汽車零部件檢測實驗室

GMW8287-2011及Ford CETP00.00-E-412高加速壽命測試解讀

 
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1  試驗目的

   本試驗主要應用于產品研發設計階段,用于快速發現產品設計的薄弱環節,或快速確認產品的工作條件極限和破壞極限,包括溫度條件和振動條件。注意,本試驗不適用于確認產品的使用/設計壽命是否滿足要求。

2  試驗設備

試驗設備需達到如下條件:

3  試驗方法

3.1     GMW 8287方法

   試驗分四個步驟進行:溫度步進試驗、快速溫變試驗、振動步進試驗、綜合試驗。當發生失效后,應該允許更換新樣件繼續進行試驗(無樣件數量和樣件分配要求)。

3.1.1 溫度步進試驗

  1) 試驗從室溫(一般在+20℃~+30℃之間)開始。在試驗前,應該根據所涉及材料的相變溫度確定出樣件的最大(工作)溫度范圍。為了使電子部件達到更高的試驗溫度,試驗時最好拆掉產品的塑料殼體。本試驗不允許發生材料的相變,溫度范圍的合理性關鍵在于故意制造低級失效。步進量一般選取 10℃/次(如有必要也可選取 20℃/次),根據圖 1 試驗剖面進行試驗。

圖 1 GMW8287溫度步進示例剖面

  2) 溫度保持時間以樣件溫度完全達到穩定為準。一般要求在樣件溫度達到試驗設定溫度值(熱電偶采集值)之后再保持 5min~15min,以保證樣件溫度達到穩定和飽和。根據樣件的熱質量來確定選用最短保持時間還是最長保持時間。在溫度保持結束后立即進行全功能檢查,或者在整改溫度步進試驗過程中進行全功能檢查。

  3) 試驗溫度的下(上)限以樣件工作溫度極限或試驗設備溫度極限為準。

  4) 找到產品的工作溫度極限時(失效發生),步進量統一選取 10℃/次。這時應該繼續將試驗進行到破壞極限或設備極限為止,一般情況下,當樣件不能完全正常工作時,需將溫度應力進行回退(例如:回退到+20℃或+20℃到工作極限之間),用以確認樣件是否還能正常工作。這里確認的工作溫度極限對于每一個試驗都是非常重要的。但是,對于較昂貴的原理樣機級別的樣件可以不繼續進行,待樣件達到較成熟狀態、成本較低時再確認破壞極限。

3.1.2 快速溫變試驗

  1) 至少進行 3個循環的快速溫變試驗(除非在試驗中發生失效)。溫變速率采用設備所能達到的最快溫變速率。有時考慮到試驗時間有限或產品的物理特性,可以跳過本試驗,而僅在綜合試驗中進行快速溫變試驗。然而,一般還是建議進行本試驗,因為可以通過此試驗確認樣件在綜合試驗中被振動所遮蓋的溫變率敏感度,根據圖 2  試驗剖面進行試驗。

圖 2 GMW8287快速溫變示例剖面

  2) 本試驗的溫度范圍一般情況下選取比工作溫度極限低 5℃的應力值,這里的工作溫度極限是在溫度步進試驗中得到。例如:當工作溫度極限是-50℃~+ 100℃時,本試驗的最小溫度范圍應該是-45℃~+95℃。有一些特殊情況除外,例如當材料的相變溫度接近工作溫度極限時,一個典型的例子就是在試驗過程中必須保留產品的塑料殼體(部件),在這種情況下,就需要縮小本試驗的溫度范圍,以避免設備的溫度過沖導致塑料部件發生影響產品功能的融化或變形。例如:當一個 ABS樣件帶著塑料殼體進行試驗時,溫度范圍就需要縮小至-45℃~+90℃。

  3) 在樣件溫度達到試驗設定溫度值(熱電偶采集值)之后至少再保持5min.

