专利名称：一种产品可靠性筛选装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种产品的^T测装置及方法，特别的涉及一种产品可靠 性筛选装置及方法。
背景技术：
随着经济水平的发展，由于人们对电子及电气产品的技术性能和结 构等方面的要求不断提高，而材料和工艺的技术进步相对滞后，产品可
靠性问题愈显突出。产品在^f吏用中影响其可靠性的外界环境应力有温 度、振动、低气压、湿度、沖击等等。
具体地il,在实际环境中，产品经常在三个轴向上同时受到振动能 量，而非单一轴向上的振动，只是三个轴向的振动能量大小不同而已， 但大部分情况满足此分布样品在立体三维即X、 Y、 Z轴向的方向受到 振动，X和Y轴向的振动能量大致相等，而Z轴向则是X轴或Y轴的两 倍。三维振动同时激发，能更恰切地模拟产品在实际使用中的状况。
现有技术中进行电子产品的筛选和可靠性增长活动，有多种试验方 式，与温度和振动相关的主要有三种试验方式，分别是快速温度变化、 随机振动、HALT和HASS试验。
通过快速温变循环控制方式进行的筛选试验，是目前常用的技术手 段， 一般采用快速温变箱进行，制冷方式有两种，即压缩机制冷和液氮 制冷。压缩才几制冷方式，降温速率大部分为5'C/min~20°C/min,降温 的线性特征明显；液氮制冷，可实现更高的降温速率，但其降温特性的 线性特征不如压缩机制冷技术。该试验方式较为成熟稳定，投入成本相 对较小，但仅能提供单一应力(温度循环变化)的可靠性测试，筛选试 验效果不够明显，仅能考核产品耐受温度变化的可靠性，而且需要很长 的试验周期才能暴露产品的潜在缺陷。随机振动也是电子产品常用的筛选试验手段之一 ，该技术一般采用 电磁振动台进行，试验人员输入控制参数，通过计算机控制软件和控制
仪，实现D/A转换，进入功率放大器，输出放大电流，流经振动台动圏， 产生强大的推力，驱动垂直扩展台或水平滑台，迫使固定在台面上的试 品进行预定程序的振动。该试验方式较成熟稳定，控制方便，振动严酷 度(如频率、加速度、振幅等)可以根据试验需要进行设置，且投入成 本相对较小。但仅能提供一个轴向上的随机振动，筛选试验效果不够明 显，仅能考核产品的物理结构、装配、焊接和机械连接等方面的牢固性。 第三种方式为HALT和HASS试验。该试验技术起源于美国，发展于 美国，近年在中国逐渐得到认知和应用。该技术采用高加速寿命应力试 验装置来实现，该装置集六自由度气锤振动和快速温变功能于一体，采 用软件编程控制，可产生单独的高温、低温、快速温度循环、六自由度 振动等应力试验模式，也能实现温度和振动的复合应力模式。设备的升 降温速率可达6(TC/min。该设备价格昂贵，投入成本高，且此装置需要 多个气锤(一般8个)实现六自由度振动，即X轴线性、Y轴线性、Z 轴线性、X轴滚动、Y轴滚动、Z轴滚动等六个方向振动。因振动方式 复杂，现有的控制技术未能实现振动频率的可控性，即用户不能根据试 验的需要选择和改变振动频率范围；同时，作为产生振动能量的关键部 件一气锤，因数量多、结构复杂、运行也复杂，容易出现故障。设备典 型的振动频率范围为lHz 10000Hz,因振动频率的不可调节，导致其应 用上的局限性，特别是许多民用产品使用过程中的振动频率通常低于 500Hz，若不能调节振动频率而必须施加更高频率范围的振动能量于产 品，往往导致产品额外损坏(不当试验或过试马企)。
发明内容
本发明解决的技术问题是提出 一种产品可靠性筛选装置及方法，采 用一种结构简单、成本较低的装置实现产品的在三维方向的振动测试， 且可根据测试的需要调节振动频率，有效提高筛选试验的效果。
为实现上述目的，本发明提出了一种产品可靠性筛选装置，该装置包括振动台和斜面夹具，斜面夹具固定在电磁振动台上，该振动台至少 在一方向振动，该斜面夹具的斜面倾斜于所述方向。
所述振动台是电磁振动台，包括振动源和连接该振动源的控制单 元，该控制单元包括振动频率调节模块、加速度调节模块或振幅调节模 块。
该装置还包括一快速温度变化试验箱，所述试验箱包括一液氮制冷 装置、 一发热装置、 一可编程温度控制器和一连接箱体的高速强制送风 系统。
所述制冷装置包4舌四个液氮输入口以及对应的四个液氮流量电石兹
