CN114442593B - 一种电控***高温应力可靠性强化试验方法 - Google Patents

一种电控***高温应力可靠性强化试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电控***高温应力可靠性强化试验方法，属于高温可靠性试验领域，通过各元器件风险测评，从而提高有限监测资源分配的合理性，进一步促进试验中被测样品故障现象的及时发现；给被测样品施加步进高温应力、通过降低故障元器件的输出功率和/或增加散热功率消除故障，实现故障的及时排除，这样可以精准控制故障点的温升效应，有效限制排除故障措施的影响范围，避免向试验中引入不可控因素，而且操作便捷，易于现场及时处理实现。

Description

一种电控***高温应力可靠性强化试验方法
技术领域
本发明涉及高温可靠性实验领域，尤其是涉及电控***高温应力可靠性强化试验方法。
背景技术
随着科学技术的发展，质谱仪等高端仪器装备的性能参数日益提高，其电控***的结构日趋复杂精密，相关可靠性问题越来越突出。对于用户而言不稳定不可靠的性能参数毫无意义，甚至带来安全风险。高温应力可靠性强化试验能够短时间内暴露电控***功率分配和热设计缺陷，为电控***可靠性增长设计提供依据，促进被测样品可靠性的稳步提升。然而，目前主流的高温应力可靠性强化试验过程较为繁琐，每次试验循环只能激发少数故障，没有充分规避木桶效应对故障缺陷暴露的负面影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种操作简单、能够激发所有故障、实现故障的及时排除，精准控制故障点的温升效应，有效限制排除故障措施的影响范围，避免向试验中引入不可控因素，而且操作便捷，易于现场及时处理实现的电控***高温应力可靠性强化试验方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种电控***高温应力可靠性强化试验方法，包括以下步骤：
各元器件风险测评：根据电控***的各元器件温升余量分布，判断元器件在高温应力下的可靠性风险，风险大的元器件作为优先监测对象，根据风险程度，排列各元器件监测优先级；
开始实验：给被测样品施加步进高温应力，监测被测样品的工作状态；
出现故障：当被测样品出现故障时，通过降低故障元器件的输出功率和/或增加散热功率消除故障，当故障无法消除时，进行设计整改；
继续实验：当故障消除时，在故障发生的高温应力等级下继续实验，无故障则提升高温应力直至达到预定应力极限强度进行设计整改；出现新的故障点则回到出现故障步骤；
设计整改：整理所有故障点清单，进行设计优化整改；
实验验证：对优化设计后的电控***进行高温应力强化实验验证，出现新故障则回到出现故障步骤，如不出现新故障则完成可靠性强化试验。
进一步的，所述各元器件风险测评具体包括以下步骤：
明确各电子元器件的工作温度设计极限，建立理论极限工作温度分布g(x,y,T)；
采集各元器件的实际工作温度分布f(x,y,t)；
计算电控***的温升余量分布r(x,y,p)＝1-g(x,y,T)/f(x,y,t)；
根据温升余量分布判断风险程度。
进一步的，在所述开始实验步骤中，所述监测被测样品的工作状态具体为：通过电压衰减模块和多通道信号采集装置对电控***输出端口电压和筛选出的高风险元器件输出电压进行监测。
进一步的，电压衰减模块将电控***输出的高压信号衰减至较低电压范围。
进一步的，多通道信号采集装置对衰减后的电控***电压监测点的电压进行测量和记录。
进一步的，在所述开始实验步骤中，通过上位机和可调模拟负载实现对电控***的工作状态模拟和调节。
进一步的，当元器件为数模转换芯片时，通过调节数字控制量，降低模拟控制量输出，从而降低数模转换芯片的输出功率，排除数模转换芯片的过热故障。
进一步的，调节数字控制量时，同时降低对应功率放大输出端口的负载电阻，从而保障后端电路功耗状态保持不变。
进一步的，当元器件为功率放大芯片时，通过调节对应模拟负载，增加负载电阻，从而降低功率放大芯片的输出功率，降低对应芯片的温升幅度，排除芯片过热异常工作状态。
进一步的，在开始实验步骤中，给被测样品施加步进高温应力时，每个应力强度保持一定时间。
相比现有技术，本发明电控***高温应力可靠性强化试验方法通过各元器件风险测评，从而提高有限监测资源分配的合理性，进一步促进试验中被测样品故障现象的及时发现；给被测样品施加步进高温应力、通过降低故障元器件的输出功率和/或增加散热功率消除故障，实现故障的及时排除，这样可以精准控制故障点的温升效应，有效限制排除故障措施的影响范围，避免向试验中引入不可控因素，而且操作便捷，易于现场及时处理实现。
