超高斯(分布)隨機振動HALT試驗剖面建立要點解析.docx

1、TechnicalColumn超高斯（分布）隨機振動HALT試驗剖面建立要點解析張燦文，張華（深圳市計量質(zhì)量檢測研究院，深圳518055）摘要，本文介紹了超高斯（分布）隨機振動HALT技術(shù)，對超高斯（分布）隨機振動HALT試驗剖面的建立提出了方法和建議，主要包括試驗順序的選擇、應力強度的確定、步進量級的選擇、駐留時間確定和試驗停止原則等五方面，并總結(jié)了現(xiàn)場試驗的要求和注意事項。關(guān)鍵詞：超高斯（分布）隨機振動HALT；試驗剖面中圖分類號：TN406文獻標識碼：B文章編號：1004-7204（2012）02-0050-04TheAnalyticTechniqueoftheSuper-Gaussia

2、nRandomVibrationHALTTestProfileZHANGCan-wen,ZHANGHua（ShenzhenAcademyofMetrology&QualityInspection,Shenzhen518055）Abstract：Thisreportintroducedthesuper-gaussianramdomvibrationHALTtechnique,providesthetestmethodandmadesomesuggestionsonexcutingthesuper-gaussianramdomvibrationHALTtest,includingthese

3、lectionoftestsequence,thedeterminationofstressintensity,theselectionofsteppingmagnitude,thedwel1ingtimedeterminationandteststopprinciple,thereportalsomadesummaryoftherequirementsanddetailsduringtheSuper-GaussianRandomVibrationHALTtest.Keywords：super-GaussianRandomVibrationHALTtest；testprofi1e引言隨著科學技

4、術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子設備的復雜程度越來越高，而旦發(fā)展速度很快，可靠性要求越來越高。傳統(tǒng)的可靠性環(huán)境模擬試驗已不能趕上現(xiàn)代電子設備發(fā)展的步伐，有效性不能很好地滿足電子設備的實際使用需求o超高斯（分布）隨機振動HALT（highlyacceleratedlifetest）試驗技術(shù)（以下簡稱HALT試驗）的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)可靠性試驗的試驗周期長、試驗效率低、試驗成本高等缺點，并越來越受到人們關(guān)注和認可。1HALT試驗技術(shù)介紹HALT試驗是一種激發(fā)試驗，它通過讓被測物承受不同的應力，進而發(fā)現(xiàn)其設計上的缺限，以及潛在弱點的實驗方法。HALT試驗的主要目的是通過增加被測物的極限值,進而增加其堅固性及可靠性&q

5、uot;，它利用階梯應力的方式加諸于產(chǎn)品，其加諸于產(chǎn)品的應力有振動，高低溫，溫度循環(huán)，電力開關(guān)循環(huán)，電壓邊際及頻率邊際測試等。簡單地說，HALT試驗是以連續(xù)的測試、分析、驗證及修復構(gòu)成了整個程序，其關(guān)鍵在于分析所有故障的根本原因。HALT試驗的主要測試功能如下：利用高環(huán)境應力將產(chǎn)品設計缺陷激發(fā)并加以改善；了解產(chǎn)品的設計能力及失效模式；作為高應力篩選及稽核規(guī)格制定的參考；快速找出產(chǎn)品制造過程的缺陷，增加產(chǎn)品的可靠性，減少維修成本；建立產(chǎn)品設計能力數(shù)據(jù)庫，為研發(fā)提供依據(jù)并可縮短設計制造周期OHALT試驗包含的如下內(nèi)容：逐步施加試驗應力直到產(chǎn)品失效或出現(xiàn)故障；采取臨時措施，修正產(chǎn)品的失效或者故障；繼

6、續(xù)逐步施加應力直到產(chǎn)品再次失效或者出現(xiàn)故障，并旦再次加以修正；重復以上試驗-失效-修復-試驗的步驟；找出和提高產(chǎn)品的操作界限和破壞極限。2技術(shù)要求根據(jù)篩選強度和溫變率及振動量級的關(guān)系，高溫變率比低溫變率篩選強度要高很多，所須循環(huán)時間就少，效率更高；同時，振動應力越高，電子產(chǎn)品的疲勞損傷累計越快。HALT試驗中一般施加應力有：溫度應力、振動應力和電應力（包括電源通斷,電壓拉偏和頻率拉偏）oHALT試驗要求HALT試驗箱有以下的試驗能力：溫度范圍可達-100+200r；溫度變化率達4060T/min;最大振動晴級可達60grms,并能實現(xiàn)六月由度的隨機振動。經(jīng)驗表明，高強度的振動加上高溫變率的溫度