  4) 在溫度變化過程中需持續進行功能測試,如果可能,需確認是否存在對溫變速率敏感的問題(如詳細記錄對溫度變化敏感的現象或數據)。

3.1.3 振動步進試驗

  1) 在帶寬≥2Hz~2000Hz 的條件下,試驗從設備設定值為1Grms~10Grms之間(推薦值為 5Grms)開始,步進量為 1Grms~10Grms之間(推薦值為 5Grms),根據圖 3 試驗剖面進行試驗。

圖 3 GMW8287振動步進示例剖面

  2) 每一步的保持時間至少為 10min,在每次保持時間結束時進行功能測試,因此,每一步的總保持時間取決于對樣件進行一輪功能測試的時間。

  3) 建議在每一步結束后進行一個“弱振操作”(5Grms±3Grms),用于發現被較高振動量級的極強應力所掩蓋的缺陷。通過這個技巧可以有效地輔助焊接裂縫的檢測。

  4) 振動量級的上限以樣件的振動極限或試驗設備極限為準。

  5) 找到產品的振動極限后,必要時可將試驗進行到破壞極限或設備極限為止。由于在較高量級的振動條件下,不能確認產品是否功能完全正常,因此在每一步結束后進行一個“弱振操作”以確定樣件是否功能正常是非常必要的。

3.1.4  綜合試驗

  1) 至少進行 5 循環的綜合試驗(除非在試驗中發生失效),根據圖 4  試驗剖面進行試驗。

圖 4 GMW8287綜合試驗示例剖面

  2) 本試驗的溫度范圍選取工作溫度極限(注意:這里不±5℃),或縮小的工作溫度極限(當屬于某種特殊情況時,如樣件上包含軟塑料)??s小工作溫度極限是為了保證設備的溫度過沖不會導致破壞性失效。在每一個溫度極限下的最短保持時間是 10min。

  3) 起始振動量級由振動極限除以5獲得,在每個溫度循環后的振動步進量也采用該量級(例如:在振動步進試驗中找到的產品振動極限是 35Grms,則本試驗的第一個溫度循環應該在 7Grms下進行。在每完成一個溫度循環后振動量級增加 7Grms——循環1:7 Grms,循 2:14 Grms,循環3:21Grms,循環4:28Grms,循環 5:35 Grms)。如果在振動步進試驗中未找到振動極限,則使用設備極限除以5,注意此時使用的是較小的起始振動量級和步進量。

  4) 建議在每一步結束后進行一個“弱振操作”(5Grms±3Grms),用于發現被較高振動量級的極強應力所掩蓋的缺陷。

  5) 在每個保持時間結束時進行功能測試,總保持時間的長短取決于功能測試時間的長短。HALT試驗的整體試驗剖面如圖 5 所示。

圖 5 GMW8287 HALT試驗整體示例剖面

3.1.5 樣件異常處理措施當在 HALT試驗中發現失效后,應進一步確定失效發生的原因,針對每一種失效進行根本原因分析,并確定適當的糾正措施。對從 HALT試驗結果中歸納出來的糾正措施需要進行工程決策。從缺陷的確認到糾正措施的采取這一整個過程都需要清楚地記錄在問題報告和跟蹤過程中。這個形式可以采取反饋 DFMEA分析中的行動項的方式,或者研發和確認過程中的事件跟蹤的方式。

3.1.6 監測產品性能穩定性:定期Re-HALT在產品設計階段進行過HALT試驗,并獲得產品的工作極限后,需要每 9個月或 1年對已批產的產品進行一次Re-HALT試驗,以確認產品的性能是否穩定。如果定期 Re-HALT試驗發現產品的性能呈持續下降的趨勢,則需要縮短定期 Re-HALT試驗的周期。如果在 Re-HALT試驗中,產品的工作極限下降到95%以下,則需要進行根本原因分析,并決策是否需要采取糾正措施或評估風險是否可接受。

