电器电子产品零部件剩余寿命检测技术探讨

电器电子产品零部件剩余寿命检测技术探讨

马斐

广电计量检测（西安）有限公司  陕西省西安市  710119

摘要：电子产品的剩余寿命评价是一种很有社会意义的工作。循环经济是指人们通过提高产品价值，优化资源利用，降低对环境的影响来达到可持续发展的目的。而旧家电产品的可再生性评价、系统生态效率评价、政府对旧产品的市场准入和管理等都与产品的剩余使用寿命有很大关系。所以，对零件的剩余寿命进行精确的评价，是以上工作的先决条件。本文归纳出了对产品寿命期的敏感性测试方法，并对相关技术进行了总结。希望对政府监管、产品废旧属性的识别、产品的可加工性评估等方面都有一定的参考价值。

关键词：电器；电子产品；零部件；剩余寿命；检测技术

引言

随着科学技术的快速发展。电子产品的复杂程度越来越高，与此同时对产品的可靠性水平要求也越来越严格，而传统的试验方法已无法满足现代电子产品高可靠性的要求。如何快速地评价产品的可靠性是否达到规定要求、缩短装备的研制周期、提升整机设备的可靠性水平．已成为了现代电子产品研制过程中急需解决的问题。

1.电器电子产品零部件剩余寿命检测技术存在的问题

第一，定时截尾实验法。这一方法通过对于样品的直接使用检测，得到电子产品的最大使用寿命，这可以对于平均使用寿命的估计得到一个较为准确的值，但是这一方法首先要在产品试验期完成，且耗时较长，并且抽样的样本容量要达到一定量，否则无法得到较为准确的寿命参数，这对于一些产品而言成本过大。第二，贝叶斯法，这一方法主要利用统计学方法，利用分布函数对于电子产品的可靠性进行推断，一般其置信区间的下限值较为准确，但是这一测试方法的计算难度较大，并且我国的电子产品缺乏足够的数据积累，因此目前在我国推广难度较大。第三，系统分布推理法，它适用于复杂的电子产品可靠性分析，但是有较高的前提要求，并且需要长时间的信息收集，难以管理[1]。

2.试验设计

作者采用失效分析检测方法（X-ray、切片检测）对阶梯使用时间的PCB板和元器件进行了分析。样品为可编程控制器的电源输入模块，使用时间分别为2年、10年、16年。该三件样品来源于用于再制造的进口复印机上的输入电源模块，由美国罗克韦尔自动化有限公司制造。选择这三件样品，主要是因为它们同时承受220V交流电和脉冲直流电的强弱电交变应力，工作循环时间相似、制造工艺相同，同时应力周期足够长，有区分度。照片为部分X-Ray检测、切片检测的典型可编程控制器样品（制样前），为便于比较和得出结论，选取样品的原则：（1）在电器电子领域大量使用具有代表性；（2）承受充分的各类主要应力；（3）工况相近，使用时间分布合理；（4）材料、制造工艺相同（如PCB基板材料、贴片工艺、焊料组分等）[2]。选择X-Ray、切片检测进行比较，是因为X-ray具有无损、快速的特点，适合大批量产品筛选。切片的方法在失效分析中应用广泛，同时引入Minilab等分析软件，对试验数据进行分析，使结果更具可信度。切片检测方法的特点在于：（1）结果直观，能从微观结构变化中锁定发现电器电子产品微裂纹、空洞、虚焊等缺陷，犹如医学中的病理分析；（2）样品可塑性好，是一种静态检测方法，检测时无须让复杂的产品处于运行状态；（3）样品应用面广，检测成本和周期可控，可广泛检测PCB材料、元器件、焊点缺陷检测。