控制阀门， 一抽气孔及抽气用的马达；发热装置包括设置于所述快速温 度变化试验箱三面内壁夹层中的多组发热单元，其中每组发热单元包括 三个大功率低阻值的电阻丝，该三个电阻丝的规格为6Q, 8kW，星型连 接。
所述斜面夹具包括底座、斜面和夹具，该底座竖直设置，该斜面设 有多个固定孔，斜面与水平面成一角度固定于底座上，夹具通过固定孔 将样品固定于斜面上。
所述斜面与水平面的倾角为35.27。。
所述样品的中轴线与斜面的轴线成一偏转角固定于斜面上。 所述偏转角为45° 。
一种可靠性筛选方法，该方法具体包括如下步骤
步骤S11:将电》兹振动台的动圏置于Z轴向状态，将斜面夹具固定
在电磁振动台的垂直扩展台上；
步骤S12:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样
品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后放置于斜面上，并
通过夹具固定；
步骤S13:通过电磁振动台的控制单元设置试验参数，包括振动的 频率、加速度、振幅，开始试验，并监控试验过程；
步骤S14:将经过振动试验后损坏的样品筛除，保留通过实验未损 坏的样品，结束试验。一种可靠性筛选方法，该方法包括如下步骤
步骤S21:将电》兹振动台的动圏置于Z轴向状态，且位于快速温度 变化试验箱底部开口；
步骤S22:将斜面夹具固定在电磁振动台的垂直扩展台上；
步骤S23:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样 品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后;^文置于斜面上，并 通过夹具固定；
步骤S24:开启液氮储罐的阀门，接通快速温度变化试验箱和电磁 振动台的电源，进入"i殳置界面，^没置温度和振动试验参数；
步骤S25:试验启动，实施过程监控，将经过试验后损坏的样品筛 除，保留通过实验未损坏的样品，结束试验。
本发明的有益效果在于本发明通过在现有电磁振动台上仅增加一 结构简单的斜面夹具，即可有效实现三维振动，更恰切地模拟现实中产 品的振动能量分布状况，且控制简单，只需改变样品与斜面的偏转角度 即可实现X轴、Y轴、Z轴方向的振动能量比例。同时，还可根据被测 产品的类型及用途，选择合适的振动频率，从而保证试验更准确，可靠 性'滩选效果更明显。另外，本发明所述的可靠性筛选装置结构简单，控 制方便，可操作性强，且成本较低，便于推广使用。
另一方面，本发明所述可靠性筛选装置还可通过增加一快速温度变 化试验箱实现振动和温度变化的复合应力测试。温度和振动同时施加于 产品，可以更恰切地模拟自然界中产品的应力环境，对于暴露产品的薄 弱环节具有显著效果。
图la是本发明具体实施三维振动试验的可靠性筛选装置的结构示
意图lb是本发明具体实施三维振动和快速温变复合应力试验的产品
可靠性筛选装置的结构示意图2a是本发明具体实施方式
斜面夹具的斜面表面图；图2b是本发明具体实施方式
斜面夹具的侧视图3是本发明具体实施方式
斜面夹具上控制传感器安装的示例图4是本发明具体实施方式
斜面夹具样品安装示例图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。
如图la所示为本发明具体实施方式
所述产品可靠性筛选装置的一 种结构示意图，可用于进行三维振动、二维振动或一维振动。该装置包 括电磁振动台104和斜面夹具101,其中，斜面夹具IOI固定在电磁振 动台104上。这里斜面夹具101的"斜面"的含义，主要是相对于电磁 振动台104的振动方向倾斜，当振动方向为垂直的时候，则斜面夹具101 的斜面倾斜于水平面，当振动方向为其他方向，比如水平方向的时候， 则斜面夹具101的斜面倾斜于该水平方向。当然，电i兹振动台104可以 由其他动力源驱动，并不限于电磁振动或相对于水平面倾斜。
当对产品进行温度变化和振动的复合应力试验时，所述可靠性筛选 装置还包括一快速温度变化试验箱102,和一个隔热板103,如图lb所 示。其中，电磁振动台104的动圏进入快速温度变化试验箱102的底部 开口 ，隔热板103封闭快速温度变化试验箱102的底板和动圈之间的空 隙以防止热量传递，斜面夹具IOI固定在电磁振动台104上。
