气候类环境测试

可靠性测试

在自然气候中,温度( Temperature )与湿度( Humidity )是无法分离的环境条件,而此环境条件往往随地理位置不同而出现气候条件不同,台湾属海岛型气候,终年湿度偏高,但大陆型气候则日夜变化极大,根据IEC60721之气候调查得知,无论地理位置如何不同,在温度与湿度环境上均存在着四种组合状态:包括高温/低湿(High Temp./Low Humidity)、高温/高湿(High Temp./High Humidity)、低温/高湿(low Temp./High Humidity)与低温/低湿(Low Temp./Low Humidity),在IEC60721与ETSI 300 019欧洲通讯设备环境试验规范中均有明确之温湿度气候图使用建议与其等级区分。

在实务运用上为避免混淆与易于辨识造成产品真正失效原因,各国际大厂通常会将干燥高温试验(Dry heat)、低温试验(Cold)、温湿度稳态试验(Constant Temp./Humidity)和温湿度循环试验(Humidity Cycles)各别分开进行测试验证。

对塑性材料、PCB 、PCBA多孔性材料或成品等而言,各种不同材料对温度与湿气有不同形态之物理反应,温度所产生效应多为塑性变形或产品过温(Over Heat)或低温启动不良(Cold start)等等,多孔性材料在湿度环境下会应毛细孔效应(Breathing Effect)而出现表面湿气吸附, 渗入、凝结等情形,在低湿环境中会因静电荷累积效应诱发产品出现失效。因此不同温湿度条件将造成不同失效模式,在过去历史经验中温湿度试验对发现大多数之制品/材料潜在缺陷(Potential Defects)大有帮助,特别在无铅制程转换后之PCB or PCBA Dendrite Effect验证更具功效 。

除了户外型品必须执行结露试验(Condensation test)外,通常对室内使用产品在湿度试验过程中应避免水气凝结(Condensation)情形出现,因水气凝结易造成产品线路出现短路现象而造成失效。

常见湿度效应包括物理强度的丧失、化学性能的改变、绝缘材料性能的退化、电性短路、金属材料氧化腐蚀、塑性的丧失、加速化学反应、电子组件的退化等现象。

大多数地区年平均温度通常介于 0℃ ~ +40℃之间,而在夏天时高温常介于+30℃ ~ +49℃之间,经常出现之平均高温为+43℃,此为环境温度(空气温度),但是对于日晒热辐射效应(Thermal radiation)将增加+17℃ ~ +33℃之间,热辐射效应随试件表面颜色与地面热反射条件而有所不同,对于长期使用于户外之产品须慎选产品表面涂装颜色亦可降低辐射热效应。

对于消费性电子环境试验温度通常介于+35℃~+45℃之间,网通类产品与工业用产品因使用寿命考虑通常藉于+45℃~+55℃之间,若属长期户外使用之产品则建议其耐环境温度至少应大于+70℃才能有良好的可靠度,车用电子则视其安装条件而有所不同。

为能正确观察与验证产品在高温环境下之热效应,同时避免因湿度效应影响试验结果,国际电工委员会(International Electrotechnical Commission-简称IEC)要求执行干燥高温试验时(Dry heat test),温度柜内之绝对湿度(Absolute Humidity)不可超过20g/m3 ,同时对于试验前处理、试验后处理、升温速度、温度柜负载条件、被测物与温度柜体积比等均有予以规范。

高温试验应用
在应用上通常区分为储存高温试验(High Temperature Storage Test)与操作高温试验(High Temperature Operating Test),在储存高温试验建议采用常温/高温循环方式进行试验,操作高温试验则通常采用稳态高温方式进行,美国军方规范对高温应用简述如后:

  • 仿真产品真实生命周期环境
  • 在环境试验中干燥高温试验通常先执行
  • 串连性试验:震动→冲击→高温→高空减压,此手法通常运用于产品设计评估阶段

常见高温效应

  • 不同材料膨胀系数造成零件损坏/卡死
  • 散热不良造成零件过热电气失效
  • 皮带松弛,加速老化及颜色退化,变黄
  • 塑性软化、效能降低、特性改变、潜度破坏、氧化等现象。

