超高斯(分布)随机振动HALT试验剖面建立要点解析.docx

1、TechnicalColumn超高斯（分布）随机振动HALT试验剖面建立要点解析张灿文，张华（深圳市计量质量检测研究院，深圳518055）摘要，本文介绍了超高斯（分布）随机振动HALT技术，对超高斯（分布）随机振动HALT试验剖面的建立提出了方法和建议，主要包括试验顺序的选择、应力强度的确定、步进量级的选择、驻留时间确定和试验停止原则等五方面，并总结了现场试验的要求和注意事项。关键词：超高斯（分布）随机振动HALT；试验剖面中图分类号：TN406文献标识码：B文章编号：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引言随着科学技

4、术的发展，现代电子设备的复杂程度越来越高，而旦发展速度很快，可靠性要求越来越高。传统的可靠性环境模拟试验已不能赶上现代电子设备发展的步伐，有效性不能很好地满足电子设备的实际使用需求o超高斯（分布）随机振动HALT（highlyacceleratedlifetest）试验技术（以下简称HALT试验）的出现克服了传统可靠性试验的试验周期长、试验效率低、试验成本高等缺点，并越来越受到人们关注和认可。1HALT试验技术介绍HALT试验是一种激发试验，它通过让被测物承受不同的应力，进而发现其设计上的缺限，以及潜在弱点的实验方法。HALT试验的主要目的是通过增加被测物的极限值,进而增加其坚固性及可靠性&q

5、uot;，它利用阶梯应力的方式加诸于产品，其加诸于产品的应力有振动，高低温，温度循环，电力开关循环，电压边际及频率边际测试等。简单地说，HALT试验是以连续的测试、分析、验证及修复构成了整个程序，其关键在于分析所有故障的根本原因。HALT试验的主要测试功能如下：利用高环境应力将产品设计缺陷激发并加以改善；了解产品的设计能力及失效模式；作为高应力筛选及稽核规格制定的参考；快速找出产品制造过程的缺陷，增加产品的可靠性，减少维修成本；建立产品设计能力数据库，为研发提供依据并可缩短设计制造周期OHALT试验包含的如下内容：逐步施加试验应力直到产品失效或出现故障；采取临时措施，修正产品的失效或者故障；继

6、续逐步施加应力直到产品再次失效或者出现故障，并旦再次加以修正；重复以上试验-失效-修复-试验的步骤；找出和提高产品的操作界限和破坏极限。2技术要求根据筛选强度和温变率及振动量级的关系，高温变率比低温变率筛选强度要高很多，所须循环时间就少，效率更高；同时，振动应力越高，电子产品的疲劳损伤累计越快。HALT试验中一般施加应力有：温度应力、振动应力和电应力（包括电源通断,电压拉偏和频率拉偏）oHALT试验要求HALT试验箱有以下的试验能力：温度范围可达-100+200r；温度变化率达4060T/min;最大振动晴级可达60grms,并能实现六月由度的随机振动。经验表明，高强度的振动加上高温变率的温度

7、循环双结合的应力能高效快速找出产品薄弱环节。3HALT试验剖面建立3.1试验顺序为了保证充分利用试验样品获得更多的试验数据，依据试验施加应力遵循从弱到强的原则，HALT试验可分为5个试验进程，即：低温步进试验，高温步进试验，快速温度变化试验，振动步进试验和综合应力试验。据统计电子产品的失效分布，低温阶段失效占14%,高温阶段失效占17%,快速温度变化阶段失效占4%,振动应力环境失效占45%,20%的失效发生在综合应力环境°HALT试验开始前需要先进行温度均匀性测试，另外，只有先找到产品的温度和振动工作极限或破坏极限，才能进行综合应力测试。试验前，需要进行温度均匀性测试，目的在于确认电

8、子产品的主要部件在非工作状态下各温度点相差不多于3Y。在此过程中，需对关键部件进行温度监测，具体操作如下：让样品在的恒定温度下（如40T）测试5分钟后，观察各部件温度，若温差超出3无，需及时调整产品位置或者HALT试验设备的导风管位置，直到温度均匀性满足要求为止。3.2应力强度HALT试验中，遵循由弱到强、阶梯递增原则给产品施加应力。第一步和第二步应力量级的强度一般选择在产品技术规范应力范围内。例如：某电子产品的技术规范规定该产品工作环境在-20+60Y,则进行HALT试验时可将低温步进试验起始量级设定为-ior,高温步进试验起始量级设定为50Y;由于振动应力环境能给电子产品带来较大的破坏，振