其中，电磁振动台104的主体部分是振动台台体，主要包括活动系 统(动圈和工作台面)、磁路系统、弹性支承系统、导向机构、冷却装 置、隔振系统等。另还包括电气设备和电子仪器，如功率放大器、控制 仪。用户通过控制软件可实现振动严酷度的设置和控制，如频率、加速 度和振幅的设置和控制。
如附图2a、图2b所示为本发明具体实施方式
所述斜面夹具101的 一种结构的表面图、侧视图，包括底座、斜面和夹具，其中安装样品的 平面为斜面，该斜面与水平面成一定的夹角，称此夹角为斜面倾角oc， 即如图2b所示斜面轴线AB和水平方向CD的夹角。试验时，样品通过 其他夹具固定在斜面夹具101上，其与电磁振动台104的垂直台实现连接，动圏推动垂直台作竖直方向或水平方向的振动，本具体实施方式
以
竖直方向振动为例，斜面夹具101固定在电磁振动台104的垂直振动台 上。
样品偏转某个角度后固定在斜面夹具101上，即样品的中轴线与斜 面夹具IOI的轴线AB的夹角为偏转角，设定此偏转角用卩表示，则振 动时样品在其X轴向、Y轴向、Z轴向同时存在加速度分量，分别记为 Ax、 Ay、 Az。假设振动过程中的某一时刻，振动台竖直方向的加速度为 A，则理论上样品三轴向的加速度分量分别为
由于Cos(3和Sin卩小于或等于1，斜面夹具101的斜面倾角a为固 定值(斜面夹具成型后此角即为定值)，Z轴方向的加速度分量模值IAzl 不变，而X轴方向和Y轴方向的加速度分量模值IAxl和IAyl可以随着样品 在斜面夹具101上放置的偏转角|3改变而改变。
本具体实施方式
中，斜面夹具采用镁铝合金材料制成，其倾角 a=35.27。，以偏转角卩=45 °为例，如附图3及附图4所示，则上述式(1 )、 式(2)、式(3)计算可得 Az = A*Cosa=0.816A
Ax = A*Sina *Cosp=A *Sin35.27 。 * Cos卩=0.577A Cos45 ° = 0.408A Ay = A*Sina* Sinp= A*Sin35.27 ° * Sin卩=0.577A Sin45 。 = 0.408A
因此，X轴、Y轴、Z轴三个轴向的加速度分量才莫^直的关系为
|Az|=2|Ax|=2|Ay|
该比例关系符合实际环境中产品在三个轴向上的振动能量分布，即 X轴向和Y轴向的振动能量大致相等，而Z轴向是X轴向或Y轴向的两 倍。因此，在实际试验中，优选地将样品偏转45。角固定在斜面夹具上。
值得注意的是，所述斜面夹具101的斜面倾角a不局限于本具体实 施方式所述的35.27°,所述样品放置的偏转角P也不局限于本具体实施 方式所述的45。，其它角度只要满足斜面倾角oc在0。至90。之间，偏转 角j3在0。至360。之间均属于本发明的保护范围，另外，斜面倾角a在
Az=A*Cosa
Ax=A*Sina*Cos(3
Ay=A*Sina*Sinp
(1)
(2)
(3)90 °至180°之间、180 。至270°之间、270 °至360°之间时得到的斜面夹 具结构与所述斜面倾角a在0。至90。之间得到的斜面夹具结构均相同， 因此，也属于本发明保护的范围。
以上也间接描述了斜面夹具IOI的"斜面"含义，其效果是仅采用 一个维度的振动，巧妙结合斜面夹具101的"斜面"，即可以实现样品 在三维方向的振动测试，无需采用现有技术每个维度都需要进行一次振 动。两者在试验时间、消耗成本方面，极大不同；最^f艮本的差异，在于 振动的效果。
所述快速温度变化试验箱102包括一液氮制冷系统，该制冷系统包 括所述快速温度变化试验箱102箱体上的4个性能良好的液氮流量控制 电磁阀门、箱内右壁设置的4个液氮输入口，以及箱内左壁开设的抽气 孔和用于抽离试验中已气化的高温液氮的驱动马达；其中四个液氮流量 控制电磁阀门分别控制4个液氮输入口，当4个阀门同时开启时，液氮 供应量最大，降温最快，保证了最大降温速率达100°C/min。阀门开启 数量可以选择控制，以实现不同的降温速率。本发明具体实施方式
中， 开启一个阀门，即可^f吏温箱降温速率达25。C/min。
液氮流量控制电^ 兹阀门的灵敏度和可靠性，是影响所述快速温度变 化试验箱102的性能的重要因素。本具体实施方式