7、循環(huán)雙結(jié)合的應力能高效快速找出產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)。3HALT試驗剖面建立3.1試驗順序為了保證充分利用試驗樣品獲得更多的試驗數(shù)據(jù)，依據(jù)試驗施加應力遵循從弱到強的原則，HALT試驗可分為5個試驗進程，即：低溫步進試驗，高溫步進試驗，快速溫度變化試驗，振動步進試驗和綜合應力試驗。據(jù)統(tǒng)計電子產(chǎn)品的失效分布，低溫階段失效占14%,高溫階段失效占17%,快速溫度變化階段失效占4%,振動應力環(huán)境失效占45%,20%的失效發(fā)生在綜合應力環(huán)境°HALT試驗開始前需要先進行溫度均勻性測試，另外，只有先找到產(chǎn)品的溫度和振動工作極限或破壞極限，才能進行綜合應力測試。試驗前，需要進行溫度均勻性測試，目的在于確認電

8、子產(chǎn)品的主要部件在非工作狀態(tài)下各溫度點相差不多于3Y。在此過程中，需對關(guān)鍵部件進行溫度監(jiān)測，具體操作如下：讓樣品在的恒定溫度下（如40T）測試5分鐘后，觀察各部件溫度，若溫差超出3無，需及時調(diào)整產(chǎn)品位置或者HALT試驗設備的導風管位置，直到溫度均勻性滿足要求為止。3.2應力強度HALT試驗中，遵循由弱到強、階梯遞增原則給產(chǎn)品施加應力。第一步和第二步應力量級的強度一般選擇在產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范應力范圍內(nèi)。例如：某電子產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范規(guī)定該產(chǎn)品工作環(huán)境在-20+60Y,則進行HALT試驗時可將低溫步進試驗起始量級設定為-ior,高溫步進試驗起始量級設定為50Y;由于振動應力環(huán)境能給電子產(chǎn)品帶來較大的破壞，振

9、動步進試驗的起始量級可設低些，一般取5grms,然后逐步增加應力強度直到找出操作極限或工作極限；快速溫度變化試驗和綜合應力試驗的應力強度需根據(jù)在溫度步進試驗和振動步進試驗中找到的產(chǎn)品工作極限來設定。目前來看，許多測試方案中，溫度循環(huán)中的高溫溫度和低溫溫度點設置為高低溫工作極限的70%90%；綜合應力試驗中振動最高量級一般設置為操作極限的90%,并根據(jù)循環(huán)次數(shù)逐步增加量級。例如：高低溫操作極限分別為100無和-40,振動操作極限為60grms,綜合應力試驗參數(shù)可設置為-3280丁，振動量級根據(jù)循環(huán)次數(shù)依次設置為11grms、22grms、33grms、44gnus和54grmso3. 3步進量級

10、為了準確找到產(chǎn)品的工作極限，進行HLAT試驗時應力步進的選擇非常重要c應力的步進量級選擇過小，步進階梯平緩，試驗時間增加，試驗費用隨之增加；應力的步進量級選擇過大，步進階梯陡峭，所確定的工作極限溫度將會產(chǎn)生較大的偏差。所以，試驗時，應選擇合適的應力的步進段級。如在進行高溫步進查找產(chǎn)品高溫工作極限時，通常取5乜或10T,由于試驗溫度越高，越接近產(chǎn)品的工作極限，所以在高溫區(qū)間的溫度步進的步長可以適當減小。例如：80Y以下增量采用大步長10Y,80弋以上增量采用小步長5T,進行低溫工作極限和振動極限的查找時，也可同理進行設置，振動步進量級建議選取5grms或lOgrmSo3.4駐留時間HALT試驗過

11、程中，樣品溫度穩(wěn)定時間和樣品性能檢查需要的時間之和影響著駐留時間的確定。溫度穩(wěn)定時間取決于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品最大熱容量部件或器件，結(jié)構(gòu)簡單、散熱性良好的電子產(chǎn)品溫度達到穩(wěn)定所用時間較少，反之較長；產(chǎn)品性能檢查需要的時間則由產(chǎn)品功能檢查的項目多少決定。在進行試驗時，一般要求產(chǎn)品上電工作，實時監(jiān)測產(chǎn)品性能，所能實現(xiàn)的功能越多，檢查時間越長。同時，功能檢查通常要求進行斷電后通電再復查性能指標，因此所需時間會更長。另外，實現(xiàn)圖1樣品固定離臺面一定距離圖1樣品固定離臺面一定距離圖2樣品直接放置亍桿上圖3電路板固定方式圖4振動中樣品固定避免壓力太大圖5樣品引線固定圖6臺面振動能量分布圖功能所用的時間對不同類