附图说明
图1为本发明电控***高温应力可靠性强化试验方法的***图；
图2为图1的电控***高温应力可靠性强化试验方法的流程图；
图3为图1的电控***高温应力可靠性强化试验方法中的各元器件风险测评的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为本发明电控***高温应力可靠性强化试验方法的***图，电控***高温应力可靠性强化试验***包括上位机、电控***、模拟负载、电压衰减模块、多通道信号采集装置。
上位机和模拟负载实现对电控***的工作状态模拟和调节。电压衰减模块将电控***输出的高压信号衰减至较低电压范围。多通道信号采集装置实现对衰减后的电控***电压监测点的电压测量和记录。
在本实施例中，电控***为质谱电控***，质谱电控***主要功能是产生不同调节范围的直流和交流电压从而驱动离子光学***，实现对不同质荷比带电粒子的筛选功能，主要包括主控电路、数模转换电路和功率放大电路。主控电路与上位机的通信并向数模转换输出数字控制量，数模转换电路将数字控制量转换为模拟控制量输送给功率放大电路。功率放大电路将模拟控制量进行电压和功率的放大，最终输送给负载。
请继续参阅图2以及图3，电控***高温应力可靠性强化试验方法包括以下步骤：
各元器件风险测评：根据电控***的各元器件温升余量分布，判断元器件在高温应力下的可靠性风险，风险大的元器件作为优先监测对象，根据风险程度，排列各元器件监测优先级。
各元器件风险测评具体为：通过查阅电路***所有电子元器件的手册资料，明确各电子元器件的工作温度设计极限，形成和电路元器件布局对应的电路板各区域理论极限工作温度分布g(x,y,T)。通过红外成像设备采集室温下稳定运行的质谱电控***各组成部件温度分布，获得质谱电控***的各电路板中电子元器件的实际工作温度分布f(x,y,t)。通过计算质谱电控***的温升余量分布r(x,y,p)＝1-g(x,y,T)/f(x,y,t)，计算结果值越大反映该元器件高温应力下的可靠性风险越低，反之温升余量越小，可靠性风险越大。风险大的元器件作为优先监测对象，根据风险程度，排列各元器件监测优先级，作为有限监测资源的分配依据。
开始实验：给被测样品施加步进高温应力，监测被测样品的工作状态。
开始实验具体为：通过电压衰减模块和多通道信号采集装置对质谱电控***输出端口电压和筛选出的高风险器件输出电压进行监测。将被测样品放置在环境试验箱中，模拟负载、电压衰减模块和多通道信号采集装置通过线缆接到环境实验箱外部。通过环境实验箱给被测样品(质谱电控***)施加步进的高温应力，每个应力强度保持一定时间，多通道信号采集装置测得的实时数据不发生异常，则阶梯式增加应力强度。
出现故障：当被测样品出现故障时，通过降低故障元器件的输出功率和/或增加散热功率消除故障，当故障无法消除时，进行设计整改。
出现故障步骤具体为：当多通道信号采集装置测得的实时数据出现异常偏差时，根据偏差电压对应的测试点和元器件温升余量值可以确定功能异常的电子元器件。对于异常元器件通过增加其散热功率或降低其输出功率，可以降低对应器件的温升幅度，提高温升余量，从而是对应器件恢复正常工作状态。
当异常元器件为数模转换芯片时，可以通过调节数字控制量，降低其模拟控制量输出，从而降低数模转换芯片的输出功率。同时，降低对应功率放大输出端口的负载电阻，从而保障后端电路功耗状态保持不变。该方法可以一定程度排除数模芯片的过热故障，并保持功率放大电路等其他功能电路输出功率保持不变，有效控制试验的变量。
当异常元器件为功率放大芯片时，可以通过调节对应模拟负载，增加负载电阻，从而降低功率放大芯片的输出功率，降低对应芯片的温升幅度，排除芯片过热异常工作状态。从测试试验的经验数据统计，各电压输出通道对应的功率放大芯片的温升余量往往较小，在高温应力下故障风险相对其他电子元器件高很多。通过调节负载电阻的方式能够快速有效排除大多数先期出现的过热故障现象，避免局部故障掩盖其他薄弱环节。
继续实验：当故障消除时，在故障发生的高温应力等级(应力强度)下继续实验，无故障则提升高温应力直至达到预定应力极限强度进行设计整改；出现新的故障点则回到出现故障步骤。
设计整改：整理所有故障点清单，进行设计优化整改；
实验验证：对优化设计后的电控***进行高温应力强化实验验证，出现新故障则回到出现故障步骤，如不出现新故障则完成可靠性强化试验。