大多數地區年平均溫度通常介于 0℃ ~ +40℃之間,一般冬天時低溫常介于-32℃ ~ -46℃之間,-51℃出現機率則小于20%。

對于消費性電子環境試驗溫度通常介于+5℃~ -5℃之間,網通類産品與工業用産品因使用壽命考慮通常藉于-5℃~-20℃之間,若屬長期戶外使用之産品(如LED路燈)則建議其耐低溫環境溫度至少應-30℃ or-40℃才能有足夠的可靠度水平。

爲能正確觀察與驗證産品在低溫環境下之冷效應,國際電工委員會(International Electrotechnical Commission-簡稱IEC)對于試驗前處理、試驗後處理、升溫速度、溫度穩定定義、溫度櫃負載條件、被測物與溫度櫃體積比等均有予以規範。

低温试验之应用
在應用上通常區分爲儲存低溫試驗(Low Temperature Storage Test)與操作低溫試驗(Low Temperature Operating Test),進行操作低溫試驗時強烈建議須執行低溫啓動試驗(Cold start test),因在實務經驗中多數産品均存在著在低溫下出現電源無法啓動現象。若能在執行低溫試驗時伴隨著産品最低工作電壓一並進行則更佳。

大型溫濕度試驗(Walk-in chamber)

針對大型電子産品、大型包裝物(如棧板)、大量樣品之壽命試驗(MTBF)之實測,皆須要采用大型試驗櫃以滿足空間需求。

溫度/高空(低壓)複合試驗主要目的爲模擬無壓力控制下航空運輸環境、航空電子、産品有高壓、馬達或氣密性考慮以及産品使用安裝在高緯度國家地區等環境。在實務經驗上由于在減氣壓(Low Air Pressure)環境下空氣流動緩慢使得産品出現熱應力集中使局部溫度升高造成功能失效屬最常見現象,馬達運轉不穩定與高壓組件出現Arcing/ Corona亦爲常見現象。

爲能正確觀察與驗證産品在溫度/高空複合環境下效應,國際電工委員會(International Electrotechnical Commission-簡稱IEC)對于試驗前處理、試驗後處理、溫度與氣壓變化均有予以規範。例如在低壓下溫度傳遞不易,因此進行氣壓變化前須先執行溫度變化並使産品溫度完全抵達試驗溫度條件時才進行壓力變化等。

在試驗應用上通常區分爲運輸試驗(Transportation Environment)與操作試環境試驗(Operating Environment Test),運輸環境通常以低溫伴隨減氣壓作爲驗證條件,操作環境則以高/低溫伴隨減氣壓作爲驗證條件。上述方式除了仿真産品真實生命周期環境外,對于動態性試驗(如Vibration, Shock)會增加或誘發機構應力而造成産品在減氣壓下的失效,因此在産品設計評估階段上亦可先執行動態性試驗(Dynamic Test)後再執行高空試驗。

溫度/氣壓常見效應

熱效應/局部過熱造成材料變形或電氣失效、液體/氣體外泄、氣密失效、密封容器變形/破裂、馬達/引擎運轉不穩定、Arcing/ Corona等。

鹽霧試驗通常用來驗證材料表面鍍層(Coating Quality)質量以及仿真産品應用于海島型國家或安裝使用于船艦上之裝備。根據美國軍方規範在鹽霧(Salt spray)試驗上之應用說明:

  • 鹽霧試驗通常系針對試件Quality of Protective coatings進行評估。
  • 此種試驗不能取代濕度與黴菌生長效應,通常亦不用來評估全系統之試件。
  • 鹽霧試驗通常于氣候類試驗後實施,對塗裝缺陷發現率效果更明顯。

就IEC與MIL試驗條件來看,除了MIL STD所使用鹽的純度上有微差異外,測試溫度與鹽水比重上幾乎是完全相同。就實務經驗上采用濕度與鹽霧交互循環試驗方式,比固定溫度與鹽霧試驗方式更容易觀察出鍍層之缺陷與較易驗證鍍層之質量。

在居家環境中充滿著纖維塵,此纖維塵大都由地毯、衣物、棉絮、棉沙發等纖維混合著空氣中之粉塵所組成。此種纖維塵與傳統砂塵或現有國際規範不同,當産品在使用時,纖維塵即經由散熱風扇吸入空氣過程中將纖維塵一並吸入産品內部,當散熱片(Heat sink)上堆積了許多纖維塵就會使産品內部或零件溫度升高而造成功能異常與失效 (見圖A)。