9、动步进试验的起始量级可设低些，一般取5grms,然后逐步增加应力强度直到找出操作极限或工作极限；快速温度变化试验和综合应力试验的应力强度需根据在温度步进试验和振动步进试验中找到的产品工作极限来设定。目前来看，许多测试方案中，温度循环中的高温温度和低温温度点设置为高低温工作极限的70%90%；综合应力试验中振动最高量级一般设置为操作极限的90%,并根据循环次数逐步增加量级。例如：高低温操作极限分别为100无和-40,振动操作极限为60grms,综合应力试验参数可设置为-3280丁，振动量级根据循环次数依次设置为11grms、22grms、33grms、44gnus和54grmso3. 3步进量级

10、为了准确找到产品的工作极限，进行HLAT试验时应力步进的选择非常重要c应力的步进量级选择过小，步进阶梯平缓，试验时间增加，试验费用随之增加；应力的步进量级选择过大，步进阶梯陡峭，所确定的工作极限温度将会产生较大的偏差。所以，试验时，应选择合适的应力的步进段级。如在进行高温步进查找产品高温工作极限时，通常取5乜或10T,由于试验温度越高，越接近产品的工作极限，所以在高温区间的温度步进的步长可以适当减小。例如：80Y以下增量采用大步长10Y,80弋以上增量采用小步长5T,进行低温工作极限和振动极限的查找时，也可同理进行设置，振动步进量级建议选取5grms或lOgrmSo3.4驻留时间HALT试验过

11、程中，样品温度稳定时间和样品性能检查需要的时间之和影响着驻留时间的确定。温度稳定时间取决于产品的结构和产品最大热容量部件或器件，结构简单、散热性良好的电子产品温度达到稳定所用时间较少，反之较长；产品性能检查需要的时间则由产品功能检查的项目多少决定。在进行试验时，一般要求产品上电工作，实时监测产品性能，所能实现的功能越多，检查时间越长。同时，功能检查通常要求进行断电后通电再复查性能指标，因此所需时间会更长。另外，实现图1样品固定离台面一定距离图1样品固定离台面一定距离图2样品直接放置亍杆上图3电路板固定方式图4振动中样品固定避免压力太大图5样品引线固定图6台面振动能量分布图功能所用的时间对不同类

12、型产品也是各有不同。机电类产品功能实现比较快捷、耗时少，如微型电机；通讯类产品功能实现迟缓、耗时长，比如路游、网关等；在设计驻留时间时，还应考虑到应力带给产品的累计疲劳损伤的影响，应力|廿级驻留时间过K容易产生疲劳损伤，过短则不能充分激发产品缺陷，给产品工作极限的选定带来误判。3.5停止原则HALT试验过程中，若出现以下任意情况，则可停止试验：1）极限得到确定；2）产岳功能失效，且不能修复；3）应力达到HALT试验设备极限，非相关失效出现。4现场试验要求及注意事项现场试验中.需要注意产品的摆放和安装方式，它关系到环境温度的均匀性，同时也影响着产品试验结果的一致性。以下就现场试验注意聿项和要求提

13、出儿点建议：4.1为使眼皮在最短的时间内达到温度稳定和均匀。测试方法如下：在不通电工作的情况下，产品部件温度若能在5min内达到温度平衡（测试温度50,则认为满足试验要求，否则就要调整样品和导风管的位置。4. 2HALT试验箱台面通常用镁铝合金来制作，热容ht较大，加热冷却变化缓慢，若产品直接安放在台面上则会影响到样品的温度变化速率，因此要求样品与台面隔开一定距离，通常2040mm的支承高度就能满足要求，同时还能保证箱内空气能顺畅流动（如图1所示）。4.3对于带有散热风扇的产品，产品的散热排风方向应顺着箱内气体循环流动的方向。4.4产品间隔要有一定距离，一般不少于10cm,适当的距离能保证样品

14、间空气的流动性。4.5导风口距离产品一般要有1520em距离。导风口距离样品过近.可能将影响致样品整体受热的均匀性，并导致样品的局部位置出现过应力试验。4.6温度传感器的位置不能贴近样品和风口，要:防止传感器掉落在产品上，特别是裸机产品、电路板等产品上引起短路，造成产品损坏。同时避免温度探头接触TechnicalColumn图7样品器件导气冷却图8样品器件电阻加热到夹具，影响温度控制的准确性。4.7在温度应力测试下，带有外壳保护的产品或整机可直接放置在支承杆上，不需用夹具来固定产品，如图2所示，但电路板的固定则要做好容易引起短路器件的短路保护，如图3所示温度环境下不固定产品这种做法有几点好处：

15、其一，可在最短的时间内建好测试平台并开始试验；其二，当产品出现故障需要更换时能方便地更换产品重新试验；其三，避免了增加夹具后对温度均匀性的影响。4.8在振动应力环境下，必须将产品牢固地固定在台面上。通过夹具与产品的钢性连接才能使振动应力较好的传递到产品上。需注意的是夹具的放置不能破坏温度均匀性的要求。这就要求给机柜产品、大功耗产品放置夹具时夹具尽可能不要阻挡导风口的出风，不能阻挡产品的散热通道。对于电路板产品，主要需要做好短路的保护。电路板一般都是通过螺丝来固定，为了防止振动过程中螺丝松脱掉落在电路板上引起短路，在试验前可用绝缘胶带缠绕螺钉数圈。试验中，要避免对样品施加太大的机械应力，例如施加