12、型產(chǎn)品也是各有不同。機電類產(chǎn)品功能實現(xiàn)比較快捷、耗時少，如微型電機；通訊類產(chǎn)品功能實現(xiàn)遲緩、耗時長，比如路游、網(wǎng)關(guān)等；在設計駐留時間時，還應考慮到應力帶給產(chǎn)品的累計疲勞損傷的影響，應力|廿級駐留時間過K容易產(chǎn)生疲勞損傷，過短則不能充分激發(fā)產(chǎn)品缺陷，給產(chǎn)品工作極限的選定帶來誤判。3.5停止原則HALT試驗過程中，若出現(xiàn)以下任意情況，則可停止試驗：1）極限得到確定；2）產(chǎn)岳功能失效，且不能修復；3）應力達到HALT試驗設備極限，非相關(guān)失效出現(xiàn)。4現(xiàn)場試驗要求及注意事項現(xiàn)場試驗中.需要注意產(chǎn)品的擺放和安裝方式，它關(guān)系到環(huán)境溫度的均勻性，同時也影響著產(chǎn)品試驗結(jié)果的一致性。以下就現(xiàn)場試驗注意聿項和要求提

13、出兒點建議：4.1為使眼皮在最短的時間內(nèi)達到溫度穩(wěn)定和均勻。測試方法如下：在不通電工作的情況下，產(chǎn)品部件溫度若能在5min內(nèi)達到溫度平衡（測試溫度50,則認為滿足試驗要求，否則就要調(diào)整樣品和導風管的位置。4. 2HALT試驗箱臺面通常用鎂鋁合金來制作，熱容ht較大，加熱冷卻變化緩慢，若產(chǎn)品直接安放在臺面上則會影響到樣品的溫度變化速率，因此要求樣品與臺面隔開一定距離，通常2040mm的支承高度就能滿足要求，同時還能保證箱內(nèi)空氣能順暢流動（如圖1所示）。4.3對于帶有散熱風扇的產(chǎn)品，產(chǎn)品的散熱排風方向應順著箱內(nèi)氣體循環(huán)流動的方向。4.4產(chǎn)品間隔要有一定距離，一般不少于10cm,適當?shù)木嚯x能保證樣品

14、間空氣的流動性。4.5導風口距離產(chǎn)品一般要有1520em距離。導風口距離樣品過近.可能將影響致樣品整體受熱的均勻性，并導致樣品的局部位置出現(xiàn)過應力試驗。4.6溫度傳感器的位置不能貼近樣品和風口，要:防止傳感器掉落在產(chǎn)品上，特別是裸機產(chǎn)品、電路板等產(chǎn)品上引起短路，造成產(chǎn)品損壞。同時避免溫度探頭接觸TechnicalColumn圖7樣品器件導氣冷卻圖8樣品器件電阻加熱到夾具，影響溫度控制的準確性。4.7在溫度應力測試下，帶有外殼保護的產(chǎn)品或整機可直接放置在支承桿上，不需用夾具來固定產(chǎn)品，如圖2所示，但電路板的固定則要做好容易引起短路器件的短路保護，如圖3所示溫度環(huán)境下不固定產(chǎn)品這種做法有幾點好處：

15、其一，可在最短的時間內(nèi)建好測試平臺并開始試驗；其二，當產(chǎn)品出現(xiàn)故障需要更換時能方便地更換產(chǎn)品重新試驗；其三，避免了增加夾具后對溫度均勻性的影響。4.8在振動應力環(huán)境下，必須將產(chǎn)品牢固地固定在臺面上。通過夾具與產(chǎn)品的鋼性連接才能使振動應力較好的傳遞到產(chǎn)品上。需注意的是夾具的放置不能破壞溫度均勻性的要求。這就要求給機柜產(chǎn)品、大功耗產(chǎn)品放置夾具時夾具盡可能不要阻擋導風口的出風，不能阻擋產(chǎn)品的散熱通道。對于電路板產(chǎn)品，主要需要做好短路的保護。電路板一般都是通過螺絲來固定，為了防止振動過程中螺絲松脫掉落在電路板上引起短路，在試驗前可用絕緣膠帶纏繞螺釘數(shù)圈。試驗中，要避免對樣品施加太大的機械應力，例如施加

16、壓力后，可能給樣品（數(shù)字電視接收器、雙工器等浩構(gòu)帶來變形而擠壓到器件（電解電容、散熱片，繼電器等），造成樣品損壞或性能指標下降，影響試驗結(jié)果的準確性，如圖4所示。4.9在振動環(huán)境下，產(chǎn)品配線的固定也很重要，固定不當也會給試驗帶來不恰當?shù)挠绊?。試驗中常遇見以下問題：VGA、DVI接口由于本身的重量造成電路板上接口引腳下綴，如不加固定會引起接觸不良；數(shù)字電視接收器的AV端子和信號線端子振動過程中容易松動，常引起輸出畫面間歇中斷；網(wǎng)關(guān)、路游器中的電話線和網(wǎng)線沒固定好，而引起數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象，如圖5所示。4.10HALT試驗中的六自由度振動是依靠氣錘推動臺面來實現(xiàn)的，其均勻性和精度比不上電磁控制的振動臺