經由實際試驗發現,對于設計不良之産品執行纖維塵試驗(Fibrous Dust Test)兩小時後,CPU即開始出現降頻現象,經過四小時出現功能斷續現象,經過六小時即出現功能失效現象(見圖B)。

德凱宜特于2007年建立纖維落塵試驗至今以提供多家公司進行纖維塵驗證服務,歡迎進一步洽詢。

震動試驗(Vibration Test)

震動試驗是仿真産品在運輸、安裝及使用環境中所遭遇到的各種振動環境影響,藉此試驗來評估産品在不同震動環境下之耐震動能力,對于車用電子産品之耐震動能力更爲重要。

震動模式

  • 正弦震動通常以仿真海運震動環境、産品安裝于船艦使用以及産品開發階段了解機械結構之共振頻率特性(Resonance Search)與共振放大情形並執行並執行共振點駐留(Resonance Dwell) 驗證爲主。
  • 隨機震動通常以産品整體性結構耐震強度評估與包裝狀態下之運送環境模擬爲主。

對于車載電子部品與軍用産品亦有使用正弦震動 / 隨機震動(SOR)

在試驗規範應用上美系客戶大都采用ASTM、ISTA或MIL STD等爲驗證方法,日本及歐洲客戶則習慣以EN、IEC、ETSI、JIS等爲驗證方法。對于質量輕且小的IC零組件則以MIL STD爲主要規範。

對于車用電子産品其耐振動能力要求相對于消費性電子産品來說則高許多,各車廠除了自訂相關驗證標准外,共通性規範則包括了SAE、JASO、IEC以及ISO等均有訂定建議規格與驗證方法。車用主被動零件則大都根據AEC作爲驗證標准。

德凱宜特可靠度實驗室從IC零組件到500kg大型産品均建置了完整試驗能力以滿足不同規範需求。

消費性産品在生命周期中通有在兩種情況下會遭受到衝擊,一種爲運輸過程中因爲車輛行走于顛坡道路産生碰撞(Bump)與跳動(Loose Cargo)或因人員搬運時掉落(Drop)地面所産生之撞擊,對于手持型産品(如手機,PDA等)在未受緩衝保護所遭受到之掉落衝擊對産品危害更大。對于安裝于車輛上之電子産品更因車輛環境較一般商用産品環境惡劣,尤其是若産品安裝于輪胎、車門或後行李箱位置等其結構耐衝擊要求更高,因此,産品于設計階段利用衝擊破裂強度試驗手法可快速驗證結構強度水平以及判斷是否有適當之包裝緩衝設計爲設計驗證中重要項目之一。

國際電工委員會(International Electrotechnical Commission,簡稱IEC)針對産品在生命周期中遭受衝擊應力機率較低之系統/模塊類産品提供基本耐衝擊試驗條件如表一。此項試驗過去大都采用半正弦波(Half-sine wave)作爲衝擊時的波形,近幾年大都改爲方型波(Square wave)爲主。試驗時以産品未包裝爲主,衝擊時采三軸(六面),每面衝擊三次委主要規格,試驗樣品數建議至少三件須通過試驗所指定之衝擊條件。

同時,針對産品在生命周期中遭受耐連續碰撞機率較高之系統/模塊類産品提供之碰撞(Bump)基本驗條件,如表二.碰撞試驗之應用通常分爲産品包裝狀態與非包裝狀態兩種,特別是有關汽車電子産品大都根據碰撞試驗條件驗證質量,執行碰撞試驗時通常采三軸(六面),每面碰撞次數依據規格嚴厲度而有所不同(見表二)。

此试验旨在验证产品在运输过程中承受重复外力的能力。 通常是在产品包装后或未包装时进行试验,根据距离、道路状况、运输车辆类型、牵引车等模拟 重复颠簸、剧烈移位和碰撞等路况。这些因素 综合到一起,形成复杂和随机的不同周期。

碰撞试验程序:试验轴和方向应尽可能接近真实环境;IEC 建议 首选垂直方向,并在三条轴(六个面)上执行。每个面的碰撞次数应基于 标准;IEC 建议每秒碰撞 1~3 次。

對于車用電子則依産品安裝位置不同而有不同碰撞嚴厲度,各大車廠對于安裝在高碰撞位置之驗證要求有些高達50,000次或100,000次不等。

碰撞试验

碰撞試驗之目的在于檢查産件于運輸或使用過程中遭受重複性衝擊所累積應力承受能力。通常會議産品包裝或是未包裝形式進行碰撞試驗,此試驗爲引起重複顛簸及劇烈的晃動或碰撞,並依距離、道路狀態、車輛、拖車等運輸之型式而以不同周期出現並具複雜與隨機性質。

