产品环境测试基础知识-系统环境试验

80 溫度
25
時間
高溫環境效應
熔化/變軟/升華/黏性/還原/蒸發
操作溫度每增加10℃,其失效率加倍. 使產品全體或部份材料尺寸改變。 不同材料因不同膨脹特性而使零件卡死。 潤滑劑因失去黏性而失去潤滑作用。 零組件,軸承,墊圈變形。 變壓器機電過熱損燬。 密閉件內部產生高壓。 材料變質。 電阻值改變。 縮短產品壽命。
操作壽命試驗又稱為複合環境可靠度試驗 操作壽命試驗目的：
為評估物品在操作階段的操作時間績效
一般試驗規劃以溫度與時間的變化關係為主 考慮遭遇環境有：溫度,振動,濕度,…. 工作條件：操作,電流,電壓,頻率…. 一般壽命試驗時所量測與記錄的是試件的失效時間 11
加速壽命試驗(ALT)
(accelerated life test)利用產品特性隨時間劣化的關係,在比正常使 用為高的應力下進行壽命試驗,以便在較短的試驗時間內獲得物品 的失效數據
環境參數 溫度 加速度 速度 高度 雨量 頻率 時間 軸向 濕度
嚴厲度 -10℃ 100g 70in/sec 92cm 10ml/min 500Hz 3小時 X,Y,Z軸 % (R.H) 17
常見的環境項目
自然環境測試 動力環境測試 邊際損壞曲線測試 高加速壽命試驗
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國際規範 與 WTO
WTO世界貿易組織
21
CNS 中國國家標準
CNS 總號14336 (資訊技術設備安全通則)
(原CNS 12919 C6343 已廢止 )
CNS 總號3623 類號 C6010 濕熱
CNS 總號3627 類號 C6014 鹽霧
CNS 總號3629 類號 C6016 正弦振動
CNS 總號12715 類號 C6336 碰撞
以ISO/IEC
所提供之國際標準為調合各國技術規定之範本
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IEC簡介
原文:(International Electrotechnical Commision)
譯文:國際電工委員會
組成:1960年由代表全球工業之51個國家委員組成
共同制訂: IEC68環境試驗標準
IEC721環境條件分級與嚴厲度標準
溫度:1000,800,630,500,400,315,250,200,175,155,125,100,85,70,55,40,30oC 絕對溼度 :20 g/m3 (35oC /50% R.H ) 駐留時間 : 2,16,72,96小時 溫變率:每分鐘不超過1oC 溫度容差 : ±2oC ~±5oC
29
30
溫度變化/循環試驗
目的:評估產品物件於溫度變化或溫度連續變化環境所受的影響 條件: (依相關規範規定)
(a)在特定時間內快速溫度變化(變化率：不超過駐留的1/10) (b) 特定溫度變率之溫度變化(每分鐘1, 3, 5oC) (c) 雙液體浸泡法之快速溫度變化(8秒~2秒)
溫度 60 A 25
根據已知或假設的劣化關係,推定物品在實際正常使用狀況下的平 均失效時間或失效率
常見的加速壽命試驗方法：
時間加速
增加單位時間內 動作的反覆次數
應力加速
加重使用應力 短時間內
強制失效發生
判定加速
依劣化失效物之 特性參數與
壽命終點等數據 作產品壽命判定
12
環境應力篩選(ESS)
ESS: ENVIRONMENTIAL STRESS SCREENING 產品在設計強度極限下,運用加速技巧,找出已存在於產品中的潛在 瑕疵,以避免該產品於使用過程中,受到環境應力的考驗時導致失效 發生 ESS測試以隨機振動測試,溫度測試或兩者合併測試為主 嚴格來說ESS是一種提高產品品質的生產程序,而非環境試驗 參考規範：MIL-STD-2164 …. 90年代先進的篩選技術
失 效 分 析
5
評鑑產品的品質
壽命試驗 耐久試驗
驗證產品的環境適應能力 環境驗證試驗 環境可靠度試驗
剔除產品早期失效
環境應力篩選 環境接收試驗
好處
了解產品為何失效 作為設計改進參考
失效應力試驗 應力步進試驗
發掘產品弱點研究改進
環境發展試驗 設計驗證試驗
6
試驗分類
環境鑑定試驗 可靠度驗證試驗 環境應力篩選
CNS 總號12565 類號 C6334 溫濕循環
CNS 總號12866 類號 C6340 低溫低壓
……..
