電子元器件檢測驗證 可靠性測試方案

日期:2022-06-01 14:43:55 瀏覽量:1887 標簽: 可靠性測試 電子元器件檢測

隨著材料技術、元器件技術和電子學設計技術的不斷發(fā)展,電子產品的功能越來越復雜、集成度越來越高,對電子產品的可靠性也提出了更高的要求。提高產品的可靠性,使其發(fā)揮最佳性能,是提升一個電子產品品質的關鍵因素,也直接影響著最終用戶的評價。電子產品的可靠性提升是一個極其重要且具備極大挑戰(zhàn)的工作,從某種意義上說,提高了產品的可靠性也就提高了產品的核心競爭力,科技進步的體現就是產品質量的升級及可靠性的提高。

可靠性是產品質量的一個重要方面,通常所說的產品質量好包含兩層意思:一是達到預期的技術指標,二是在使用中很可靠??煽啃灾苯雨P乎產品的使用性能,影響著客戶體驗和滿意度,在軍工、導航、通信及航空/航天等領域,可靠性是用戶最為關注的核心指標之一。

評價一個電子產品,一是看功能是否先進、外觀是否美觀,這屬于產品的電路及結構設計問題;二是看能否以高效率、低成本的方式制造出來,這屬于產品的可制造性問題;三是看質量是否穩(wěn)定、產品是否可靠,這屬于產品的使用性問題。其中,電路和結構決定了電子產品的功能、外觀和性能指標,是設計師關注的核心問題;產品的可制造性決定了設計方案能否以高效率、低成本的方式轉化為實際產品,是制造廠家關注的重點;而產品的可靠性決定了產品能否在各種條件下經久耐用,是用戶關注的問題,代表了產品設計水平,也是企業(yè)核心競爭力的重要體現。

電子元器件檢測驗證 可靠性測試方案

影響電子產品可靠性的主要因素

一般來說,電子產品的可靠性與壽命有關。電子元器件的平均壽命越長,電子產品的可靠性往往越高。但可靠性與壽命又不是同一個概念,電子產品的可靠性高,不一定壽命就長,壽命長其可靠性也不一定高,這都與使用要求有關。

影響電子產品可靠性的要素主要包括以下幾個:

(1)自然環(huán)境

電子元器件在工作中受環(huán)境因素影響較大,如溫度、濕度、鹽霧、氣壓、海拔高度、大氣污染顆粒等都會對電子元器件的正常運行產生影響,使其電氣性能下降,甚至損傷元器件,從而引發(fā)故障。

(2)機械結構

電子產品的機械結構設計要滿足使用工況的要求,強烈的機械振動或碰撞會使設備產生機械結構的損傷變形,甚至導致電子元器件的物理損傷或失效,致使電子產品無法正常運行。

(3)電磁環(huán)境

環(huán)境中的電磁波無處不在,電子產品在運行中,無時無刻不與空間中的電磁信號進行接觸。在電磁信號的影響下,電子電路的噪聲會變大,穩(wěn)定性會變差,如果干擾嚴重,甚至會導致設備運行故障,或危及人身安全。

(4)組裝工藝

除元器件品質及設計因素外,制造過程也會直接影響產品的可靠性,組裝工藝的不同會直接影響連接牢固度、密封性、耐環(huán)境腐蝕能力等,進而影響電子產品的質量和可靠性。

事實上,除使用可靠性外,電子產品的固有可靠性和環(huán)境適應性,都是由設計、制造過程決定的,也就是說,電子產品制造出來后,電子產品的主要可靠性指標已經固定不變了,外部環(huán)境只是對可靠性的一種考驗,因此,提高電子產品可靠性的關鍵在于提高設計和制造水平。

提高電子產品可靠性的主要措施

提高電子產品可靠性主要是指提高其固有可靠性,入手點在于源頭設計和制造過程,主要措施需根據影響可靠性的相關因素制定,包括元器件的品質選擇、結構及電路的設計、組裝工藝的選擇等方面。

1.可靠性設計

提高產品可靠性的措施,在設計層面主要包括以下幾個方面:

(1)可靠性預計

可靠性預計屬于設計層面的措施,是指針對產品的可靠性要求,在總體設計階段對可靠性指標進行預先分解和評估,從而可為后續(xù)設計工作的順利開展打下基礎。

進行可靠性預計,應注意以下要求。

① 應根據所選用的電路形式、可靠性結構模型、元器件、工作環(huán)境及以前積累的數據,對電子產品的可靠性進行預計分析,以便提前采取措施,對這類產品在未來應用中可能發(fā)生的故障進行科學應對。