碰撞測試方法:執行測試之軸及方向必須盡可能代表産品在運輸過程中或是在操作中受到顛簸之軸及方向,IEC建議以互相垂直方向做爲測試方向參考,執行碰撞試驗時通常采三軸(六面),每面碰撞次數依據規格嚴厲度而有所不同,IEC建議如表一,每秒碰撞次數以1~3次爲主。

本试验之主要目的在仿真产品在松散装载于车辆上所产生的跳动环境,通常以上下跳动为主要测试轴向,对于包装较小的产品亦会执行不同包装方向之跳动试验。

落下试验之目的通常为模拟两种落下情况,一种为产品在运输过程中因装载或搬运不慎造成掉落地面所遭受之撞击,此种掉落环境通常产品为包装状态(Package),另一种环境系针对手持型产品(Hand Held Product)在未包装保护状态下因使用不当而使产品掉落地面产生撞击。

通常掉落高度大都根据产品重量以及可能掉落机率(drop probability)做为参考基准,但对于不同国际规范即使产品在相同重量下但掉落高度亦不尽相同,对于手持型产品(如手机、MP3等)大多数掉落高度大都介于100cm ~ 150cm不等,IEC对于≦2kg之手持型产品建议应满足100cm之掉落高度不可损坏,MIL则建议掉落高度为122cm,Intel对手持型产品(如手机)进行之调查则建议落下高度为150cm。

至于包装运输之掉落机率,美国于1979年即针对落下机率与产品重量之间关系进行调查发现:

  • 多数产品遭受由较低的高度掉落次数相当多,相对的由较高的高度掉落次数较少。
  • 集体式包装较单一包装掉落次数与机率较少。
  • 多数包装遭受dropped大都是在底部面,同时调查也发现在运送过程中底部遭受掉落碰撞机率几乎为总掉落机率与次数的50%以上,因此在包装设计上底部之缓冲保护为重要考虑因素。

由以上说明可得知在落下设计的理论上大都以产品可能发生的掉落机率来选择设计的高度(见figure 2),根据美国所调查之包装掉落机率来看,若我们期望以产品1%之损坏机率作为产品设计依据,根据调查数据须选择的设计落下高度约为81cm(32inch),当然,若我们很乐于接受4%的损坏率,那么设计的落下高度就可降为50cm(20inch)。换句话说,若我们强烈的要求损坏机率要小于1%的话,产品包装设计的落下高度则变为106cm(42inch),此种评估的方式就是要在产品损坏成本与运输成本之间找到最佳平衡点。

全球各地都会因地球板块间的运动而产生震动,当震动传至地表时,其剧烈的摇晃往往会造成许多物品及建筑物的损坏。为使产品在遭遇地震时,确定功能仍可正常使用,且设备结构损坏可以降到最低,可利用此项试验,找出产品于地震时会发生之问题,并设法找出改善方法。尤其是网通类之产品,若因地震发生造成通讯中断,势必会对使用者造成很大的影响。

试验方式
依地震带及其强度可区分四级,而台湾常用之芮氏地震一共分为八级(地震带四级,相当于芮氏八级地震)。利用震动机来模拟其地震强度,而待测物需依其实际使用之安装方式加以固定于平台,且试验过程中,功能必需开启,才可知道是否会因震动造成中断或其它问题。由于地震非单一轴向之震动,所以试验必需分别做水平震动及重直震动。于试验完成后除功能需必确认是否有异常外,产品机构也必须确认是否有变形或损坏。

  • 试验参考规范:GR-63-core、IEC 721-2-6

运输堆栈压缩试验其目的系评估包装物品在仓储或运输期间纸箱耐堆栈与承受重量之能力。

压缩试验种类

  • 静态压缩(Static compression Test)
    仿真仓储装箱堆栈时,在一定之时间内,承受固定之压力,观察外箱的变形量是否会影响内部产品的外观及电性。待测物于测试时,压力的大小,可参考下方公式求得。