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其它國際規範
日本JIS環境試驗標準
在GATT東京簽訂非貿易障礙協定後,日本工業標準(JIS)已逐漸改 採IEC國際標準
以電器產品之環境試驗規範為例,自JIS-C-0010至JIS-C-0093,其中 共27項規範直接引用IEC68-2環境試驗標準
系統環境試驗
1
環境試驗項目及其一般使用規範
2
產品為甚麼要作環境試驗?
3
生命週期與環境因子
組件 成品 儲存 運輸
報廢
維護
使用
4
環境試驗工程的導入
//
初 設製 操 步 計造 作 構 研組 使
不 良
回 收
想 發裝 用 報
廢
產環 品境 壽因 命子
環設Fra Baidu bibliotek境計 規驗 格證
零篩現 組除況 件不評
良估
規品 格質 驗鑑 收定
溫度容差 : 高溫 ±2oC
55
95%
常溫 ±3oC
60% 25
3
9
3
24
95% 9
時間 小時 36
溼熱溫度循環效應
高溫影響 水氣吸收吸附作用 膨脹 減弱結構強度 化學腐蝕電解作用 增加絕緣體導電作用
15
成品與環境因子
成
高低溫/溫度循環
品
儲存 砂塵/鹽霧/霉菌
所
日曬/濕度/衝擊
遭
受 之
運輸
高低溫/砂塵/鹽霧 高度/日曬振動/衝擊
環 境 因
使用
高低溫/溫度循環 溫度衝擊/砂塵/鹽霧 高度/日曬/振動/衝擊
子
雨淋/音爆…
16
名詞說明
環境條件 氣候條件 機械條件 生物條件 操作條件
環境因 子
冷 熱 振動 雨水 沙塵 鹽霧 掉落 氣壓
HOBBS ENGINEERING CO., ----------HALT/HASS
SCREENING SYSTEM , INC.-----------SMART/FAST
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可靠度工程試驗
可靠度鑑證試驗
可靠度決定試驗
可靠度符合試驗
可靠度發展試驗 可靠度鑑定試驗 生產可靠度接收試驗
決 策 階段
可靠度試驗
應用目的 樣本量
驗證產品對環 境的適應性
抽樣
驗證產品的可靠 性
抽樣
將潛在缺點加 速激發成失效 故障,據此資料 加以改進
100%
接收/拒收 有
有
無
失效數要求 不許失效
允許規定數量之 希望找出失效
失效
故障
7
可靠度試驗
凡是與產品失效及失效所產生的效應有關的試驗統稱
為可靠度試驗
廣義 功能試驗
環境試驗
狹義
壽命試驗
包括： 可靠度鑑定試驗 MTBF試驗 壽命試驗 耐久試驗
加速壽命試驗
環境接收試驗
階梯步進應力試驗
失效應力試驗
設計強度試驗
9
可靠度試驗的各種分類
按屬性區分： 定性試驗 發現製品弱點,潛在缺陷,確認其
品質保證程度所作的可靠度試驗
可靠度應力篩選,環境試驗,階梯步進試驗
定量試驗 依試驗結果獲得的資料
可直接推測試件可靠度值
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溼熱溫度循環試驗
(Damp heat , cyclic)
目的:評估產品物件於高溼及溫度循環環境下,操作及儲存適應
性
IEC 參考條件: 溫度: 25~40oC (或55oC)
相對溼度: 80~100%
循環時間 :(a) 40oC --2,6,12,21,56天
溫度
(b) 55oC --1,2,6 天
使材料硬化及脆化。 不同材料因不同收縮特性而使零件卡死。 潤滑劑因黏性增加而失去潤滑作用。 減低耐衝擊能力,試件產生裂痕。 組件如電阻電容電性改變。 變壓器機電功能改變。 玻璃產生靜力疲勞。 緩衝結構變硬。 氣體凝結,水份冰凍
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高溫試驗(Dry heat)
目的:評估產品物件於高溫環境下操作或儲存的能力 IEC 參考條件:
ETS300 019
由歐洲通訊標準研究院(ETSI)依IEC721與IEC68制訂輸歐通訊產 品環境需求與驗證標準 ETS300 019-1 環境需求,條件等級,定義 ETS300 019-2 試驗方法,決定參數與嚴厲度
ASTM (美國運輸協會)
例：ASTM D3332 D3580 D4728 D999 D4169 D5276…..
