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        HALT試驗和HASS試驗的介紹

        日期:2022-05-06 07:53
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        摘要:

        1.?????? 環境可靠性試驗簡要回顧:

        ? 現代社會隨著競爭的發展與深化,市場對產品的要求也越來越高,物既要美,價亦要廉。作為產品質量與可靠性保障重要手段的環間可靠性試驗也相應地得到不斷的發展。?

        1.1環境模擬試驗:

        ? 早在1940年代美國就對產品的設計開始采用單因素環境的研制試驗與鑒定試驗,以檢驗設計的質量與可靠性(1),至70年代發展到采用綜合環境可靠性試驗CERT和任務剖面試驗,為檢驗工藝則采用不帶設計作度的驗收試驗。

        ? 隨著環境模擬試驗技術的發展與成熟,各政府部門軍兵種相繼頒了一系列的國標、軍標,以嚴格的法規形式來保證產品的質量和可靠性,其中有代表性的如環境模擬試軍標MLIL-STD-810可靠性試驗軍標MIL-STD-781空間飛行器試驗軍標MIL-STD-1540以及它們的修訂版,具體產品型號則根據這些標準與型號的特點制訂詳細的試驗大鋼,長期以來環境模擬試驗便成為保障產品可靠性主要手段。

        ? 該技術的特點是:模擬真實環境,加上設計速度,確保試驗過關,因此,環境模擬的真實程度和設計速度的大小便成為兩個關鍵的因素,要提高可靠性就必須對環境進行更**的模擬和加大設計速度,但這樣一來便使難度增大,周期拖長和增大成本。

        ? 這種方法的不足之處是對設計和工藝缺陷未作專門處理,只分別通過鑒定試驗與驗收試驗解決,因此潛在的缺陷殘留量仍不少,隨時都是可能在外場使用出現故障,可靠性的增長靠自然反饋緩緩地實現,這時木已憂舟,留給設計修改的時間與間空者極其有限,從而使市場競爭的優勢在為降低。

        1.2環境應力激發試驗:

        ? 激發試驗Stimulation與模擬試驗simulation的思路相反,它是用人為的施加環境應力的方法,快速激出并**產品的潛在缺陷來達到提高可靠性的目的,因此試驗時不僅不求獲得通過,反而求激出潛在缺陷越多越好,這一思路雖早為人知,但發展卻比模擬試驗慢得多。

        ? 早在50年代的老化試驗便是激發試驗的*初形式,所加應力有高溫、溫度循環和溫度沖擊等,至70年代后發展成當今廣義的環境應力篩選。由于試驗的目的是激發、**缺陷,故所加應力不必模擬真實環境,只要激發的效率越高越好,這 一來試驗就簡單多了,根據經驗至今公認為*基本*有效的應力是高濁變率的溫度循環和隨機振動。

        ? 這里應著重指出的是自從1979年美國海軍頒布了海軍篩選大鋼NAVMAT P-9492后收到了驚的效果,產品可靠性獲得上倍的提高,1982年美國環境科學學會又頒發了指導性文件《電子產品環境應力篩選指南》使應力篩選進入了一個蓬勃發展的時期。在此期間發表了大量的文獻,其中有人也試圖用“軍標”的形式來加速這一技術的發展,但這種嘗試是錯誤的也是極其有害的,極易把問題搞混淆,重新搞問題拉回到“模擬”的軌道,把“激發缺陷”又變成“試驗通過”。因為“獲得通過”有時是由于篩選方案不當或應力量級太小所致,而產品的可靠性并未獲得真正的提高,故應力篩選雊能用“指南”的形式執行,不同的缺陷類型和不同的失效機理必須使用不同的篩選方案而無統一的標準可言。

        ? 要強調的另一點是當信的應力篩選方法都是在設計無缺陷的前提下針對生產過程的缺陷的,實際上設計缺陷除用鑒定試驗外并無其它專門的方法檢測和**,因此專門研究設計缺陷的排除以提高產品的可靠性仍有很大的潛力可挖,這就是本文點評的重點。

        2.可靠性強化試驗RET的興起與發展

        ? 80年代初就在應力篩選迅速發展的同時,人們就已經注意到由于設計潛在缺陷的殘留量仍不少,為可靠性的提高提供了可觀的空間,另外,還有價格和研制周期問題,這是當今動態市場競爭的焦點,實踐證明可靠性強化試驗正是綜合解決這一問題的*好方法。從圖1中可以清楚地看到(2RET獲得的可靠性比傳統方法高得多,更可貴的是RET在短時間內就獲得早期高可靠性,無需像傳統法那樣需長時間的可靠性增長,從而也降低了成本。