    Load=W*(H-h)/h*F
    W:单一包装物的重量
    H:堆栈的总高度
    h:单一包装物的高度
    F:Compensating Factor
  • 动态压缩(Continued Compression Test)
    以渐进方式持续增加压缩力量并连续观察外包装之变形量是否超出规定之要求,藉以得知包材可承受之最大压力并记录此时的负载。

  • 常用规范:ISTA, ASTM

落尘/飞砂/雨淋/防水试验

消费性产品最常引用规范为IEC/EN 60529(Degrees of protection provided by enclosure),规范中明定产品保护等级与试验程序及方法,目前采用的国家也越来越多。主要在保护产品不会被外界的异物侵入、不会因水渗入而造成失效。对于可携带型、户外用以及汽车电子均有防尘与防水测试要求,在国际上不论是IEC、MIL或ETSI,以及SAE均有订出相对应之测试规范。

IEC/EN60529防尘分为7个等级(等级0 ~ 等级6),防水区分为9个等级(等级0 ~ 等级8)在试验应用上通常以IPXX作为等级区分,IP为International Protection 的缩写,国际上均以此做为保护等级辨识,第一个X所代表的意义为防尘等级,第二个X所代表的意义为防水等级。若产品标示为IP54,则表示产品防尘等级为5,防水等级为4。

防尘等级(e.g. IP5X-防尘等级5)

  • Level 0:完全无防尘保护。
  • Level 1:可保护避免直径大于50㎜之异物掉入设备内(直径50㎜圆球状测试棒不得完全掉入外壳内)。
  • Level 2:可保护避免直径大于12㎜之异物掉入设备内(直径12.5㎜圆球状测试棒不得完全掉入外壳内)。
  • Level 3:可保护避免直径大于2.5㎜之异物掉入设备内(直径2.5㎜测试棒不得整个掉入外壳内)。
  • Level 4:可保护避免直径大于1㎜之异物掉入设备内(直径1㎜测试棒不得整个掉入外壳内)。
  • Level 5:部分防尘(有部分防尘作用,但不得因落入之灰尘影响正常功能运作或降低产品安全性)。
  • Level 6:完全防尘(不得有灰尘掉入外壳内)。

防水等级(e.g. IPX4-防水等级4)

  • Level 0:完全无防水保护。
  • Level 1:模拟水气凝结并垂直滴下时之保护作用(水滴垂直滴入外壳内时,不得造成有害现象)。
  • Level 2:产品与水滴方向为倾斜15度范围内,水滴垂直滴下时保护作用(水滴垂直滴入外壳内时,将外壳对准垂直线两侧倾斜15 度范围内,水滴不得造成有害现象)。
  • Level 3:以60度摇摆臂喷洒水的状况下,能够发挥保护作用(若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。
  • Level 4:以180度摇摆臂喷洒水的状况下,能够发挥保护作用(若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。
  • Level 5:可在灌水状况下,发挥保护作用(对准外壳,就任意方向,以水喷灌之。若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。
  • Level 6:可在强力灌水状况下,发挥保护作用(对准外壳,就任意方向,以水强力灌之。若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。
  • Level 7:可在浸入水中状况下,发挥保护作用(依据指定的时间,将产品浸入水中。若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。
  • Level 8:可在连续浸入水中的状况下,发挥保护作用(依据产品制造商及用户间约定的时间,但不得小于Level 7所指定之时间。若有水渗入,不得对产品之正常操作或安全性造成影响)。

  • 常用规范:IEC 60529、SAE J575

机台规格/ 极限:

  • 防尘测试
    IEC/EN 60529 IP5X to IP6X
    Inside dimension:95(W)*95(D)*90(H)/cm
  • 防水测试
    EN/IEC 60529 IPX1 ~ IPX5
    Inside dimension:40(W)*40(D)*40(H)/cm

地球上大多数地区年平均空气温度通常介于 0℃ ~ +40℃之间,而在夏天时高温常介于+30℃ ~ +49℃之间,经常出现之平均高温为+43℃,此为环境温度(空气温度),太阳辐射热效应(Heat Radiation Effect)将使产品表面温度增加+17℃ ~ +33℃之间,根据调查,过去20年来地球平均照度约为1120W/m2,近五年来由于温室效应与受到臭氧层破坏影响,地球平均照度约为1300W/m2,对于长期户外及半户外使用之产品影响更巨。

