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GMW8287-2011及Ford CETP00.00-E-412高加速寿命测试解读

 
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1  试验目的

   本试验主要应用于产品研发设计阶段,用于快速发现产品设计的薄弱环节,或快速确认产品的工作条件极限和破坏极限,包括温度条件和振动条件。注意,本试验不适用于确认产品的使用/设计寿命是否满足要求。

2  试验设备

试验设备需达到如下条件:

3  试验方法

3.1     GMW 8287方法

   试验分四个步骤进行:温度步进试验、快速温变试验、振动步进试验、综合试验。当发生失效后,应该允许更换新样件继续进行试验(无样件数量和样件分配要求)。

3.1.1 温度步进试验

  1) 试验从室温(一般在+20℃~+30℃之间)开始。在试验前,应该根据所涉及材料的相变温度确定出样件的最大(工作)温度范围。为了使电子部件达到更高的试验温度,试验时最好拆掉产品的塑料壳体。本试验不允许发生材料的相变,温度范围的合理性关键在于故意制造低级失效。步进量一般选取 10℃/次(如有必要也可选取 20℃/次),根据图 1 试验剖面进行试验。

图 1 GMW8287温度步进示例剖面

  2) 温度保持时间以样件温度完全达到稳定为准。一般要求在样件温度达到试验设定温度值(热电偶采集值)之后再保持 5min~15min,以保证样件温度达到稳定和饱和。根据样件的热质量来确定选用最短保持时间还是最长保持时间。在温度保持结束后立即进行全功能检查,或者在整改温度步进试验过程中进行全功能检查。

  3) 试验温度的下(上)限以样件工作温度极限或试验设备温度极限为准。

  4) 找到产品的工作温度极限时(失效发生),步进量统一选取 10℃/次。这时应该继续将试验进行到破坏极限或设备极限为止,一般情况下,当样件不能完全正常工作时,需将温度应力进行回退(例如:回退到+20℃或+20℃到工作极限之间),用以确认样件是否还能正常工作。这里确认的工作温度极限对于每一个试验都是非常重要的。但是,对于较昂贵的原理样机级别的样件可以不继续进行,待样件达到较成熟状态、成本较低时再确认破坏极限。

3.1.2 快速温变试验

  1) 至少进行 3个循环的快速温变试验(除非在试验中发生失效)。温变速率采用设备所能达到的最快温变速率。有时考虑到试验时间有限或产品的物理特性,可以跳过本试验,而仅在综合试验中进行快速温变试验。然而,一般还是建议进行本试验,因为可以通过此试验确认样件在综合试验中被振动所遮盖的温变率敏感度,根据图 2  试验剖面进行试验。

图 2 GMW8287快速温变示例剖面

  2) 本试验的温度范围一般情况下选取比工作温度极限低 5℃的应力值,这里的工作温度极限是在温度步进试验中得到。例如:当工作温度极限是-50℃~+ 100℃时,本试验的最小温度范围应该是-45℃~+95℃。有一些特殊情况除外,例如当材料的相变温度接近工作温度极限时,一个典型的例子就是在试验过程中必须保留产品的塑料壳体(部件),在这种情况下,就需要缩小本试验的温度范围,以避免设备的温度过冲导致塑料部件发生影响产品功能的融化或变形。例如:当一个 ABS样件带着塑料壳体进行试验时,温度范围就需要缩小至-45℃~+90℃。

  3) 在样件温度达到试验设定温度值(热电偶采集值)之后至少再保持5min.

  4) 在温度变化过程中需持续进行功能测试,如果可能,需确认是否存在对温变速率敏感的问题(如详细记录对温度变化敏感的现象或数据)。

3.1.3 振动步进试验

  1) 在带宽≥2Hz~2000Hz 的条件下,试验从设备设定值为1Grms~10Grms之间(推荐值为 5Grms)开始,步进量为 1Grms~10Grms之间(推荐值为 5Grms),根据图 3 试验剖面进行试验。

图 3 GMW8287振动步进示例剖面

  2) 每一步的保持时间至少为 10min,在每次保持时间结束时进行功能测试,因此,每一步的总保持时间取决于对样件进行一轮功能测试的时间。

  3) 建议在每一步结束后进行一个“弱振操作”(5Grms±3Grms),用于发现被较高振动量级的极强应力所掩盖的缺陷。通过这个技巧可以有效地辅助焊接裂缝的检测。

  4) 振动量级的上限以样件的振动极限或试验设备极限为准。

  5) 找到产品的振动极限后,必要时可将试验进行到破坏极限或设备极限为止。由于在较高量级的振动条件下,不能确认产品是否功能完全正常,因此在每一步结束后进行一个“弱振操作”以确定样件是否功能正常是非常必要的。

3.1.4  综合试验

  1) 至少进行 5 循环的综合试验(除非在试验中发生失效),根据图 4  试验剖面进行试验。

图 4 GMW8287综合试验示例剖面

  2) 本试验的温度范围选取工作温度极限(注意:这里不±5℃),或缩小的工作温度极限(当属于某种特殊情况时,如样件上包含软塑料)。缩小工作温度极限是为了保证设备的温度过冲不会导致破坏性失效。在每一个温度极限下的最短保持时间是 10min。