中以ASCO制造的二 通型0.6" 口径的常闭电磁阀为例。
所述快速温度变化试验箱102采用正面高速强制送风系统，保证温 度均匀性。
所述快速温度变化试验箱102还包括一发热装置，该发热装置包括 箱内左壁、右壁和后壁夹层中均匀安装的10组发热单元，每组发热单 元由3个大功率低阻值的电阻丝星型连接组成，以保证负载平衡。本具 体实施方式中，以电阻丝规格为6Q, 8kW为例。
另外，该快速温度变化试验箱102还包括一可编程温度控制器，进 行多组程序的设定；采用人机对话式触摸屏，增强了操作方便性。为保 证安全，设置了安全保护措施，如电源过载保护、漏电保护、控制回路 过载及短路保护、超温保护、接地保护、报警声讯提示。通过如图la所述的可靠性筛选装置，进行三维方向的振动应力试 验的方法包括如下步骤
步骤S11:将电》兹振动台的动圈置于Z轴向状态，将斜面夹具固定 在电磁振动台的垂直扩展台上；
步骤S12:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样 品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后放置于斜面上，并 通过夹具固定；
步骤S13:通过电磁振动台的控制单元设置试验参数，包括振动的 频率、加速度、振幅，开始试验，并监控试验过程；
步骤S14:将经过振动试验后损坏的样品筛除，保留通过实验未损 坏的样品，结束试验。
当进行温度变化和振动的复合应力试验时，采用如图lb所示的可 靠性筛选装置，具体包括如下步骤
步骤S21:将电》兹振动台的动圏置于Z轴向状态，且位于快速温度 变化试验箱底部开口；
步骤S22:将斜面夹具固定在电磁振动台的垂直扩展台上；
步骤S23:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样 品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后放置于斜面上，并 通过夹具固定；
步骤S24:开启液氮储罐的阀门，接通快速温度变化试验箱和电磁 振动台的电源，进入设置界面，设置温度和振动试验参数；
步骤S25:试一验启动，实施过程监控，将经过试-睑后损坏的样品筛 除，保留通过实验未损坏的样品，结束试验。
本发明所述快速温度变化试验箱102还可单独进行温度变化应力试 验，具体包括如下步骤
步骤S31:将实验样品放置于所述快速温度变化试验箱102内；
步骤S32:启动所述快速温度变化试验箱102的电源；
步骤S33:开启液氮储罐的阀门；
步骤S34:进入设置界面，设置试验^t;步骤S35:启动试验，进行试验过程监控；
步骤S36:将经过快速温度变化试验后损坏的样品筛除，保留经过 实-验未损坏的样品，结束试验。
上述两种方法中，偏转角度P优选值为45°。
用户在使用的过程中， 一方面可将三种设备结合起来，进行复合应 力的实验，提高筛选产品的准确性；另一方面，也可根据实际需要，仅 采用电磁振动台104和斜面夹具101,进行三维振动试验。也可仅采用 快速温度变化试验箱102，进行温度变化试验，提高了设备的使用率及 使用的灵活性。
值得注意的是，本发明所述的斜面夹具IOI不局限于放置于所述电 磁振动台的垂直台上，还可放置于水平扩展台上做水平方向振动，或进 行旋转试^r，则所述试^验方法也作适应性的改变，所述改变均属于本发 明的保护范围。值得注意的是，试验样品放置的偏转角卩不局限于本具 体实施方式所述的45。，在0。至卯。之间的其它角度也是可以选择的， 只是X轴向和Y轴向的振动分量不同而已。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细 说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属 技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以 做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种产品可靠性筛选装置，其特征在于，该装置包括振动台和斜面夹具，斜面夹具固定在电磁振动台上，该振动台至少在一方向振动，该斜面夹具的斜面倾斜于所述方向。