3.分析方法研究

3.1可靠性预计

可靠性预计主要运用于设计阶段，可靠性预计主要用于电子产品的设计阶段，对于电子产品的可靠性进行预估，主要利用电子产品的运行可靠性模型以及结构材料等相关信息，在得到可靠性预估值后，判断是否达标，如未达标则对于具体设计指标进行优化改进。目前我国的可靠性预估主要根据国家标准：GJB/Z299C《电子设备可靠性预计手册》。GJB/Z299C，这一手册是在进行大量可靠性试验的基础上进行系统整理而成的，它在适应我国现有电子产品的基础上也借鉴了其他国家的可靠性预计手册的优点，以对我国电子产品未来的发展做好装备。这一标准对于我国现在常见的21类电子元器件进行可靠性分析，其中对我国流通的国产、进口元件都有涉及。这份手册列出了元器件的可靠性预估模型，并且还对相关的图表信息及参数进行讲解分析，给出公式涉及的常用参数值，对于实际的可靠性预估有很大的帮助。可靠性预计对于产品的设计而言有极大的意义，可以帮助改进设计方案，确保设计投产的方案是足以满足设计需求的。

3.2可靠性评估

对于电子产品而言，从涉及阶段到最好的销售及售后维修，都不能离开可靠性评估，只有对全过程的关注评估，才能得到最为详尽的可靠性评价数据，也为后期的产品研发改进做好数据准备。设计研发阶段的可靠性试验可以对设计方案提供改进的可能，而在具体投产之前，还需要利用可靠性试验结果来做生产计划和运输储存的管理计划，一般电子产品会有一个试用阶段，这是为了通过试用期反馈的问题来进行产品的优化修改，完善早期故障，加强可靠性筛选，也对大批投产销售提供可靠性保障。可靠性评估是一个长时间的评估过程，在投入生产销售后还可以继续的一个过程，对售后的信息进行收集可以帮助更好的评估，而评估的结果不仅仅是对于这一电子产品的质量衡量指标，还会对下一代产品的改进创新提供帮助，对于通用电子产品的全寿命周期可靠性分析意义重大，因为这一部分真正贯穿了生产的全寿命周期

[3]。

3.3可靠性分析方案流程

第一，根据已有的电子产品生产厂家与对前期产品的信息反馈，进行可靠性预计，利用可靠性数据筛选合格产品，判断是否可以进行进一步验证、如果达到预期要求则进入下一步，否则对于设计方案进行修正；第二，进行可靠性验证试验，这一阶段需要查找相应标准进行定性考核，对于不同的电子产品已经有了相应的对应标准；第三，对于试验数据的收集，将可靠性验证试验的试验数据进行完善的收集整理；第四，进行可靠性评估，利用试验数据进行定量的可靠性评估，利用计算模型对可靠性进行计算，主要得出电子产品的使用寿命等参数，对电子产品的可靠性指标进行量化衡量；第五，进行加速寿命试验，这一步并非必需，因为其成本较大，因此需要考虑综合情况；第六，对以上的定性与定量的结果进行结合分析以及语言描述，以此来评价该电子产品在整个寿命周期内的可靠性。

4.结束语

一般使用情况下，电器电子产品零部件的微观实质变化会先于宏观失效现象，不同检测分析手段对零部件寿命缺陷的敏感程度区别很大，寿命缺陷与产品或零部件的使用状态、生产工艺、失效类型等综合因素相关。部分失效分析检测方法对电器电子产品零部件的寿命缺陷显示出一定的辨识度，对相关零部件剩余寿命评估有重要参考价值。国家标准GB/T34631-2017《再制造机械零件剩余寿命评估指南》已经对机械零件剩余寿命的评估准则和检测项目做出了规定。建议有关部门，在充分有效的试验和研究的基础上，尽快针对电器电子零部件产品，制定寿命缺陷检测方法指南及剩余寿命评估方法，并应用于实际，这对电器电子有关产业发展和循环经济具有重要的现实意义。作者相信，失效性分析检测方法在该领域的应用随着理论和技术的发展必定会有越来越广阔的空间。

参考文献

[1]2019首批电器电子产品生产者责任延伸试点工作报告[J].家电科技,2020(03):32-37.

[2]胡昌华.设备剩余寿命预测与最优维修决策[M].北京:国防工业出版社,2018:1-2.

[3]GB/T34631-2017再制造机械零件剩余寿命评估指南[S].附录A.

作者简介：

马斐，1980.1.12，男，汉族，陕西西安人，大学本科。主要研究方向：可靠性与环境试验。