可靠性筛选及环境试验技术

1可靠性筛选及环境试验技术DQA-QTRJacckyZang2008-12-102一、概述国外：40年代重视可靠性50年代调查分析，统计试验60年代失效分析，强调环境试验的重要性70年代可靠性工程国内：50年代建立环境适应性实验基地60年代提出可靠性问题70年代开展可靠性研究80年代以后可靠性保证、管理、系统工程78年电视机的MTBF300~500小时，年返修率95%从可靠性的发展历史看可靠性是战争的产物；是产品的重要指标；是企业的命脉。可靠性工作的发展3一、概述可靠性的两种思路及产生的原因1.通过强化试验保证产品的可靠性2.从失效机理控制入手保证产品的可靠性不要割裂的看这两种思路可靠性发展的历史4一、概述环境试验目的1.考核产品在各种环境条件下的适应性和耐受性2.排除早期失效提高产品的质量3.为失效分析提供验证数据和有效的信息4.为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段环境试验的目的和意义5一、概述环境试验意义1.确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。2.充分暴露产品的潜在缺陷，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。3.确认是否符合产品交收的可靠性定量要求。4.发现—分析—纠正的循环过程，不断提高产品质量。环境试验的目的和意义6一、概述应用范围（1）产品的设计定型（型式）验证试验（2）可靠性增长试验（3）用于生产检查的试验（例行试验）（4）用于产品的验收试验（5）可靠性寿命试验（6）研究性试验和失效分析验证（7）环境应力筛选试验（ESS和HASS）（8）产品的极限应力试验（RET和HALT）环境试验的应用7一、概述环境试验类型环境试验共有约25~30种试验类型环境试验和可靠性试验试验类别人工模拟试验单因素试验综合试验组合试验气候条件高低温、湿度、气压、风雨、冰霜机械条件冲击、碰撞、振动、摇摆、噪声、恒加速度、跌落生物条件霉菌、有害生物、海洋生物辐射条件太阳辐射、电磁辐射、核辐射化学活性物硫化氢、二氧化硫、混合气体、盐雾、防爆试验机械活性物沙粒、沙尘8一、概述环境试验环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，常用于快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。可靠性试验可靠性试验是对产品进行评价、验证的各种试验如增长、筛选、验收、鉴定、统计等。环境试验和可靠性试验环境试验功能适应性试验极限试验结构完好性试验可靠性试验工程试验统计试验环境应力筛选可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收暴露缺陷产品验证9一、概述功能适应性试验当产品在使用环境条件下极限应力水平已知时，给试样施加在使用中的一个或几个环境因素的极限应力，检验产品的机械、电气特性。要求产品的工作状态不变，性能参数不超差。环境试验和可靠性试验返回10一、概述极限试验不断增加某一个或某几个环境应力的水平，直至试样失效为止，但失效模式不变。比较在正常使用时相应的环境因素的应力水平，用于确定产品正常使用的安全余度和允许使用最大环境应力范围。环境试验和可靠性试验返回11一、概述结构完好性试验在产品使用环境条件下极限应力水平已知时，给试验样品施加该应力，考核产品能否承受这样大的应力水平，而结构不发生损坏；或者考核产品在低于正常使用极限应力的应力水平下使用的潜在能力，验证产品结构是否已经达到最低的安全余度要求。这种试验要求试样在试验中或应力去掉后结构完好，电气、机械性能正常，不允许有结构失效或潜在的结构失效现象。环境试验和可靠性试验返回12一、概述筛选试验的目的通过检验剔除不合格的或有可能早期失效的产品，消除在早期失效期发生的产品缺陷及不良问题，提高产品的使用可靠性。筛选试验的内容常规条件筛选试验、老化筛选试验或环境应力筛选试验（包括机械应力、电应力、热应力、严寒等）。筛选试验的方法规定条件下的目视检查、功能测量、参数检测、密封性检查等。筛选试验返回13一、概述可靠性增长试验的定义通过试验逐步改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。