        ? *先從事這方面工作稱得上先驅者的是G.K Hobbs,KA.GrayL.W.Condra等人。他們稱這種試驗為高加速試驗HALT和高加速應力篩選HASS,前者針對設計,后者針對生產,方法的核心是施加大應力,一步步地加,一次次的排除缺陷,故也叫步進應力法,以此獲得高可靠性,從80年代末至90年代初,相繼在各工業部門推廣應用,無一例外地取得了很大的成功,由于商業競爭與軍工保密的原因至今許多重大成果仍未解密發表。連名稱也尚未統一,有的叫步進應力試驗step stress,高加速壽命試驗HALT,應力壽命試驗STRIFE,應力速度和強化試驗RET等等。波音公司把RET當作這一試驗技術的統稱是較為合理的,因為它突出了強化試驗的特點。

        ? RET得到迅速發展的原因還在于90年代市場可靠性觀念的更新和關鍵技術的突破。

        ? L.Condra在其系列論文說(3),美國生產廠家在80年代認識質量的重要性,深知市場只接受質高價廉的產品,到90年代又認識到可靠性的重要性,深知市場對產品不僅要求高的開箱率,而且要求在設計壽命期內確保性能良好不變,這是新一輪對可靠性的挑戰,而RET正是滿足這一挑戰的*好方法。

        ? Condra指出按傳統的可靠性定義去應付瞬息萬變的動態市場顯得太被動了,廠家只對用戶的條件規范負責,不對產品的使用負責必然導致在市場中的失敗,于是90年代的一種進取性的市場可靠性定義便應時而生。

        ? 一種可靠的產品應隨時都能完成用戶需其完成的任何任務,這樣一來廠家便變被動為主動,了解用戶對產品的要求,關注市場的發展,不斷改進更新產品,以上稱的質量可靠性換取不斷擴大市場占有份額,獲取豐厚的利潤回報,因此可靠性便不再是一種成本負擔,相反可靠性正是商家追求的一種資產、一種財富。

        ? 但是,傳統的可靠性試驗既極費錢又極費時,必須要開發一種新的經濟有效的替代法來適應這一需求,這便是RET法。RET技術的理論依據是故障物理學Physics of failure,把故障或夫效當作研究的主要對象,通過發現、研究和根治故障達到提高可靠性的目的。對當今高度復雜的電子或機電產品,要發現潛在故障非易事,特別是一些“潛伏”極深的或間歇性故障,必須采用強化應力的方法強迫其暴露,實踐證明RET法效果顯著。

        ? Gregg k.Hobbs先生曾就強化應力的效果問題設計了一種鑫屬試件,對疲勞壽命進行了研究(4),發現當應力強度增加1倍時,疲勞壽命降低為1/1000,在實際應用時振動引起的失效就是屬這一類型,除了施加強化應力外,由于有缺陷產品的應力集中系數高達2-3倍,從而使疲勞壽命相應降低好幾個數量級,這樣就使產品內的有缺陷組件與無缺陷組件在相同的強化應力下疲勞壽命提高了檔次,使缺陷迅速暴露的同時無缺陷組件損傷甚小,這一理想的效應正是我們所需要的。

        ? 對于溫度循環則屬熱疲勞性質,S.Smithson先生在《效率與經濟性》一文中(5)也給出了類似的效果,若以兩個不同的溫變率為例,一個5/min,另一個強化到40/min,則它們的疲勞壽命效率比為44001對其它溫變率的情況見下表:

        溫變率℃/min? 5??? 10? 15??? 20???? 30? 40

        循環數??????? 400? 55? 17??? 7????? 2.21

        min/毎循環??? 66?? 33?? 22?? 16.5?? 118

        總時間h?????? 440? 30?? 1.9?? 0.4?? 0.1

        根據上述數據可以看到RET的綜合效果是大幅提高可靠性,高度壓縮時間,從而也降低了成本。

        要實施強化應力必須要有相應的設備,能用傳統的試驗設備進行RET也能取得某種程度的成功,但由于現在溫箱的溫變率偏低,多在510℃左右,振動臺只有單軸臺,試驗時需換向,價格也貴,無法滿足RET的要求。因此,一種嶄新的高效價廉設備的應時推出配合了RET技術的發展,新設備由高溫變率溫箱和氣動式36DOF振動組成,高溫變率用液氮制冷取得,但由于人們對液氮成本過高的擔心,致使長期被擱淺,現經**比較新型技術,因RET的高效率的時間和高壓縮而反使成本有所降低,賽思全新使用PWM制冷技術從而降低成本和能耗,高度迎得到市場用戶的認可的好評。

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