В сегодняшнюю технологическую эпоху электронные устройства должны обладать высокой степенью надежности. Особенно в таких критических областях, как медицинское оборудование, автомобильные системы безопасности, аэрокосмическая электроника и высокоскоростная инфраструктура данных, отказ одной печатной платы (PCB) может привести к серьезным последствиям: от недовольства пользователя до сбоев системы и даже к опасным для жизни ситуациям.
Чтобы предотвратить это, производителям необходимо выявлять потенциальные дефекты до поставки продукции. Испытание на отказ является именно ключевым методом для достижения этой цели. Оно проводит ускоренные стресс-тесты на продуктах, имитируя экстремальные условия, такие как высокая температура, высокое напряжение и длительная эксплуатация. Таким образом, проблемы могут быть выявлены на этапе ?детской смертности? жизненного цикла продукта, и потенциально слабые компоненты могут быть устранены.
В этом руководстве будут систематически представлены цели тестирования на отказ, его процесс, различия между статическим и динамическим тестированием и типичные режимы отказов, которые можно обнаружить, а также то, как тестирование на отказ применяется как на уровне компонентов, так и на уровне платы. Независимо от того, являетесь ли вы инженером-проектировщиком печатных плат, менеджером по контролю качества или менеджером по аутсорсингу EMS, освоение тестирования на отказ может помочь улучшить стабильность продукта, снизить частоту отказов и повысить доверие клиентов.
Что такое испытание на отказ в электронике?
Burn-in-тестирование — это метод ускоренного тестирования надежности. Он используется для раннего обнаружения неисправностей и потенциальных дефектов электронных компонентов или полностью собранных печатных плат (ПП) до их официального ввода в эксплуатацию.
Испытание на выгорание подразумевает непрерывную работу продукта в течение определенного периода времени в условиях высокой температуры, высокого напряжения или большой нагрузки. Этот вид стресс-теста может выявить проблемы, которые нелегко обнаружить в обычное время, такие как нестабильные компоненты, плохие паяные соединения или нестандартные детали.
В отличие от функционального тестирования, тестирование на отказ заключается не только в проверке работоспособности продукта, но и в проверке его способности стабильно работать в течение длительного времени. Оно имитирует начальная стадия, когда продукт наиболее подвержен сбоям.
В отраслях с высокими требованиями к надежности (например, аэрокосмическая, медицинская, автомобильная и оборонная) испытания на отказ являются ключевым этапом контроля качества. Продолжительность испытаний обычно составляет от 48 до 168 часов в зависимости от типа продукта и уровня риска. Благодаря испытаниям на отказ производители могут удалять дефектные продукты до того, как они покинут завод, гарантируя, что поставляемые продукты надежны и проверены.
Типы испытаний на отказ
В электронной промышленности испытания на выгорание в основном делятся на два типа. Каждый метод тестирования имеет разные цели надежности и подходит для разных типов электронных компонентов.
Статическое испытание на отказ
Статическое испытание на выгорание подразумевает приложение постоянного напряжения и температуры к устройству без входного сигнала. Этот метод относительно недорогой и подходит для обнаружения тепловых или электрических дефектов, вызванных одним фактором напряжения, таким как температура или напряжение.
Во время теста компоненты помещаются в испытательную камеру с контролируемой температурой, обычно нагретую до 125°C, при этом подается стабильное рабочее напряжение. Эта проверка на отказ может помочь определить, возникнут ли у оборудования проблемы при длительном воздействии высоких температур или высокого напряжения.
Он особенно подходит для моделирования условий хранения или для устройств, которые должны работать в условиях высоких температур в течение длительного времени.
Динамическое тестирование на отказ
Динамическое испытание на обжиг добавит входной сигнал на основе высокой температуры и напряжения. Эти входные сигналы имитируют рабочий процесс продукта в реальных рабочих условиях. В течение периода тестирования выход также будет контролироваться в реальном времени для выявления любых аномалий производительности или проблем функциональной деградации.
Этот метод особенно эффективен для печатных плат со встроенной прошивкой или микроконтроллерами, поскольку он позволяет тестировать рабочие условия всей схемы при различных нагрузках. Он более всеобъемлющ, чем статическое тестирование.
Хотя процесс динамического испытания на отказ более сложен и затратен, он может предоставить более полные данные о надежности и помочь заранее выявить более серьезные проблемы.
Почему так важно тестирование на отказ
Испытание на отказ крайне важно в процессе производства электронных продуктов. Оно не только помогает производителям заранее выявлять проблемы, но и эффективно снижает риски, минимизирует потери и повышает надежность конечного продукта. Ниже приведены несколько основных преимуществ, которые дает испытание на отказ:
1. Раннее обнаружение неисправностей
Тест Burn-in может обнаружить так называемую проблему ?детской смертности?. То есть, когда продукт впервые вводится в эксплуатацию, он может работать со сбоями из-за производственных дефектов, плохой пайки или нестабильного качества компонентов. Такие ранние неисправности обычно возникают на ранней стадии жизненного цикла продукта, соответствующей первой стадии ?кривой ванны?. Благодаря обнаружению Burn-in производители могут выявить эти потенциальные проблемы до того, как продукты покинут завод, предотвращая их возникновение в руках клиентов.