目的:評估產品物件於定溫度,高相對溼度下,操作及儲存 之適應性
IEC 參考條件: 溫度: 40oC
相對溼度: 93%
駐留時間 : 4,10,21,56天
溫度
溫度容差 : ±2oC
90% R.H 40
25 時間
穩態濕熱環境效應
溫度影響 水氣吸收吸附作用 減弱結構強度 化學腐蝕電解作用 增加絕緣體導電作用 低濕則造成乾燥變脆易移動磨損
IEC605試驗輪廓
IEC 68序列序次自1970年開始發佈
68-1 大氣條件與試驗之資料
68-2 系列試驗與試驗指南
68-3 系列試驗之背景資訊及地震試驗方法
68-4 提供規範撰寫者所需的資訊
68-5 草擬試驗方法之指引
IEC 721環境條件分級序列自1980年開始發佈,包含:
721-1 環境參數及其嚴厲度
可靠度應力篩選
8
可靠度試驗的目的
當產品的基本設計架構完成後,配合研發之進度必須運
用各種驗證方法 證明研發物件的可靠度是否能 滿足規定的需求
依目的分類:
改善型 選別型
確認型
包括： 環境發展試驗 可靠度發展試驗 設計驗證試驗 零件材料鑑定試驗
包括： 零件可靠度篩選試驗 製程環境應力篩選試驗 成品可靠度保證試驗 出廠驗收試驗
壽命試驗 , 耐久試驗,
MTBF試驗 , 失效率試驗
按試件分類：
系統產品試驗
組件試驗
出廠驗收試驗
零件試驗
製程環境應力篩選 環境接收試驗
進料試驗
製程功能試驗
環境鑑定試驗
零件鑑定試驗
生產可靠度試驗
零件可靠度篩選
可靠度鑑定試驗
10
壽命試驗
操作壽命試驗
間斷操作壽命試驗
靜態操作壽命試驗
連續操作壽命試驗
動態操作壽命試驗
場 所
實驗室試驗
應力篩選
壽命試驗
環境試驗
功能試驗
數據
環境試驗 壽命試驗 成敗試驗
現場試驗
操作壽命試驗 加速壽命試驗 儲存運輸試驗 操作監測試驗 14
環境因子
環境因子依其特性及效應可分為:
一.自然環境 二.動力環境 三.輻射環境
高溫,低溫,溫度循環,溫度衝擊,砂塵,鹽霧,日曬, 雨淋,溼度,音爆,黴菌,高度,浸水.. 振動,運輸,衝擊,振動,跌落,輻射.. 太陽輻射,靜電,雜散電流,電磁干擾,電磁輻射, 核輻射 ..
-20
B
時間
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溫度變化環境效應
溫度衝擊/不同溫度效應/破裂/化學反應
易使玻璃製品和光學裝備破裂。 可動零件卡死。 急速凝結水或冰,造成電子或機械失效。 不同材料造成膨脹與收縮特性 表面塗料龜裂。 密閉件漏氣。 有機材料變質。 組件變形。 結構電性改變。
32
33
穩態溼熱試驗
(Damp heat ,steady state)
取代GATT成為負責國際多邊貿易談判與維持國際經貿規則的新機構
WTO會員國必需遵守技術貿易障礙協定(ATBT)
各會員國須公開其技術規定,不可蓄意製造貿易障礙。 技術規定中應以性能要求產品,而非設計或外型要求。
WTO認為現有之國際標準有助於國際貿易管道之通 暢, WTO技術貿易障礙委員會(CTBT)為公平對待各 會員國,因此
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溫度試驗
低溫試驗(Cold test)
目的:評估產品物件於低溫環境下操作或儲存的能力
IEC 參考條件: 溫度: -65,-55,-40,-25,-10,-5,+5 oC
駐留時間 : 2,16,72,96小時
溫變率:每分鐘不超過1oC
溫度
溫度容差 : ±3oC
25
-5 時間
低溫環境效應
變脆/結冰/增加黏性/固化/減弱機械強度/物理收縮
721-2 自然界的環境條件
721-3 環境參數及其嚴厲度群組`之分級
IEC 605 系列
605-2 試驗週期規劃指引
605-3 最佳的試驗條件
…….
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MIL-STD美軍標準
MIL-STD-810E (環境試驗方法與指導方針) MIL-STD-202F (電子電器零件試驗法) MIL-STD-883C (微電子零件試驗方法與程序) NAVMAT 美國海軍規範 MIL-STD-210 美國世界各地氣候統計表
JEDEC (美規) 適用 半導體元件
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自然環境測試
溫度試驗 減氣壓 鹽霧試驗 雨淋 噪音
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自然環境測試
溫度試驗
低溫試驗(Cold test) 高溫試驗(Dry heat) 穩態溼熱試驗(Damp heat ,steady state) 溼熱溫度循環試驗(Damp heat , cyclic) 溫度變化試驗(Change of temperature) 組合溫溼度循環試驗(Composite temperature humidity cyclic) 高低溫正弦振動複合試驗(Combined cold,dry heat /Vibration tests)