② 設計人員應給予電子產品可靠性預計足夠的重視,并將相應的預計分析工作落實到位,確保這類產品可靠性預計的有效性。

(2)電子元器件的合理選用

對于電子產品而言,元器件的可靠性水平決定了整機的可靠性程度。電子產品可靠性設計工作的開展中,需要重視實踐中與之相關的電子元器件的合理選用,從而滿足其可靠性設計要求。

電子元器件選用應注意以下要求。

① 應綜合考慮電路性能、運行環(huán)境、成本控制等要素,選擇滿足使用要求且性價比良好的電子元器件,為電子產品可靠性設計方案的形成提供支持。

② 在電子元器件的選用過程中,需要對不同類型的元器件進行對比分析,確定電子產品所需的最佳電子元器件。

③ 應對設計過程中選用電子元器件的實際應用效果進行科學評估,以確保這類元器件在電子產品應用中有良好的適用性。

④ 元器件降額使用。元器件選型過程中,通常將電子元器件的工作應力適度降低,低于規(guī)定的額定值,從而降低元器件的基本故障率?!敖殿~設計”是降低基本故障率的常用手段,在最佳降額范圍內,采取Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級降額等級,可實現可靠性提高和成本控制的最優(yōu)方案。

(3)熱設計

現代電子產品中元器件密度不斷增大,元器件之間通過傳導、輻射和對流產生大量的熱耦合,熱應力成為影響電子產品可靠性的重要因素之一。因此,需要對電子產品進行合理的熱設計,以確保在其設計方案作用下的電子產品能夠處于良好的應用模式。

熱設計應注意以下要求。

① 電子產品熱設計應根據使用要求,單獨或綜合采用散熱、加裝散熱器和制冷三種基本技術手段,以獲得理想的熱設計方案,最大限度地滿足電子產品的可靠性設計要求。

② 在電子產品的熱設計過程中,需要設計人員結合實際情況,合理使用對流散熱方式、傳導散熱方式和利用熱輻射特性方式,使這些方式作用下的電子產品能夠保持良好的散熱狀況。這樣有利于增強電子產品可靠性設計的效果,使其在最終的設計方案應用中更具科學性。

(4)冗余設計

電子產品冗余設計是指利用一臺或多臺相同的系統(tǒng)構成并聯形式,在其中某一系統(tǒng)發(fā)生故障時進行科學應對。在冗余設計的作用下,電子產品應用中的某一元器件發(fā)生故障時,其他元器件依然可以正常工作,從而滿足電子產品可靠性設計要求。

進行冗余設計,應注意以下要求。

① 在遵循冗余理論的前提下,應充分結合實踐經驗,以確定電子產品所需的冗余設計方案,進而為其可靠性設計水平的提升提供保障。

② 冗余設計會增大整個系統(tǒng)的體積、質量和成本。因此只有在較重要的電子產品中(如導彈制導、原子彈引信等)才采用。

(5)電磁兼容性設計

在電子產品可靠性設計過程中,為了使最終得到的產品能夠達到國家電磁兼容標準要求,避免電子電路運行中產生相互干擾,需要考慮電子產品的電磁兼容性設計。

電磁兼容性設計的一般要求如下。

① 設計人員應通過對印制電路板設計、電源線濾波、屏蔽機箱、信號線濾波、電纜設計、接地等技術的合理運用,使電子產品在應用中滿足電磁兼容方面的要求,進而提升其應用價值。

② 在電子產品的電磁兼容性設計方案形成過程中,應充分考慮元器件的電磁特性和敏感特性,對電子產品的電路狀況也應重點關注,必要時應進行改進處理。

③ 電磁兼容性設計過程中,應準確識別易受干擾電路和不易受干擾電路,并按照分類處理的原則采取針對性措施,從而保持電子產品具有良好的電磁兼容性。

(6)可維修性設計

實踐中通過對電子產品可修復性特點的考慮,需要在其可靠性設計中注重可維修性方面的設計,從而消除電子產品應用中可能存在的安全隱患。

進行電子產品可維修性設計,應注意以下要求。

① 應從維修便捷性、成本經濟性等方面進行考慮,以確定電子產品所需的可維修性設計方案,從而為產品維修工作的開展提供科學指導。

② 應選用性能可靠的維修工具,使這類工具支持下的電子產品維修工作效率得以提高,并完善其可維修性設計方案。

③ 應處理好電子產品可維修性設計中的細節(jié)問題,以確保其設計方案應用的有效性。

(7)結構可靠性設計

電子產品在使用、運輸中會受到各種環(huán)境因素的影響,這些環(huán)境因素可能會加速或造成電子產品的損壞,在電子產品結構設計過程中,要充分考慮這些不利因素的影響,提高電子產品的防護能力,進而提高電子產品的可靠性。