  3) 起始振动量级由振动极限除以5获得,在每个温度循环后的振动步进量也采用该量级(例如:在振动步进试验中找到的产品振动极限是 35Grms,则本试验的第一个温度循环应该在 7Grms下进行。在每完成一个温度循环后振动量级增加 7Grms——循环1:7 Grms,循 2:14 Grms,循环3:21Grms,循环4:28Grms,循环 5:35 Grms)。如果在振动步进试验中未找到振动极限,则使用设备极限除以5,注意此时使用的是较小的起始振动量级和步进量。

  4) 建议在每一步结束后进行一个“弱振操作”(5Grms±3Grms),用于发现被较高振动量级的极强应力所掩盖的缺陷。

  5) 在每个保持时间结束时进行功能测试,总保持时间的长短取决于功能测试时间的长短。HALT试验的整体试验剖面如图 5 所示。

图 5 GMW8287 HALT试验整体示例剖面

3.1.5 样件异常处理措施当在 HALT试验中发现失效后,应进一步确定失效发生的原因,针对每一种失效进行根本原因分析,并确定适当的纠正措施。对从 HALT试验结果中归纳出来的纠正措施需要进行工程决策。从缺陷的确认到纠正措施的采取这一整个过程都需要清楚地记录在问题报告和跟踪过程中。这个形式可以采取反馈 DFMEA分析中的行动项的方式,或者研发和确认过程中的事件跟踪的方式。

3.1.6 监测产品性能稳定性:定期Re-HALT在产品设计阶段进行过HALT试验,并获得产品的工作极限后,需要每 9个月或 1年对已批产的产品进行一次Re-HALT试验,以确认产品的性能是否稳定。如果定期 Re-HALT试验发现产品的性能呈持续下降的趋势,则需要缩短定期 Re-HALT试验的周期。如果在 Re-HALT试验中,产品的工作极限下降到95%以下,则需要进行根本原因分析,并决策是否需要采取纠正措施或评估风险是否可接受。

3.2     Ford CETP00.00-E-412方法

   试验分五个步骤进行:低温试验、高温试验、温度冲击试验、振动试验、综合试验。温度和温度冲击试验使用 3个样件,振动试验使用3个新的样件。

3.2.1  低温试验

3.2.1.1 试验步骤

  1) 将 3个 DUT放置到试验箱,把2个热电偶粘到其中一个样件的PCB板表面。

  2) 以最高 4℃/min的速度降低温度到-40℃,运行 DUT,看是否工作正常。

  3) 关闭 DUT,降低 5℃并保持 5分钟。结束后,运行 DUT,看是否工作正常。

  4) 继续进行直至出现异常或达到-100℃。

  5) 试验结束后,以 4℃/min返回常温。

3.2.1.2 样件异常处理措施

如果 DUT出现异常,记录温度和坏项。

  1) 重复关闭/打开 DUT看是否恢复。

  2) 如果恢复,则保持 5分钟后,继续进行试验。

  3) 如果没有恢复,关闭 DUT并返回到工作正常的温度下,保持 5分钟后打开 DUT检查功能。如果没有恢复,则继续上升5℃,直至工作正常或达到-40℃。如果组件恢复,记录恢复时的温度并在指定电压下检查功能。

  4) 如果样件不能恢复正常,则记录到试验日志中,从试验中移除 DUT供以后分析。

  5) 如果不是所有的样件失效,则以 4℃/min  返回到先前的设置点并继续试验,直至 DUT出现异常或达到-100℃。

  6) 如果样件在-40℃或更低的温度恢复正常,则继续进行高温试验。否则,用新的样件替换,继续试验。注:任何在-55℃以上出现的异常都被认为是失效,必须用 8D的方法进行分析。

3.2.2  高温试验

3.2.2.1 试验步骤

  1) 将 3个DUT放置到试验箱,把2个热电偶粘到其中一个样件的PCB板表面。

  2) 以最高 4℃/min的速度升高温度到 75℃,运行 DUT,看是否工作正常。

  3) 关闭 DUT,升高 5℃并保持时间 5分钟。结束后,运行 DUT,看是否工作正常。

  4) 继续进行直至出现异常或达到最高工作温度+50℃。

  5) 试验结束后,以 4℃/min返回常温。

3.2.2.2 样件异常处理步骤

如果 DUT出现异常,记录温度和坏项。

  1) 重复关闭/打开 DUT看是否恢复。

  2) 如果恢复,则保持 5分钟后,继续进行试验。

  3) 如果没有恢复,关闭 DUT并返回到工作正常的温度下,保持 5分钟后打开 DUT检查功能。如果没有恢复,则继续下降5℃并保持 5分钟,直至工作正常或达到 75℃。如果组件恢复,记录恢复时的温度并在指定电压下检查功能。

  4) 如果样件不能恢复正常,则记录到试验日志中,从试验中移除 DUT供以后分析。

  5) 如果不是所有的样件失效,则以 4℃/min  返回到先前的设置点并继续试验,直至 DUT出现异常或达到最高工作温度+50℃。

  6) 如果样件在 75℃或更高的温度恢复正常,则继续进行温度冲击试验。否则,用新的样件替换,继续试验。注:任何在最高工作温度 +15℃以下出现的异常都被认为是失效,必须用8D的方法进行分析。

