4.3.4. Испытания на воздействие внешних условий
Рассматривая испытания контроля качества и испытания на надёжность, мы видели, что часть из них проводятся при нормальных внешних условиях, а часть – при преднамеренном отклонении этих условий от нормальных. Классификация испытаний по воздействию внешних факторов приведена на рис. 4.2.
По характеру воздействующих факторов испытания можно разделить на 5 видов: конструктивные, электрические, механические, климатические и радиационные.
Конструктивные испытания проводят для контроля надёжности конструкции изделий и их отдельных элементов. При этих испытаниях проверяют размеры, механическую прочность элементов конструкции, выводов и соединений, качество антикоррозийных покрытий, герметичность корпусов (для микросхем и некоторых электронных средств, обычно предназначенных для работы в условиях повышенной влажности, пыли и т.п.).
Механические испытания проводят для контроля устойчивости изделий к воздействию различных механических факторов. При этом во время самих испытаний или до и после них контролируют электрические параметры изделий.
К механическим испытаниям относятся испытания на вибропрочность, вибростойкость, ударную прочность, воздействие одиночных ударов и линейных ускорений.
Испытания на вибропрочность проводятся для проверки способности изделий противостоять разрушающему действию вибрации и сохранять свои параметры после её воздействия. Частота, амплитуда и длительность воздействия вибрации определяются техническими условиями. Электрические характеристики контролируются после проведения испытаний. Сами же испытания проводятся при отключенном питании проверяемых электронных средств.
Испытания на вибростойкость проводят для проверки способности изделий сохранять свои функции под электрической нагрузкой при воздействии механических вибраций при определённых частотах и ускорениях. Электрические параметры изделий контролируются во время самих испытаний.
Испытания на вибропрочность и вибростойкость проводятся на специальных вибростендах или вибростолах, позволяющих задавать необходимые параметры вибрации в достаточно широком диапазоне их значений.
Испытания на ударную прочность (многократные удары) проводят для проверки способности изделий сохранять внешний вид и электрические параметры после воздействия многократных ударных нагрузок с большим ускорением и малой длительностью удара. Испытания проводят на специальном стенде при разных положениях испытуемого изделия по отношению к направлению ударов. Электрические параметры изделия контролируют после испытаний.
Испытания на воздействие одиночных ударов проводят для проверки способности изделий выдерживать механические нагрузки с очень большим ускорением и очень малой длительностью. Их также проводят на ударном стенде, создающем ударные нагрузки с ускорением, многократно превышающем ускорение свободного падения, и очень малой длительностью удара. При этом положение изделия по отношению к направлению удара также меняется.
Испытания на воздействие линейных ускорений проводят для проверки способности изделий выдерживать постоянные ускорения в течение заданного времени. Испытания проводят на центрифуге, позволяющей создавать ускорения в десятки и даже сотни g. Длительность испытаний обычно составляет несколько минут. Электрические параметры контролируют после испытаний. Испытания могут проводиться при нескольких положениях изделия в центрифуге.
Электрические испытания проводят для контроля работоспособности изделий и стабильности их параметров при различных рабочих электрических режимах. Работоспособность изделий контролируют либо при кратковременном изменении питающих напряжений и входных сигналов от минимально допустимых до максимально допустимых, либо при электрической или термоэлектрической тренировке во время технологических испытаний. В последнем случае эти воздействия имеют длительный характер (от нескольких часов до сотен часов), кроме того, электрические воздействия могут совмещаться с температурными.
Климатические испытания проводят для контроля изделий на теплостойкость, холодостойкость, влагостойкости, стойкость к термоциклированию, к повышенному и пониженному атмосферному давлению и к воздействию морского тумана.
Испытания на термостойкость обычно совмещаются с испытаниями на предельные значения электрических питающих и сигнальных напряжений и проводятся во время электротермотренировки при технологических испытаниях. Испытания проводятся в камере тепла с регулируемой температурой. Температура и длительность испытаний задаются в соответствии с техническими условиями.