2. Повышение надежности продукта
Проводя испытания на отказ, можно заранее определить платы или компоненты, которые подвержены проблемам. Таким образом, только действительно стабильные и надежные продукты будут доставлены клиентам. Это не только сокращает послепродажное обслуживание, но и повышает удовлетворенность клиентов и доверие к бренду.
3. Усиленный контроль качества
Испытание на отказ не только выявляет проблемы, но и предоставляет ценные данные. Анализируя, какие компоненты склонны к отказу при высокой температуре, высоком напряжении или нагрузке сигнала, инженерная группа может оптимизировать выбор компонентов, улучшить процессы пайки или сборки и тем самым повысить общий уровень контроля качества.
4. Снижение затрат
Хотя добавление тестирования на отказ в процессе производства повлечет за собой некоторые дополнительные расходы и время, в долгосрочной перспективе это может значительно сократить количество возвратов, замен и послепродажных ремонтов. Это означает более низкие затраты на обслуживание, меньше жалоб клиентов и более высокую прибыль компании.
5. Соответствие и сертификация
В областях с высокой надежностью, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование, испытания на отказ часто рассматриваются как обязательный этап контроля качества. Многие отраслевые стандарты и системы сертификации (такие как IPC, ISO и MIL-STD) требуют или рекомендуют использовать испытания на отказ. Без этого испытания очень сложно получить соответствующие сертификаты или соответствовать отраслевым стандартам.
Таким образом, независимо от того, идет ли речь о повышении качества продукции, снижении затрат или соблюдении отраслевых требований, испытания на отказ являются незаменимым и важнейшим этапом в процессе производства электроники.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Что исследует тестирование на отказ
Эффективный тест на выгорание подвергает продукт экстремальным условиям, таким как высокая температура, высокое напряжение и длительная эксплуатация. Цель состоит в том, чтобы имитировать ?ускоренное старение? до того, как продукт покинет завод, чтобы заранее определить потенциальные точки отказа и предотвратить возникновение этих проблем во время использования клиентом. Тест может выявить несколько распространенных типов проблем:
? Отказ компонента: Некоторые электронные компоненты могут быть изначально нестабильны из-за некачественных материалов, нестандартных производственных процессов или недостаточных проектных запасов. При высокой температуре и высоком напряжении эти компоненты с большей вероятностью выйдут из строя. Испытание на отказ помогает заранее выявить эти проблемные детали.
? Трещины или дефекты паяных соединений: Длительная работа при высокой температуре или частое включение/выключение питания может привести к расширению и сжатию паяных соединений. Со временем это может привести к трещинам, холодной пайке или сухим соединениям, что может привести к плохому контакту или даже к короткому замыканию.
? Окисление или старение межсоединений: Металлические соединения или штырьки на печатной плате могут окисляться под воздействием высокой температуры или влажности, увеличивая сопротивление контакта или приводя к разрыву цепи. Проверки на обжиг могут выявить такие проблемы, вызванные ухудшением состояния окружающей среды.
? Ошибки прошивки: Устройства со встроенным программным обеспечением могут вести себя ненормально, когда источник питания нестабилен, например, зависать, перезагружаться или генерировать системные ошибки. Тестирование на отказ может имитировать колебания напряжения и заранее обнаруживать эти проблемы, связанные с программным обеспечением или прошивкой.
? Сбои при включении и выключении питания: Некоторые компоненты могут не запуститься должным образом после повторных циклов включения/выключения питания. Испытание на отказ подвергает продукт нескольким циклам питания, чтобы проверить, может ли он продолжать работать стабильно.
? Проблемы с контактами разъема: Разъемы, гнезда и клеммы могут страдать от плохой сборки или коррозии, что приводит к прерывистому или плохому контакту. Эти проблемы часто появляются только после длительного использования, но испытания на отказ могут обнаружить их до отправки продукта.
Эти проблемы часто не обнаруживаются во время стандартного функционального тестирования, поскольку обычные тесты обычно непродолжительны и проводятся при небольшой нагрузке. Напротив, тестирование на отказ — это высокострессовый, продолжительный ?экстремальный тест?, который доводит продукт до предела своих возможностей, выявляя скрытые дефекты. Такой подход значительно снижает послепродажный риск и повышает общее качество продукта.
Методы и показатели тестирования на отказоустойчивость
Типичный процесс испытания на отказ
Полное испытание на отказ обычно включает в себя следующие этапы:
Подготовка: Тестируемое устройство (ТУ) помещается в контролируемую среду, например, в температурную камеру или испытательное приспособление.
Стрессовое приложение: Изделие подвергается воздействию определенных уровней напряжения, тока и температуры. В некоторых тестах также добавляются входные сигналы для имитации реальных условий эксплуатации.