3.2     Ford CETP00.00-E-412方法

   試驗分五個步驟進行:低溫試驗、高溫試驗、溫度沖擊試驗、振動試驗、綜合試驗。溫度和溫度沖擊試驗使用 3個樣件,振動試驗使用3個新的樣件。

3.2.1  低溫試驗

3.2.1.1 試驗步驟

  1) 將 3個 DUT放置到試驗箱,把2個熱電偶粘到其中一個樣件的PCB板表面。

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

  3) 關閉 DUT,降低 5℃并保持 5分鐘。結束后,運行 DUT,看是否工作正常。

  4) 繼續進行直至出現異?;蜻_到-100℃。

  5) 試驗結束后,以 4℃/min返回常溫。

3.2.1.2 樣件異常處理措施

如果 DUT出現異常,記錄溫度和壞項。

  1) 重復關閉/打開 DUT看是否恢復。

  2) 如果恢復,則保持 5分鐘后,繼續進行試驗。

  3) 如果沒有恢復,關閉 DUT并返回到工作正常的溫度下,保持 5分鐘后打開 DUT檢查功能。如果沒有恢復,則繼續上升5℃,直至工作正?;蜻_到-40℃。如果組件恢復,記錄恢復時的溫度并在指定電壓下檢查功能。

  4) 如果樣件不能恢復正常,則記錄到試驗日志中,從試驗中移除 DUT供以后分析。

  5) 如果不是所有的樣件失效,則以 4℃/min  返回到先前的設置點并繼續試驗,直至 DUT出現異?;蜻_到-100℃。

  6) 如果樣件在-40℃或更低的溫度恢復正常,則繼續進行高溫試驗。否則,用新的樣件替換,繼續試驗。注:任何在-55℃以上出現的異常都被認為是失效,必須用 8D的方法進行分析。

3.2.2  高溫試驗

3.2.2.1 試驗步驟

  1) 將 3個DUT放置到試驗箱,把2個熱電偶粘到其中一個樣件的PCB板表面。

  2) 以最高 4℃/min的速度升高溫度到 75℃,運行 DUT,看是否工作正常。

  3) 關閉 DUT,升高 5℃并保持時間 5分鐘。結束后,運行 DUT,看是否工作正常。

  4) 繼續進行直至出現異?;蜻_到最高工作溫度+50℃。

  5) 試驗結束后,以 4℃/min返回常溫。

3.2.2.2 樣件異常處理步驟

如果 DUT出現異常,記錄溫度和壞項。

  1) 重復關閉/打開 DUT看是否恢復。

  2) 如果恢復,則保持 5分鐘后,繼續進行試驗。

  3) 如果沒有恢復,關閉 DUT并返回到工作正常的溫度下,保持 5分鐘后打開 DUT檢查功能。如果沒有恢復,則繼續下降5℃并保持 5分鐘,直至工作正?;蜻_到 75℃。如果組件恢復,記錄恢復時的溫度并在指定電壓下檢查功能。

  4) 如果樣件不能恢復正常,則記錄到試驗日志中,從試驗中移除 DUT供以后分析。

  5) 如果不是所有的樣件失效,則以 4℃/min  返回到先前的設置點并繼續試驗,直至 DUT出現異?;蜻_到最高工作溫度+50℃。

  6) 如果樣件在 75℃或更高的溫度恢復正常,則繼續進行溫度沖擊試驗。否則,用新的樣件替換,繼續試驗。注:任何在最高工作溫度 +15℃以下出現的異常都被認為是失效,必須用8D的方法進行分析。

3.2.3  溫度沖擊試驗

3.2.3.1 試驗步驟

  1) 將 DUT放置到試驗箱,把 2個熱電偶粘到其中一個樣件的  PCB板表面。

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

  3) 以 15℃/min開始溫度沖擊試驗,升溫達到最高儲存溫度。保持足夠長時間,直至 PCB板溫度達到最高儲存溫度。

  4) 關閉 DUT,返回到-40℃。重復打開/關閉的循環至 5次循環結束

  5) 溫變速率增加 5℃/min,重復 5個循環,直至 DUT異?;驕刈兯俾蔬_到50℃/min.