1.結構可靠性設計的作用及要求主要包括:

① 通過采用有效的散熱裝置控制元器件的溫升;

② 消減振動、沖擊、碰撞等機械因素對產品造成的危害;

③ 排除內部與外部的噪聲干擾;

④ 加強防腐、防潮、防霉的研究,延長結構材料使用壽命;

⑤ 設計過程應遵循標準化、系列化、通用化要求。

2.可靠性試驗驗證

可靠性試驗是研究失效及其影響結果,并為提高或評價試驗對象的可靠性而進行的各種試驗的總稱。從廣義上說,凡是為了了解、評價、考核、分析和提高可靠性而進行的試驗,都可稱為可靠性試驗??煽啃栽囼灱夹g是在20世紀50年代開始發(fā)展起來的,最早應用于軍工產品,至今已在航空、航天、電子、自動化、汽車和計算機等行業(yè)廣泛應用??煽啃栽囼炇菍Ξa品的可靠性進行調研、分析和評估的一種重要手段,也是提高和保證產品可靠性的一個重要環(huán)節(jié)。

當一個產品制造出來后,原則上,其性能指標應該可以達到原設計所規(guī)定的可靠性要求,但實際情況要復雜得多。事實上,設計過程很難將所有的可靠性問題考慮周全,不同的可靠性指標間甚至存在矛盾或沖突,只能采用折中設計,對于復雜系統(tǒng),這種情況更為明顯。因此,有必要通過一系列可靠性試驗驗證可靠性指標的實現程度,或發(fā)現并判明各種故障和缺陷。

可靠性試驗的原理是:模擬現場工作條件及壽命周期中的其他環(huán)境條件,將各種工作模式和各種應力條件按照一定的時間比例、一定的循環(huán)次序反復施加到受試產品上。經過對受試產品的失效進行分析和處理,將得到的信息反饋到設計、制造、材料和管理等部門進行改進,以提高產品的固有可靠性,同時依據試驗的結果對電子產品的可靠性做出評定??煽啃栽囼炓_到預期的效果,必須特別重視試驗條件的選擇、試驗周期的設計和失效判據的確定。

值得注意的是,對于各種電子產品環(huán)境試驗條件的擬定,必須根據具體的使用情況來考慮。例如,電子產品的循環(huán)試驗,采用不同的試驗順序,所產生的試驗結果就不一樣。以氣候因素的循環(huán)試驗為例,當采用高溫→潮濕→低溫的試驗順序時(即電子產品先在烘箱中進行加溫,使元器件受熱干燥。然后,將其放進潮濕箱,在毛細力作用下,使元器件吸潮。最后,將元器件置于冷凍箱中冷卻),若產品質量不過關,則在熱脹冷縮的作用下,極易引起破裂。而如果按潮濕→高溫→低溫的順序進行,由于高溫烘烤首先對元器件進行了去潮處理,則潮濕對產品的影響相當于被人為屏蔽了,此時試驗過程只能反映出產品受冷熱交替變化的影響,結果顯然是不一樣的。

電子產品可靠性試驗介紹

1.可靠性試驗的目的

據統(tǒng)計,在電子產品中,元器件和零部件缺陷、工藝缺陷及設計缺陷各占1/3左右。糾正這些缺陷,使產品的可靠性逐漸提高,達到設計的要求,所花費的時間是要求的MTBF的5~25倍。所以,一個產品從研制定型到批量生產,始終都離不開可靠性試驗。盡管可靠性試驗往往成本很高,但有效的可靠性試驗可以成倍地提高初始樣機的可靠度,從而取得更大的經濟效益。

可靠性試驗的目的就是發(fā)現產品全壽命周期中的可靠性問題,并加以分析、評估和處理。可靠性試驗貫穿于產品設計、生產、使用、維護的各個階段。

① 在研制階段用以暴露試制產品各方面的缺陷,評價電子產品可靠性達到預定指標的情況,保證出售產品的可靠性。

② 對新材料、新產品、新工藝和新設計進行評價,研究新的試驗方法。

③ 生產階段為監(jiān)控生產過程提供信息,暴露使用過程中出現的不確定因素,研究預防故障發(fā)生的措施。

④ 暴露和分析電子產品在不同環(huán)境和應力條件下的失效規(guī)律及有關的失效模式和失效機理。

⑤ 對定型產品進行可靠性鑒定或驗收,研究電子產品的失效分布規(guī)律。

⑥ 為改進產品可靠性,制定和改進可靠性試驗方案,為用戶選用電子產品提供依據,為進行有效的可靠性管理提供依據。

2.可靠性試驗的分類

根據試驗的環(huán)境條件、試驗的目的、產品的工作階段、施加的應力強度、對可靠性的影響、試驗產品的破壞程度、試驗規(guī)模及抽樣方案的類型等,可將可靠性試驗分成很多種類。