Продолжительность теста: Изделие работает в этих стрессовых условиях непрерывно от 48 до 168 часов. Точная продолжительность может быть скорректирована в зависимости от типа изделия.
Мониторинг производительности: Во время тестирования постоянно контролируется производительность устройства, включая энергопотребление, целостность сигнала и стабильность работы.
Анализ отказов: Если какой-либо продукт не проходит испытания, проводится подробный анализ для выявления основной причины.
Показатели надежности в тестировании на отказ
Испытание на отказ не просто проверяет, сможет ли продукт ?выжить?. Он также предоставляет ключевые показатели для оценки надежности:
DPPM (количество дефектных деталей на миллион): Показывает частоту ранних отказов среди большого количества продуктов.
FIT (сбои во времени): Прогнозирует ожидаемое количество отказов на миллиард часов работы.
MTTF (среднее время до отказа): Относится к среднему времени работы устройства до первого отказа.
Эти показатели полезны для оценки срока службы продукта, планирования гарантийной политики и выбора компонентов.
Распространенные методы расширенного тестирования на отказ
В некоторых специализированных приложениях, таких как силовые устройства или полупроводники, более продвинутые тестирование Используются такие методы, как:
HTOL (срок службы при высоких температурах): Оценивает долговечность устройства, непрерывно эксплуатируя его при высоких температурах.
HTGB (Высокотемпературное смещение затвора): В основном используется для полупроводников, таких как МОП-транзисторы, для проверки их надежности в условиях высокой температуры и смещения затвора.
HTRB (Высокотемпературное обратное смещение): Оценивает стабильность устройства при обратном напряжении и высокой температуре.
ИОЛ (срок службы с прерывистым режимом работы): Проверяет, может ли устройство выдерживать многократные циклы включения/выключения питания.
ESS (скрининг экологического стресса): Имитирует внешние воздействия окружающей среды, такие как вибрация и изменения температуры, для отфильтровывания потенциально неисправных устройств.
Эти методы помогают производителям более точно оценивать работу продукции в экстремальных условиях, гарантируя ее соответствие высоким стандартам надежности.
Испытание на прочность на уровне компонентов и плат
В производстве электронных изделий испытание на отказ может проводиться на разных этапах и в основном делится на два уровня: тестирование на уровне компонентов и тестирование на уровне печатной платы. У этих двух уровней разные цели тестирования и методы реализации, но оба имеют решающее значение для обеспечения надежности продукта.
Испытание на отказ на уровне компонентов
Испытание на отказ на уровне компонентов выполняется на электронных компонентах (таких как ИС, силовые устройства, чипы памяти и т. д.) до их пайки на печатную плату. Запуск этих компонентов в экстремальных условиях, таких как высокая температура и высокое напряжение, позволяет эффективно отсеивать ранние дефекты.
Этот тип тестирования обычно проводится производителями или поставщиками микросхем перед отгрузкой и стал стандартной процедурой контроля качества в полупроводниковой промышленности.
Его преимущества заключаются в стандартизированном процессе и более низкой стоимости. При обнаружении проблемы проще заменить отдельные компоненты, предотвращая попадание дефектных деталей на этап сборки и сокращая последующие расходы на ремонт.
Испытание на отказ на уровне платы
Испытание на отказ на уровне платы проводится после полной сборки печатной платы. На этом этапе все компоненты уже припаяны к плате, и продукт близок к своему окончательному рабочему состоянию. Это позволяет более реалистично смоделировать, как он будет работать в реальных условиях. Тест обычно включает в себя запуск всей платы в условиях питания, приложение температуры, напряжения и входных сигналов для нагрузки устройства.
Это помогает выявить проблемы, связанные со сборкой, такие как холодные паяные соединения, сухая пайка и неисправности контактов разъемов, а также оценить общую стабильность работы платы.
По сравнению с тестированием на уровне компонентов, тестирование на уровне платы более сложное и включает взаимодействие нескольких компонентов. Это требует более точных параметров тестирования, более длительных сроков тестирования и более высоких затрат. Однако оно способно обнаружить скрытые дефекты на уровне интеграции, что делает его важным шагом в окончательной проверке продукта.
Заключение
Испытание на отказ является ключевым шагом в проектировании надежности электронных продуктов. Оно может не только устранить ранние неисправности, но и проверить стабильность продукта под давлением, предоставить ценные данные, помочь улучшить конструкцию, сократить расходы на послепродажное обслуживание и повысить доверие пользователей.
Поскольку электронные продукты становятся все более сложными, особенно в таких критических областях, как автономное вождение, аэрокосмическая промышленность и промышленное управление, производители больше не могут игнорировать комплексное тестирование на отказ. Включение тестирования на отказ в процесс обеспечения качества является не только отраслевой нормой, но и конкурентным преимуществом.
Независимо от того, разрабатываете ли вы высокопроизводительные печатные платы, закупаете ли надежные ИС или обеспечиваете соответствие медицинских приборов мировым стандартам, ясно одно:
Тестирование на отказ не является обязательным — оно необходимо.