日光照射试验主要的目的就是要验证待测物在接受到日光照射时会不会因为「光」(Light)和「热」(Radiation Heat)的能量对其产生热应力集中以及材料裂化等,影响的范围包括待测物的电性功能是否正常,材料结构是否变形或损坏,为了验证待测测物表面材料经过日光长期曝晒后出现颜色退化,通常在试验前与试验后均以色彩分析仪(Color Analyzer)进行颜色变异程度量测(△E)。

德凯宜特采用全太阳光谱测试设备(True Sunlight),照射波长范围满足IEC、MIL、ETSI等各种国际规范,除可仿真温度与照设(Irradiation)强度外,亦可模拟雨水,阳光与湿度环境等多重户外环境应力。

紫外光照射试验(UV Radiation) 本试验采用紫外线荧光灯进行试验,其又细分为UVA(340nm)、UVB(313nm)等两种不同波长之灯管,可符合规范所订定之波长进行试验。试验目的主要应用在非金属材料受到紫外光照射后之变化,通常在试验前与试验后可使用色彩分析仪(Color Analyzer)进行颜色变异程度量测(△E)。

此项试验主要系针金/银材料、电子连结器(Connector)、FFC/FPC等耐气体腐蚀能力进行验证。当电子排线或连结器暴露于大气中受到微量氯或硫化气体影响使接合处表面出现腐蚀现象时,其讯号传输阻抗将上升,造成产品功能异常或出现失效,因此国际各大厂均以混合气体腐蚀性试验作为产品或电子连结器,FFC,FPC之验证方法,特别是镀金表面质量验证功效卓著,车用电子领域之应用则更为广泛。

腐蚀性气体试验判定方式通常以测试前、中、后导通阻抗作为判定基准,在实务上发现对于镀金质量不良之零组件在经过4~7天试验后其试验前后之导通阻抗变异会大到二、三十倍之多。若出现异常腐蚀现象时通常会使用能量分散X光谱仪(Energy-Dispersive X-ray - EDX)进行失效分析将可发现异常原因。

人类的活动大多局限于地表附近,因此受到地表附近数百公尺高度内之大气流场的影响,此流场即称为大气边界层流。此外台湾北部与离岛地区全年受稳定东北季风影响,时间长达八个月,风力能源相当充沛,所以此地区之风力能源开发应具相当高之潜势;而一般研究风场现象可采用以下三种方法:(1)现场之实际量测;(2)流体力学之理论解析及数值模拟;(3)实验室内之风洞模拟实验。因为风洞实验的控制性佳、可重复性高,可用来模拟复杂的流况,故风洞实验仍为研究风场结构与风力工程不可或缺之方法。

本测试利用LWT46低速风洞进行,该风洞尺寸为2.765m(L)x1.824m(W)x1.122m(H)

本风洞风机之风速上限为70m/s

高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Test-HALT/HASA/HASS)
加速应力试验源由(Accelerated Stress Test:简称AST/ALT),源起于1960年代美国因应太空计划对高可靠度的需求而被发展出来。随着科技高度发展及快速变化的市场需求,过去耗时的产品验证方式已逐渐无法应付如此快速变化的市场需求进而影响到产品于市场之竞争力,因此,如何快速且有效发现产品设计缺陷并于设计阶段加以修正为现今国内外各大厂之主要关键问题,亦即是HALT&HASS逐渐被重视的原因。

众所皆知,产品在设计阶段进行缺陷修正是极为容易的,在大量生产后进行缺陷修正则困难度相对提高。微利时代若产品在市场于保固期内出现缺陷则所花费成本与商誉损失将无法计算。因此1990年代后以美国为首的国际各大厂(包括hp、Dell、Cisco、Nortel、Tetronix、 Motorola等)均相继以HALT手法作为新产品开发阶段迅速找出产品设计及制造的缺陷同时改善缺陷已达降低保固期成本、增加产品可靠度并缩短产品上市时间。同时可利用HALT所发现之失效模式与相关资做为后续研发产品的重要依据。目前有航空电子、汽车及信息等高科技产业皆已投入HALT 领域之测试,并且已有相当成效。

高加速寿命试验( Highly Accelerated Life Testing –简称HALT)
高加速寿命试验系利用渐进提升应力方式施加于产品,施加应力种类包括六自由度振动、高低温、快速温度循环、复合式应力、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。