可靠性增长试验的特点a.针对产品的薄弱环节进行b.改进后产品原来的薄弱环节不重现或出现率低于允许的水平c.验证条件与原故障发生的条件一致或更严酷可靠性增长试验的过程可靠性增长试验返回（再）设计故障发生14一、概述鉴定试验的目的是为了验证产品的可靠性，确定产品可靠性与设计要求可靠性的一致性，而不是在于暴露产品的可靠性缺陷，同时鉴定试验在很大程度上可作为产品定型试验。可靠性鉴定试验方案和试验内容主要是由承制方制定。鉴定试验返回15一、概述验收试验的目的确定产品是否符合规定的可靠性要求。验收试验对产品的要求用已交付产品或可交付的产品。验收试验的前期工作在系统或设备的可靠性验收试验开始以前，必须对元器件、零部件及设备完成环境试验。验收试验返回16一、概述环境试验和可靠性试验1.目的不同2.可靠性试验过程可以不加任何环境应力3.环境试验可以不考虑试验的样本量和抽样数量4.环境试验可以确定产品的极限应力5.通过提高环境应力对产品进行加速试验6.可靠性试验主要通过统计计算评价产品的可靠度。环境试验主要用于快速暴露各种环境条件下产品的缺陷。环境试验和可靠性试验17一、概述环境试验的发展历程1.从模拟自然环境到创造环境条件2.通过试验发现问题到通过试验确定问题和不出问题3.单项试验向组合试验和综合试验发展4.试验监测技术的运用和评价方法的改变5.模拟试验方法（虚拟试验）6.提高试验的再现性，摸清试验与使用之间的关系环境试验的发展18一、概述环境试验方法的变化1.模拟自然环境的变化2.加强的环境适应性试验3.针对失效机理进行的环境试验4.由单项试验向组合试验、综合试验发展5.环境试验与试验监测技术运用环境试验的发展19一、概述环境试验时间的变化1.加大试验的环境应力，缩短试验时间2.减少测量和试验作业工序所需的时间3.高精度测试与时间的关系环境试验的发展20一、概述高精度的实时监测技术1.加大试验应力，缩短试验时间2.实时监测试验变化3.改变以往的失效判定方法环境试验的发展21一、概述环境应力就是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85℃下工作受到的应力，比在25℃下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了。快速的温差变化，宽范围的温差、强烈的振动、冲击都是环境应力的表现形式。基本知识和术语22一、概述10℃规则当讨论产品在不同环境下的使用寿命时，一般采用“10℃规则”的表达方式。即当周围环境温度上升10℃时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20℃时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。电容器的估计寿命用下述公式表示：其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax表示最高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍。基本知识和术语2100maxTTLaL23一、概述环境试验的发展历程环境试验目的、意义应用范围环境试验和可靠性试验的不同环境试验的基本概念本章小结24二、环境试验标准国标GB2421-99“电工电子产品基本环境试验规程总则”国标GB2422-95“电工电子产品环境试验术语”国标GB2423.1~.55为试验方法国标GB2424.1~.25为试验导则国标GB/T4796“环境参数分类及其严酷程度分级”国军标GJB-150.1~25“军用设备环境试验方法”国军标GJB367.2~87“军用通信设备通用技术条件环境试验方法”国际电工委员会标准IEC-68美国军用标准MIL-STD-810电子类环境试验标准25二、环境试验标准国标提供的55种环境试验方法的其中4种GB2423.1~89试验A：低温试验方法GB2423.2~89试验B：高温试验方法GB2423.3~93试验Ca：恒定湿热试验方法GB2423.4~93试验Db：交变湿热试验方法国军标的部分环境试验标准GJB150.1~86军用设备环境试验方法总则GJB150.3~86军用设备环境试验方法高温试验GJB150.4~86军用设备环境试验方法低温试验GJB150.5~86军用设备环境试验方法温度冲击试验GJB150.6~86军用设备环境试验方法温度-高度试验GJB367.2~87军用通信设备通用技术条件环境试验方法电子类环境试验标准26二、环境试验标准了解标准1.