3.2.3.2 樣件異常處理步驟

如果 DUT出現異常,記錄溫度和壞項。

  1) 重復關閉/打開 DUT看是否恢復。

  2) 如果恢復,則記錄到試驗日志中,繼續進行試驗直至達到 50℃/min或出現用關閉/打開電源的方法無法恢復的異常。

  3) 記錄變化速率和異?,F象,關閉 DUT并返回到工作正常的變化速率下。

  4) 一個循環后打開 DUT,驗證運行情況。

  5) 如果沒有恢復,繼續降低變化速率,直至恢復或達到 10℃/min。

  6) 如果恢復,則記錄變化速率到日志中。將 DUT以 4℃/min的速率返回常溫,檢查功能。

  7) 如果樣件不能恢復正常,則記錄到試驗日志中,從試驗中移除 DUT供以后分析。

  8) 如果不是所有的樣件失效,返回到先前的變化速率并繼續試驗,直至所有的 DUT出現異?;蜻_到  50℃/min的變化速率。

  9) 完成后,返回到常溫,繼續振動試驗

注:任何在 30℃/min變化速率以下出現的異常都被認為是失效,必須用8D的方法進行分析。

3.2.4  振動試驗

3.2.4.1 試驗步驟

  1) 將 DUT固定到振動臺上,把三軸向加速計(控制傳感器)粘到其中一個樣件的外殼上。如果可行,粘兩個熱電偶到 PCB板表面。

  2) 開始振動試驗,持續監控 DUT并慢慢升高加速度至 5gs。保持 5分鐘。

  3) 如果 DUT工作正常,則繼續增加 5gs加速度,保持5分鐘。

  4) 重復上一步,直至 DUT出現異?;蜻_到 20gs。

  5) 20gs以后,每步增加量減少至2.5gs,直至達到50gs或出現異常。

3.2.4.2 樣件異常處理步驟

如果 DUT出現異常,記錄加速度值和壞項:

  1) 重復關閉/打開 DUT看是否恢復。

  2) 果恢復,在該加速度下保持 5分鐘,繼續進行下一步試驗。

  3) 如果沒有恢復,關閉 DUT并返回到工作正常的振動條件下,檢查功能,看是否正常。如果沒有恢復,關閉 DUT并以5g的步進降低振動加速度,保持 2分鐘,直至恢復正?;蜻_到  5gs。

  4) 如果恢復,記錄下恢復時的加速度,在規定的電壓下檢查功能。

  5) 如果 DUT不能恢復,則記錄到日志中,并以最高 4℃/min的速率返回室溫,從試驗中移除,待以后分析。

  6) 如果不是所有的樣件失效,返回到上一個設置點,繼續試驗,直至失效或達到 50gs。

  7) 如果 DUT 通過,則繼續進行溫度沖擊/振動綜合試驗。如果沒通過,則用新的 DUT替換,進行綜合試驗。

注:任何在 20gs以下出現異常的  DUT被認為是失效的,必須用  8D的方法分析解決。

3.2.5  溫度沖擊/振動綜合試驗

3.2.5.1 試驗步驟

  1) 確認 DUT牢固的安裝在設備臺上。打開 DUT并驗證工作是否正常。

  2) 以 4℃/min 的速率降低溫度到-40℃。以溫度沖擊試驗中,最后的  DUT工作正常時的變化速率,開始溫度沖擊循環。同時,以振動試驗中,最后的 DUT工作正常時的加速度,開始振動。

  3) 振動以 2分鐘間隔打開/關閉。當溫度降低時,關閉 DUT。當溫度上升時,打開DUT.

  4) 用熱電偶檢測 PCB板達到最低或最高溫度,然后開始上升/下降循環。

  5) 繼續進行 20個循環或出現異常。

3.2.5.2 樣件異常處理步驟

如果出現異常,則記錄到試驗日志中,包括:異?,F象、振動開 /關、溫度狀態、上升/下降或狀態。

  1) 重復關閉/打開 DUT,看是否恢復正常。

  2) 如果恢復正常,則繼續試驗。

  3) 如果沒有恢復,關閉 DUT,關閉振動,以 4℃/min的速率返回到室溫。打開 DUT看是否恢復,如果恢復,記錄到日志中。

  4) 如果將 DUT 置于之前出現問題的條件下,DUT工作正常,則繼續進行試驗至 20個循環或出現下一個異常。

  5) 將進行完20個循環,沒異常的 DUT,記錄到日志中,關閉振動,以 4℃/min的速度返回常溫。

3.3  其它標準

   暫無。

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