Испытания на холодоустойчивость проводят в камере холода, позволяющей создавать температуру от +5 до -80 0C. Испытания могут проводиться как под электрической нагрузкой, так и без неё в соответствии с ТУ.
При испытаниях на термоциклирование изделие попеременно переносят из камеры тепла в камеру холода. Число циклов и значения температур в этих камерах определяются ТУ. Электрические параметры проверяются после испытаний. При этом перед включением под электрическую нагрузку контролируемые изделия выдерживаются при нормальных условиях не менее двух часов (чтобы успел испариться конденсат, который образуется при извлечении изделия из камеры холода). Контролируется также внешний вид (может произойти растрескивание и отслоение защитных и декоративных покрытий из-за различия коэффициентов линейного расширения материалов, покрытий и основы). При использовании герметичных корпусов проверяется и герметичность после испытаний.
Испытания на влагостойкость проводят для определения способности изделий выдерживать воздействие повышенной влажности в течение заданного времени. Испытания могут проводиться под электрической нагрузкой или в отключённом состоянии. Длительность выдержки изделий в условиях повышенной влажности может составлять от нескольких часов до нескольких суток .
Испытания на воздействие повышенного и пониженного атмосферного давления проводят для проверки способности изделий сохранять внешний вид и электрические параметры после воздействия этих факторов. Испытания проводят в барокамерах. Электрическую нагрузку подают только при пониженном давлении, поскольку при пониженном давлении в высоковольтных плохо изолированных цепях может возникнуть электрический разряд (коронный, тихий и др.), а также увеличивается вероятность пробоя, а при повышенных давлениях эти явления исключены.
Испытания на воздействие морского тумана проводят для определения коррозионной стойкости изделий. Испытания проводят в специальной камере, в которой распыляются растворы различных солей, чем имитируется морской туман. В таких условиях изделия выдерживают в течение нескольких суток, после чего наружные поверхности изделия протирают или промывают (для удаления возможных солевых осадков), сушат, а затем проверяют внешний вид и электрические параметры.
Радиационные испытания проводят для определения радиационной стойкости изделий, для чего их подвергают воздействию заданной дозы ионизирующего рентгеновского или гамма-излучения, а также потока нейтронов. После испытаний проверяют электрические параметры. Для таких испытаний используются специальные камеры, обеспечивающие радиационную защиту персонала, и радиоизотопные источники ионизирующего излучения. Такие камеры обычно строят под землёй, поэтому они весьма дороги, что приводит к удорожанию и самих испытаний. Поэтому радиационные испытания проводятся практически только для электронной аппаратуры военного назначения, космической техники, оборудования атомных электростанций и различного физического научного оборудования, используемого для ядерных исследований (электронное оборудование мощных ускорителей, оборудование радиоизотопных лабораторий и т. д.).
Вопросы для самоконтроля:
1. В чём состоят общность и различия процедур контроля и измерений?
2. Чем характеризуется качество контроля?
3. Какие существуют виды и методы контроля?
4. Каковы типичные задачи контроля электронных средств?
5. Что подразумевается под технологией контроля и кем и когда она должна разрабатываться?
6. Назовите виды испытаний контроля качества электронных средств.
7. Чем квалификационные испытания отличаются от приёмо-сдаточных?
8. Для чего проводят периодические испытания и что они собой представляют?
9. В каких случаях проводятся типовые испытания и как составляется их программа?
10. С какой целью проводятся технологические испытания и что в них включается?
11. Какие существуют виды испытаний электронных средств на надёжность и с какими целями они проводятся?
12. С какой целью и в состав каких видов испытаний включают испытания на воздействия внешних факторов?
13. Какие существуют виды механических испытаний и в чём они заключаются?
14. Какие существуют виды климатических испытаний и в чём они заключаются?
15. В каких случаях проводятся радиационные испытания электронных средств и в чём они состоят?