本申请质谱电控***工作状态调节和监测***能够在高温应力可靠性强化试验全过程实现对质谱电控***的工作状态的监测，保障了被测样品故障状态的及时发现。
本申请通过计算温升余量分布，评估元器件在高温应力下的可靠性风险，从而提高有限电压监测资源分配的合理性，进一步促进试验中被测样品故障现象的及时发现。
本申请试验过程中，通过调节故障元器件或功能模块的模拟输出电平或负载阻抗，实现输出功率的降低，或通过添加临时散热片实现散热效率提升，来抑制故障点的温升效益，实现故障的及时排除。这样可以精准控制故障点的温升效应，有效限制排除故障措施的影响范围，避免向试验引入不可控因素，而且操作便捷，易于现场及时处理实现。
本申请通过故障的及时监测和排除，能够避免试验过程中的木桶效应，促进在一次步进温升试验过程中，激发和暴露更多测试样品的设计缺陷。
本申请电控***高温应力可靠性强化试验方法还可以推广用于各种结构功能相近的电控***的可靠性强化试验。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
各元器件风险测评：根据电控***的各元器件温升余量分布，判断元器件在高温应力下的可靠性风险，风险大的元器件作为优先监测对象，根据风险程度，排列各元器件监测优先级；所述各元器件风险测评具体包括以下步骤：
明确各电子元器件的工作温度设计极限，建立理论极限工作温度分布g(x,y,T)；
采集各元器件的实际工作温度分布f(x,y,t)；
计算电控***的温升余量分布r(x,y,p)＝1-g(x,y,T)/f(x,y,t)；
根据温升余量分布判断风险程度；
开始实验：给被测样品施加步进高温应力，监测被测样品的工作状态；
出现故障：当被测样品出现故障时，通过降低故障元器件的输出功率和/或增加散热功率消除故障，当故障无法消除时，进行设计整改；
继续实验：当故障消除时，在故障发生的高温应力等级下继续实验，无故障则提升高温应力直至达到预定应力极限强度进行设计整改；出现新的故障点则回到出现故障步骤；
设计整改：整理所有故障点清单，进行设计优化整改；
实验验证：对优化设计后的电控***进行高温应力强化实验验证，出现新故障则回到出现故障步骤，如不出现新故障则完成可靠性强化试验。
2.根据权利要求1所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：在所述开始实验步骤中，所述监测被测样品的工作状态具体为：通过电压衰减模块和多通道信号采集装置对电控***输出端口电压和筛选出的高风险元器件输出电压进行监测。
3.根据权利要求2所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：电压衰减模块将电控***输出的高压信号衰减至较低电压范围。
4.根据权利要求3所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：多通道信号采集装置对衰减后的电控***电压监测点的电压进行测量和记录。
5.根据权利要求1所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：在所述开始实验步骤中，通过上位机和可调模拟负载实现对电控***的工作状态模拟和调节。
6.根据权利要求1所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：当元器件为数模转换芯片时，通过调节数字控制量，降低模拟控制量输出，从而降低数模转换芯片的输出功率，排除数模转换芯片的过热故障。
7.根据权利要求6所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：调节数字控制量时，同时降低对应功率放大输出端口的负载电阻，从而保障后端电路功耗状态保持不变。
8.根据权利要求1所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：当元器件为功率放大芯片时，通过调节对应模拟负载，增加负载电阻，从而降低功率放大芯片的输出功率，降低对应芯片的温升幅度，排除芯片过热异常工作状态。
9.根据权利要求1所述的电控***高温应力可靠性强化试验方法，其特征在于：在开始实验步骤中，给被测样品施加步进高温应力时，每个应力强度保持一定时间。
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