高加速应力稽核与筛选(HASA/HASS )
根据美国GE的统计调查,对于全新设计的产品在市场出现失效的比重分配发现因设计缺陷造成失效比例占33%,零件选用不当占34%,制程缺陷则占33%。Honeywell对于成熟的产品进行市场失效统计调查发现零件不良造成失效比例占60%,制程缺陷则占40%。因此控制量产时零件与生产制程变异才可有效控制RMA比例。

一般而言,当产品在市场出现失效时,通常已经数百或数千产品已经投入市场。因此,利用产品在设计阶段执行HALT的数据经由验证决定适当应力水平并转换为HASA/HASS手法导入量产质量控制。

HALT/HASS效益

  • 利用高加速环境应力可快速将产品潜在缺陷激发出来并于设计阶段加以修正
  • 作为产品量产时之高加速应力筛选(HASS)及高加速应力稽核(Highly Accelerated Stress Audit)规格制定之参考
  • 降低产品在市场之失效率及减少维修成本
  • 建立产品设计能力数据库,以作为研发依据并可缩短设计开发时间

消费性产品在生命周期中通常在两种情况下会遭受到冲击,一种为运输过程中因为车辆行走于颠坡道路产生碰撞(Bump)与跳动(Bounce)或因人员搬运时掉落地面所产生之撞击。对于手持型产品(如手机、PDA等)在未受缓冲保护所遭受到之掉落冲击对产品危害更大。对于安装于车辆上之电子产品更因车辆环境较一般商用产品环境恶劣,尤其是若产品安装于轮胎、车门或后行李箱位置等其结构耐冲击要求更高。因此,产品于设计阶段利用冲击破裂强度试验手法可快速验证结构强度水平以及判断是否有适当之包装缓冲设计为设计验证中重要项目之ㄧ。

破坏边际曲线试验通常使用以下两种冲击方式为主要应力:

  • 临界速度冲击(ΔVc)
    主要是模拟最终使用者(End user)在产品未包装保护下因为使用不当或搬动等因素使产品遭受到撞击或掉落,因此其撞击脉冲时间较短(根据ASTM D3332建议脉冲时间通常小于3 millisecond)。实验室利用机械冲击机产生一低撞击速度之半弦波伴随短脉冲时间(通常为小于3 millisecond)施加于产品上,当在第一次冲击完成后,对产品之功能性与外观进行详细检查,若无任何异常发生,则以相同的脉冲时间略为提升冲击机之冲击速度后对产品进行第二次撞击试验,依此渐进方式提升冲击速度直到产品发生损坏为止(损坏点即为产品之设计临界速度ΔVc),最后则能找出产品在未经包装保护状态下能承受之撞击速度与掉落高度极限。
  • 临界加速度冲击(ΔAc)
    主要是仿真产品在运输环境下遭受撞击(Mechanical Shock)/掉落(Free fall drop)时所能承受之强度水平外,同时亦寻找产品在包装保护下最佳缓冲设计成本,实验室以机械冲击机产生一低加速度水平之梯形波施加于未包装之产品上,当在第一次加速度冲击完成后,对产品之功能性与外观进行详细检查,若无任何异常发生,则以略为提升冲击机之冲击加速度后对产品进行第二次撞击,依此渐进方式直到产品到达设计损坏点为止,此损坏点即为产品之设计临界加速度(ΔAc)。此数据将提供给包装设计人员作最佳缓冲保护设计参考的依据以及执行包装掉落实验时之判定基准。

  • 参考规范: ASTM D3332, DELL Packaging Test Plan- 45785 , HP 398129 X6

声压与声功率试验(SPL, Sound Powerr)
随着科技产业的迅速发展,信息产业对产品声音的质量要求也越来越高,对于使用者而言,噪音的感受也开始被重视。针对一般家用3C产品,如手机面板、LCD TV、多功能事务机…等,虽没风扇,也可能会产生其它噪音,令使用者感觉不悦耳,因此噪音量测也成为质量验证的重要指针之一。

德凯宜特可靠度实验室为此,特别建置了由法国Orchestra所研发的噪音量测系统,同时搭配 dBFA32 RTP量测软件,应用于目前信息产品所普遍被要求的 ISO7779等量测规范。

除了可以提供声压(sound pressure)以及声功率(sound power)的量测方式,以利协助客户分析研究对于产品质量的提升。同时德凯宜特也参与国际大厂的研究发展将引进一系列创新的质量验证量测技术,将对于台湾科技产业的质量提升有相当的帮助。

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