有效的HASS过程中需要自毁极限的信息,在HALT过程中定义的极限对建立有效的HASS过程是必不可少的。HALT建立了高低级热操作极限,振动运行上限,热自毁极限和振动自毁极限。如果在HALT过程中进行了电压和频率边缘试验,电压和频率运行的上下限和自毁极限就可以建立起来。
----HASS过程中所用的经验值是从小于运行极限20%的温度开始作为端点,振动等级从自毁极限的50%开始。温度改变率(至少25° C/min)应该在产品部件级实现。
----一旦确定了HASS剖面,就可以运行筛选验证实验以确定筛选不会引入缺陷或严重影响产品寿命。如果产品在筛选验证中由于应力破坏而失效但不是隐藏缺陷,筛选等级应该减掉10%,然后重新运行筛选验证。
----如果所有的薄弱链都已经从产品中剔除,那必然能够通过HASS试验,无需在发送到现场前仍然发现有隐藏缺陷而非常影响产品寿命。.为保证HASS的有效性必须对试验过程不断地进行监视,如果需要的话,要为适应产品改进做一些改变,从失效分析和现场得到反馈。在产品生产过程中会出现不同的操作裕量。工程上、生产上以及部件供应的变化都回显著地影响产品极限和安全筛选参数。筛选中的产品必须在HALT过程中周期性地进行重新评价来再确认产品极限。
----HALT和HASS试验过程是很严格的,产品要开机、运行,并要有重要的监视界面以查找间歇失效。我们在较复杂的样本集合中发现,进行测试诊断来检测不易监视到的问题很非常益的。每个故障都必须溯源分析到引发故障的根本因素以确定是隐藏缺陷还是由过度的筛选应力引起的。
试验设备
----用于完成HALT试验的温度和振动试验箱,是由计算机控制的。该试验箱能达到-100°C到+177°C (-l48°F到+350°F)的温度极限,最大气体温度改变率可达60°C/min (108°F/min)。试验箱的内部空间为1.4 m宽、2.3 m高 (4.5 ft x 4.5 ft x 7.6 ft),可以完全将子系统放在里面进行测试。.为了容易取放被测试的产品,试验箱两边都开有气动门。液氮冷却和电子加热由高速气流连接在一起,使温度改变和稳定都非常快。
----试验箱中包括一套称为OmniAxial?的振动激励系统,该系统将振动等量地分解到X、Y、Z三个坐标,并在所有旋向上给出激励。系统.使用了十六个气体振动冲击激励,这些激励生成了六个不相关的自由度、宽带激励和最优的冲击反应频谱。最大加速范围从带有零个lb.负载的95g RMS到带有1500 lb.负载的18g RMS,振动频谱从0到2000Hz。我们还有一个单独的构架,有激励源安装在它周围因而能放置在庞大子系统的上面来保证更加分散的振动能穿过受试产品。激励源由空气压缩系统运转。
----环境试验箱和振动系统中提供了自动编程和控制。环境试验箱是由JC系统620型FasTRAC双通道编程器/控制器控制的。620型使得我们能对99个独特的温度剖面进行编程。通过RS232接口实现计算机监控。振动系统有GHI计算机辅助测试系统控制,该系统为由16个通道、一块控制卡和用于编程的软件组成的PC系统。该系统还包括用于振动和震动分析的软件。
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