5. Математико-статистические методы выборочного контроля
5.1. Предпосылки использования математико-статистических методов
контроля качества изделия
Ранее уже упоминалось о применении математико-статистических методов контроля. Суть их заключается в том, что контролю подвергаются не все изделия, а лишь их небольшая часть. Результаты контроля этой выборки изделий обрабатываются математически, что позволяет сделать выводы не только о пригодности или непригодности изделий, попавших в выборку, но и принять решение о приёмке или браковке всей партии изделий, откуда была взята выборка. Более того, во многих случаях представляется возможным получить важную информацию о ходе технологического процесса и использовать её для своевременной корректировки технологического процесса, что позволяет предотвратить возможность появления брака.
Применение математико-статистических методов при производственном контроле целесообразно в следующих случаях:
Когда контроль продукции возможен только путём разрушения контролируемых изделий. Понятно, что здесь выборочный контроль является единственно возможным.
В случаях крупносерийного или массового производства при относительно стабильных технологических процессах, когда контрольные операции не автоматизированы. В этом случае использование сплошного контроля всей продукции хотя и возможно в принципе, однако существенно увеличивает себестоимость изделий, так как требует большого штата контролёров, не приводя, тем не менее, к существенному повышению эффективности контроля, поскольку большой объём ручного контроля способствует быстрому утомлению контролёров, а это неминуемо ведёт за собой пропуск брака или перебраковку.
В условиях группового метода изготовления изделий, что характерно для изделий микроэлектроники, когда внутри партии изделий, изготовленных в едином технологическом цикле, разброс значений контролируемых параметров не велик и небольшая по объёму выборка из этой партии адекватно представляет всю партию изделий.
В условиях поточного высокоавтоматизированного производства, но невозможности использования встроенных в автоматизированные линии автоматических средств контроля, когда вероятность резких колебаний качественных характеристик продукции достаточно мала, что позволяет проводить контроль с определённой периодичностью.
В условиях мелкосерийного производства, если процессы контроля очень сложны, дороги и трудоёмки, а автоматизировать их нет смысла из-за малого объёма выпуска и частой сменяемости изделий.
Из сказанного следует, что области применения математико-статистических методов контроля весьма широки. Обобщая п.п. 2-4, можно сказать, что переходить к выборочному контролю следует во всех случаях, когда объём контроля велик, а полностью автоматизировать контрольные операции по техническим или экономическим причинам невозможно. Опыт показывает, что в этих условиях отказ от сплошного контроля и переход к выборочному не только не снижает, но в большинстве случаев даже повышает его эффективность. Это легко объясняется с позиций психологических установок и физиологических возможностей человека- контролёра. При сплошном контроле, когда объём контроля в десятки, а то и в сотни раз больше, чем при выборочном, во-первых, объективно снижается тщательность и качество контроля, так как контролёр вынужден работать в напряжённом темпе; во-вторых, быстро накапливается утомление, притупляется внимание, повышается вероятность ошибок в считывании и интерпретации показаний контрольно-измерительных приборов, что приводит к дополнительному снижению качества контроля, то есть существенно возрастает и вероятность пропуска брака, и вероятность браковки годной продукции. Этим и объясняются результаты многократно повторенных экспериментов, когда переход от сплошного контроля к выборочному при использовании той же контрольно-измерительной аппаратуры и с теми же контролёрами приводил не к снижению, а к повышению эффективности контроля, то есть суммарная недобраковка (риск потребителя) и перебраковка (риск изготовителя) продукции уменьшались, не говоря уже о многократном уменьшении затрат на контроль.
Естественно, что эти соображения справедливы лишь в тех случаях, когда контрольные операции не автоматизированы. В случае их автоматизации говорить об утомляемости и психологических установках, конечно, не приходится. Однако и в этом случае так же не исключается целесообразность использования выборочного контроля. Его предпочтительно применять и при высокой степени автоматизации контрольных операций когда, с одной стороны, производительность контроля отстаёт от производительности самого производственного процесса, а с другой стороны, вероятность частых и резких отклонений контролируемых качественных характеристик невелика. Последнее из этих условий (относительное постоянство контролируемых характеристик, определяемое устойчивостью основных технологических процессов) является необходимым и для п. 5, определяющего применимость выборочного контроля в условиях мелкосерийного производства.