17、。超高斯（分布）隨機振動HALT平臺三軸向振動能量分布如圖1（設定振動量級為Z軸向45grms）,由圖6可以看出臺面中心區(qū)域（區(qū)域5）振動量級接近試驗要求，其他區(qū)域振動響應相差較大，產(chǎn)品安裝的區(qū)域盡可能靠近振動傳感器的位置,并應位于振動臺面中心區(qū)域。4.11電子產(chǎn)品中存在些由于結(jié)構(gòu)或物理極限決定的相對脆弱的器件，過高、過低的溫度或振動環(huán)境會帶給這些器件帶來破壞，而導致功能不完整，所以這種器件往往在HALT試驗中要求被隔離出來，以保證整體試驗的順利進行。這些器件包括：顯示屏、電腦硬盤、光纖類器件等。顯示屏在低溫下顯示亮度降低，可通過加長引線將其放置在箱子外面；硬盤在低溫下常出現(xiàn)啟動異常報警，同時

18、硬盤不抗振等特點必須將其與主板隔離出來；光纖類器件，可在器件上包裸一層緩沖棉，減少振動的影響。對溫度有特殊要求的器件，可通過局部溫度控制的方法來對器件進行保護，比如在高溫步進中通過氣體導管可對CPU進行冷卻處理（如圖7所示），而在低溫步進中則采用發(fā)熱電阻進行加熱（如圖8所示），從而使試驗得以繼續(xù)進行。4.12用于試驗樣品的數(shù)量目前并沒有具體的規(guī)定，通常環(huán)境適應性試驗項目只需要23個樣品就可以了，但是HALT試驗目的不同于環(huán)境適應性試驗，HALT試驗是個不斷重復“試驗-整改-再試驗”的過程，因此需要準備幾套產(chǎn)品或關(guān)鍵器件用于失效器件替換。5結(jié)束語本文對超高斯（分布）隨機振動HALT試驗技術(shù)進行了

19、簡單的介紹，對HALT試驗剖面建立的要點進行了總結(jié)，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：（下轉(zhuǎn)57頁）1）試驗樣品的準備，包括被測樣品和樣品整改需準備的電子元部件；nvironmentalTestEquipmentnvironmentalTestEquipment環(huán)境試驗設備夠自動保證氣室內(nèi)外壓強的平衡。氣室的容積變化依靠一個橡膠皮囊來完成，當外部的壓力大于氣室內(nèi)部壓力時，橡膠皮囊將受到壓縮，從而使氣室容積減少，壓強增大，直至和外部壓強相等。這樣通過橡膠皮囊的變形不管處在多深的水深始終能夠保證氣室內(nèi)外壓強相等，避免了電動臺因要克服水深的壓力差而額外增加推力。一種水下振動臺的外形結(jié)構(gòu)如圖5所示。橡膠皮囊

20、安裝在氣室殼體和氣室蓋之間，同時能起密封作用。氣室蓋用來保護橡膠皮囊免受外界損傷。氣室蓋底面分布了3至4圈通孔，使海水進入和皮囊接觸。本技術(shù)方案的優(yōu)點在于：該具有自動壓力補償功能的振動試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，方法簡便易行，可實現(xiàn)對振動試驗設備內(nèi)部和外部的氣壓進行自動補償均衡處理，進而保障了振動試驗設備在深水中的正常工作。4總結(jié)4.1運動部件是振動臺的核心，它是影響振動臺使用性能指標的主要部件，改進和提高運動部件的設計質(zhì)量對提高振動臺的使用性能指標有重要意義。運動部件的結(jié)構(gòu)一般很復雜，而放在水下振動的運動部件，其運動特性更加復雜難料。本文運用有限元法對此作了詳細的分析，并成功地應用到實踐中。4.2水下振動臺的冷卻問題是決定水下振動臺能否研發(fā)成功的關(guān)鍵問題，本文運用一種熱傳導式冷卻方式，成功地解決了該難題。4.3實踐表明，水F振動臺的密封問題至關(guān)重要，密封問題首先要保證水不滲到氣路和磁路里，否則振動臺將無法正常工作。本文提出的一種密封方式簡單而可靠。4.4電動臺要在水下工作，必須將其完全密封，但密封后會造成內(nèi)外壓力差，壓力差隨著水深的增加而增加，電動臺要在水下振動必須先克服這種壓力差，