2、 根据权利要求l所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 所述振动台是电》兹振动台，包括振动源和连接该振动源的控制单元，该 控制单元包括振动频率调节模块、加速度调节模块或振幅调节模块。
3、 根据权利要求l所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 该装置还包括一快速温度变化试验箱，所述试验箱包括一液氮制冷装 置、 一发热装置、 一可编程温度控制器和一连接箱体的高速强制送风系 统。
4、 根据权利要求3所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 所述制冷装置包括箱体上的四个液氮输入口以及对应的四个液氮流量 电磁控制阀门， 一抽气孔及抽气用的马达；发热装置包括设置于所述快 速温度变化试验箱三面内壁夹层中的多组发热单元，其中每组发热单元 包括三个大功率低阻值的电阻丝，该三个电阻丝星型连接，电阻丝的规 格为6Q， 8kW。
5、 根据权利要求l所述的一种产品可靠性篩选装置，其特征在于， 所述斜面夹具包括底座、斜面和夹具，该底座竖直设置，该斜面设有多 个固定孔，斜面与水平面成一角度固定于底座上，夹具通过固定孔将样 品固定于斜面上，此角度为斜面的倾角。
6、 根据权利要求5所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 所述^h面与水平面的倾角为35.27°。
7、 根据权利要求5所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 所述样品的中轴线与斜面的轴线成一偏转角固定于斜面上。
8、 根据权利要求7所述的一种产品可靠性筛选装置，其特征在于， 所述偏转角为45。。
9、 一种通过权利要求2所述的筛选装置进行的可靠性筛选方法，步骤S11:将电i兹振动台的动圈置于Z轴向状态，将斜面夹具固定 在电磁振动台的垂直扩展台上；步骤S12:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样 品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后放置于斜面上，并 通过夹具固定；步骤S13:通过电磁振动台的控制单元设置试-验参数，包括振动的 频率、加速度、振幅，开始试验，并监控试验过程；步骤S14:将经过振动试验后损坏的样品筛除，保留通过实验未损 坏的样品，结束试-睑。
10、 一种通过权利要求3所述的筛选装置进行的可靠性筛选方法， 其特征在于，该方法包括如下步骤步骤S21:将电磁振动台的动圈置于Z轴向状态，且位于快速温度 变化试验箱底部开口；步骤S22:将斜面夹具固定在电磁振动台的垂直扩展台上；步骤S23:根据需要的样品X轴向和Y轴向的加速度分量，确定样 品中轴线和斜面轴线的夹角，将样品按此夹角偏转后放置于斜面上，并 通过夹具固定；步骤S24:开启液氮储罐的阀门，接通快速温度变化试验箱和电磁 振动台的电源，进入设置界面，设置温度和振动试验参数；步骤S25:试验启动，实施过程监控，将经过试验后损坏的样品筛除， 保留通过实验未损坏的样品，结束试验。
全文摘要
本发明公开了一种产品可靠性筛选装置，该装置包括振动台和斜面夹具，其中，斜面夹具固定在振动台上，该振动台的动圈推动斜面夹具在竖直方向振动，斜面夹具的斜面倾斜于该方向。另外，该装置还可包括一套快速温变试验箱，以及置于快速温变试验箱和电磁振动台之间的隔热板。同时，本发明还提出了应用该装置进行的三维方向振动应力试验方法，以及温度和三维振动复合应力试验方法。应用本发明所述的装置及方法进行靠性筛选试验，效果显著，另该装置结构简单，成本较低，便于推广使用。
文档编号B07C5/00GK101623690SQ20091010925
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者孙学明, 华 张, 朱崇全, 朱建华, 岩 李, 杨彦彰, 望 舒, 陈显顾, 黄伟中 申请人:深圳市计量质量检测研究院