16、压力后，可能给样品（数字电视接收器、双工器等浩构带来变形而挤压到器件（电解电容、散热片，继电器等），造成样品损坏或性能指标下降，影响试验结果的准确性，如图4所示。4.9在振动环境下，产品配线的固定也很重要，固定不当也会给试验带来不恰当的影响。试验中常遇见以下问题：VGA、DVI接口由于本身的重量造成电路板上接口引脚下缀，如不加固定会引起接触不良；数字电视接收器的AV端子和信号线端子振动过程中容易松动，常引起输出画面间歇中断；网关、路游器中的电话线和网线没固定好，而引起数据丢包等现象，如图5所示。4.10HALT试验中的六自由度振动是依靠气锤推动台面来实现的，其均匀性和精度比不上电磁控制的振动台

17、。超高斯（分布）随机振动HALT平台三轴向振动能量分布如图1（设定振动量级为Z轴向45grms）,由图6可以看出台面中心区域（区域5）振动量级接近试验要求，其他区域振动响应相差较大，产品安装的区域尽可能靠近振动传感器的位置,并应位于振动台面中心区域。4.11电子产品中存在些由于结构或物理极限决定的相对脆弱的器件，过高、过低的温度或振动环境会带给这些器件带来破坏，而导致功能不完整，所以这种器件往往在HALT试验中要求被隔离出来，以保证整体试验的顺利进行。这些器件包括：显示屏、电脑硬盘、光纤类器件等。显示屏在低温下显示亮度降低，可通过加长引线将其放置在箱子外面；硬盘在低温下常出现启动异常报警，同时

18、硬盘不抗振等特点必须将其与主板隔离出来；光纤类器件，可在器件上包裸一层缓冲棉，减少振动的影响。对温度有特殊要求的器件，可通过局部温度控制的方法来对器件进行保护，比如在高温步进中通过气体导管可对CPU进行冷却处理（如图7所示），而在低温步进中则采用发热电阻进行加热（如图8所示），从而使试验得以继续进行。4.12用于试验样品的数量目前并没有具体的规定，通常环境适应性试验项目只需要23个样品就可以了，但是HALT试验目的不同于环境适应性试验，HALT试验是个不断重复“试验-整改-再试验”的过程，因此需要准备几套产品或关键器件用于失效器件替换。5结束语本文对超高斯（分布）随机振动HALT试验技术进行了

19、简单的介绍，对HALT试验剖面建立的要点进行了总结，主要包括以下几个方面的内容：（下转57页）1）试验样品的准备，包括被测样品和样品整改需准备的电子元部件；nvironmentalTestEquipmentnvironmentalTestEquipment环境试验设备够自动保证气室内外压强的平衡。气室的容积变化依靠一个橡胶皮囊来完成，当外部的压力大于气室内部压力时，橡胶皮囊将受到压缩，从而使气室容积减少，压强增大，直至和外部压强相等。这样通过橡胶皮囊的变形不管处在多深的水深始终能够保证气室内外压强相等，避免了电动台因要克服水深的压力差而额外增加推力。一种水下振动台的外形结构如图5所示。橡胶皮囊

20、安装在气室壳体和气室盖之间，同时能起密封作用。气室盖用来保护橡胶皮囊免受外界损伤。气室盖底面分布了3至4圈通孔，使海水进入和皮囊接触。本技术方案的优点在于：该具有自动压力补偿功能的振动试验系统的结构简单，方法简便易行，可实现对振动试验设备内部和外部的气压进行自动补偿均衡处理，进而保障了振动试验设备在深水中的正常工作。4总结4.1运动部件是振动台的核心，它是影响振动台使用性能指标的主要部件，改进和提高运动部件的设计质量对提高振动台的使用性能指标有重要意义。运动部件的结构一般很复杂，而放在水下振动的运动部件，其运动特性更加复杂难料。本文运用有限元法对此作了详细的分析，并成功地应用到实践中。4.2水下振动台的冷却问题是决定水下振动台能否研发成功的关键问题，本文运用一种热传导式冷却方式，成功地解决了该难题。4.3实践表明，水F振动台的密封问题至关重要，密封问题首先要保证水不渗到气路和磁路里，否则振动台将无法正常工作。本文提出的一种密封方式简单而可靠。4.4电动台要在水下工作，必须将其完全密封，但密封后会造成内外压力差，压力差随着水深的增加而增加，电动台要在水下振动必须先克服这种压力差，