国标（GB2421~4、GJB360）与IEC是设备和元器件的通用标准；2.军标（GJB150、MIL810）是设备环境试验标准；3.国家标准（GB、JIS、BS）协会标准（IPC）；4.企业标准是已经过裁剪的，针对企业产品的标准；5.标准中不能说哪个更好、更有效的保证可靠性；6.一般来说最严酷的环境试验标准是汽车工业和宇航企业的标准电子类环境试验标准27二、环境试验标准国标总则确定的字母意义1.组成本系列标准的试验方法用大写字母命名（部分）A：低温B：高温C：恒定湿热D：交变湿热E：冲撞（例如冲击和碰撞）2.系列标准试验中的扩充用小写字母细分试验Ea：冲击Ec：倾跌Eb：碰撞Ed：自由跌落国标中试验方法和导则的意义1.导则可以看成某类试验的教科书，含有“是什么，为什么”2.试验方法可以看作“如何做、怎样做”的意思电子类环境试验总则28二、环境试验标准实验步骤（1）预处理——为消除或部分消除试验样品以前经历的各种效应，在条件试验前对试验样品所做的处理。（2）初始检测——目的是保留试验前的技术参数，用于试验后的比较。（2a）试验样品在试验设备中的安装（GJB）要考虑安装和连接问题（3）试验——把试验样品暴露在试验环境中，以确定这些条件对试验样品的影响。（4）恢复——在条件试验之后，最后检测之前，为使试验样品的性能稳定所做的处理。（5）中间检测——中间过程的参数测试。（6）重复（3）~（5）（7）最终检测——试验结束的参数测试电子类环境试验总则29二、环境试验标准试验的中断处理（GJB150.1——3.6）1.容差范围内的中断2.欠试验条件中断3.过试验条件中断电子类环境试验总则30二、环境试验标准环境试验的顺序所谓试验顺序，是指对同一产品进行二种或二种以上的单因素人工模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么试验。试验顺序通常对试验结果是有影响的，如果选择不当会造成试验结果不真实，甚至造成试验中断，所以必须合理的确定试验顺序。环境试验的顺序安排31二、环境试验标准GB对进行这些试验的顺序安排GB2421的第七条规定了气候试验顺序气候试验的顺序主要适用于各类元件，为了在有要求时加以使用，一般认为低温、高温、低气压和交变湿热试验之间有一定的联系，并称之为气候顺序。高温；交变湿热（上限温度55℃的试验Db的第1个循环）；低温；低气压（有要求时）；交变湿热（上限温度55℃的试验Db的其余循环）；这些试验之间的时间间隔应不大于3h，但交变湿热试验第一循环与低温试验之间的时间间隔除外，这一时间间隔包括恢复时间在内应不大于2h。测量通常只在气候顺序的开始和结束时进行，另有规定者除外。环境试验的顺序安排32二、环境试验标准GJB150.1的附录A“环境试验顺序表”A组——地面设备（包括海军海岸用设备）；A1——一般基地（隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A2——一般基地（不隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备；A3——飞机和导弹的地面支援设备，包括飞机场室外设备，导弹发射架，维修用地面设备和检查设备等，但不包括电子设备；A4——全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（隐蔽的）；A5——全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（不隐蔽的）；B组——空用设备（系指安装在飞机和直升飞机上的设备及空中发射和地面发射导弹上的设备）C组——海用设备环境试验的顺序安排33二、环境试验标准GJB150.1的附录A“环境试验顺序表”环境试验的顺序安排试验方法A组A1A2A3A4A5低气压（高度）11133高温22222低温44311温度冲击5【1】5【1】5【1】5【1】5【1】温度-高度太阳辐射3【1】3【1】4【1】4【1】