3.2.3  温度冲击试验

3.2.3.1 试验步骤

  1) 将 DUT放置到试验箱,把 2个热电偶粘到其中一个样件的  PCB板表面。

  2) 以最高 4℃/min的速度降低温度到-40℃,运行 DUT,看是否工作正常。

  3) 以 15℃/min开始温度冲击试验,升温达到最高储存温度。保持足够长时间,直至 PCB板温度达到最高储存温度。

  4) 关闭 DUT,返回到-40℃。重复打开/关闭的循环至 5次循环结束

  5) 温变速率增加 5℃/min,重复 5个循环,直至 DUT异常或温变速率达到50℃/min.

3.2.3.2 样件异常处理步骤

如果 DUT出现异常,记录温度和坏项。

  1) 重复关闭/打开 DUT看是否恢复。

  2) 如果恢复,则记录到试验日志中,继续进行试验直至达到 50℃/min或出现用关闭/打开电源的方法无法恢复的异常。

  3) 记录变化速率和异常现象,关闭 DUT并返回到工作正常的变化速率下。

  4) 一个循环后打开 DUT,验证运行情况。

  5) 如果没有恢复,继续降低变化速率,直至恢复或达到 10℃/min。

  6) 如果恢复,则记录变化速率到日志中。将 DUT以 4℃/min的速率返回常温,检查功能。

  7) 如果样件不能恢复正常,则记录到试验日志中,从试验中移除 DUT供以后分析。

  8) 如果不是所有的样件失效,返回到先前的变化速率并继续试验,直至所有的 DUT出现异常或达到  50℃/min的变化速率。

  9) 完成后,返回到常温,继续振动试验

注:任何在 30℃/min变化速率以下出现的异常都被认为是失效,必须用8D的方法进行分析。

3.2.4  振动试验

3.2.4.1 试验步骤

  1) 将 DUT固定到振动台上,把三轴向加速计(控制传感器)粘到其中一个样件的外壳上。如果可行,粘两个热电偶到 PCB板表面。

  2) 开始振动试验,持续监控 DUT并慢慢升高加速度至 5gs。保持 5分钟。

  3) 如果 DUT工作正常,则继续增加 5gs加速度,保持5分钟。

  4) 重复上一步,直至 DUT出现异常或达到 20gs。

  5) 20gs以后,每步增加量减少至2.5gs,直至达到50gs或出现异常。

3.2.4.2 样件异常处理步骤

如果 DUT出现异常,记录加速度值和坏项:

  1) 重复关闭/打开 DUT看是否恢复。

  2) 果恢复,在该加速度下保持 5分钟,继续进行下一步试验。

  3) 如果没有恢复,关闭 DUT并返回到工作正常的振动条件下,检查功能,看是否正常。如果没有恢复,关闭 DUT并以5g的步进降低振动加速度,保持 2分钟,直至恢复正常或达到  5gs。

  4) 如果恢复,记录下恢复时的加速度,在规定的电压下检查功能。

  5) 如果 DUT不能恢复,则记录到日志中,并以最高 4℃/min的速率返回室温,从试验中移除,待以后分析。

  6) 如果不是所有的样件失效,返回到上一个设置点,继续试验,直至失效或达到 50gs。

  7) 如果 DUT 通过,则继续进行温度冲击/振动综合试验。如果没通过,则用新的 DUT替换,进行综合试验。

注:任何在 20gs以下出现异常的  DUT被认为是失效的,必须用  8D的方法分析解决。

3.2.5  温度冲击/振动综合试验

3.2.5.1 试验步骤

  1) 确认 DUT牢固的安装在设备台上。打开 DUT并验证工作是否正常。

  2) 以 4℃/min 的速率降低温度到-40℃。以温度冲击试验中,最后的  DUT工作正常时的变化速率,开始温度冲击循环。同时,以振动试验中,最后的 DUT工作正常时的加速度,开始振动。

  3) 振动以 2分钟间隔打开/关闭。当温度降低时,关闭 DUT。当温度上升时,打开DUT.

  4) 用热电偶检测 PCB板达到最低或最高温度,然后开始上升/下降循环。

  5) 继续进行 20个循环或出现异常。

3.2.5.2 样件异常处理步骤

如果出现异常,则记录到试验日志中,包括:异常现象、振动开 /关、温度状态、上升/下降或状态。

  1) 重复关闭/打开 DUT,看是否恢复正常。

  2) 如果恢复正常,则继续试验。

  3) 如果没有恢复,关闭 DUT,关闭振动,以 4℃/min的速率返回到室温。打开 DUT看是否恢复,如果恢复,记录到日志中。

  4) 如果将 DUT 置于之前出现问题的条件下,DUT工作正常,则继续进行试验至 20个循环或出现下一个异常。

  5) 将进行完20个循环,没异常的 DUT,记录到日志中,关闭振动,以 4℃/min的速度返回常温。

3.3  其它标准

   暂无。

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