一)按環(huán)境條件分類

按環(huán)境條件分類,可靠性試驗包括:

(1)穩(wěn)定性試驗

將產品置于人工模擬的工作環(huán)境之中,按照技術指標的要求,考核產品抵抗每種環(huán)境影響因素的能力。如耐溫、耐濕和耐壓的穩(wěn)定性,不滲水性,以及耐振動、沖擊、加速度等各種穩(wěn)定性項目的試驗。

(2)綜合性試驗

考驗產品在綜合因素的作用下所能達到的性能指標。這種試驗比較接近實際使用情況,所以在環(huán)境試驗中占有重要地位。

二)按試驗項目分類

按試驗項目分類,可靠性試驗包括:

(1)可靠性壽命試驗

通常采用的是破壞性壽命試驗,其任務是在規(guī)定的條件下,抽取一定數量的樣品做壽命試驗,記錄每個元器件失效時間,進行全部數據的統(tǒng)計分析,求出元器件的可靠性指標,用以評價產品的可靠性水平,并進一步分析產品失效的原因,提出提高可靠性的措施??煽啃詨勖囼炇歉鞣N可靠性試驗中最主要的內容,也是與統(tǒng)計方法關系最密切的內容。

(2)可靠性環(huán)境試驗

可靠性環(huán)境試驗研究各種環(huán)境條件對元器件的影響。環(huán)境應力是指產品工作時所承受的不利環(huán)境條件,如溫度、濕度、電壓、污染、振動、霧、輻射等。

(3)可靠性篩選試驗

可靠性篩選試驗是對合格產品進行全數檢查,淘汰潛在的早期失效元器件,以提高整批元器件的可靠性??煽啃院Y選試驗是提高產品可靠性行之有效的基礎工作。

(4)整機可靠性鑒定試驗

整機可靠性鑒定試驗安排在新產品試制成功以后,目的是驗證設備設計能否在規(guī)定的環(huán)境條件下滿足規(guī)定的性能及可靠性要求。這種試驗是以壽命試驗的方式進行的,要求對設備的平均壽命做出定量的鑒定。

(5)整機可靠性驗收試驗

當產品投入連續(xù)生產后,應對整機安排一系列定期試驗,用以確定設備能否滿足相應的性能和可靠性要求,用來確定每批產品是否可以出廠交付使用??煽啃则炇赵囼炿m然也是以壽命試驗的方式進行的,但它只要求制定一個簡單的驗收方案和驗收標準,供試驗工作人員掌握并做出判斷。整機可靠性驗收方案及其驗收標準稱為可靠性抽樣檢驗方案。

三)按試驗目的分類

按試驗目的分類,可靠性試驗包括:

(1)可靠性工程試驗

可靠性工程試驗的目的是暴露產品設計、工藝、元器件和原材料等方面存在的缺陷或故障,對其進行分析,采取糾正措施并加以排除,使產品的固有可靠性得到提升,達到合同規(guī)定的可靠性要求。

(2)可靠性統(tǒng)計試驗

可靠性統(tǒng)計試驗的目的是驗證產品是否達到了規(guī)定的可靠性水平,而不是暴露產品存在的缺陷或故障??煽啃越y(tǒng)計試驗又稱為可靠性驗證試驗。對于不同的產品,為了達到不同的目的,可以選擇不同的可靠性試驗方法。

電子產品與我們的生活密不可分。電子產品的質量在一定程度上也直接影響著我們的生活水平。電子產品的可靠性是衡量電子產品質量和使用性的重要指標,可靠性的提升是電子產品穩(wěn)定運行的基本保障。

影響電子產品可靠性的因素很多,包括自然環(huán)境、機械環(huán)境和電磁環(huán)境等??煽啃栽O計工作就是圍繞這些環(huán)境因素,在設計和制造中采取相應措施,以提高產品的防護能力和適用性,進而保證電子產品的質量,提升電子產品的核心競爭力。

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