CN105183595B - 对高速数据存储器进行试验的方法及系统 - Google Patents
对高速数据存储器进行试验的方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105183595B CN105183595B CN201510490308.3A CN201510490308A CN105183595B CN 105183595 B CN105183595 B CN 105183595B CN 201510490308 A CN201510490308 A CN 201510490308A CN 105183595 B CN105183595 B CN 105183595B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- data processing
- processing device
- speed data
- environmental
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Test And Diagnosis Of Digital Computers (AREA)
Abstract
本发明公开了对高速数据存储器进行试验的方法及系统，其中，该方法包括：设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值；判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。本发明方案能够实现对高速数据存储器的环境极限值进行测试，以获知存储器与运行环境之间的关系。
Description
技术领域
本发明涉及存储器测试技术，尤其涉及对高速数据存储器进行试验的方法及系统。
背景技术
高速数据存储器能够实现数据文件的快速读存，具有很高的可靠性要求。高速数据存储器的应用环境众多，例如可以作为星载设备上的重要部件，如果该部件发生故障，将会严重影响到整个设备的功能。
目前，对高速数据存储器进行性能测试的方案中，大多只能得到存储器当前运行的直接且直观的性能信息，无法得到存储器与运行环境之间的关系，不能满足进一步的需求。
发明内容
本发明提供了一种对高速数据存储器进行试验的方法，该方法能够实现对高速数据存储器的环境极限值进行测试，以获知存储器与运行环境之间的关系。
本发明提供了一种对高速数据存储器进行试验的系统，该系统能够实现对高速数据存储器的环境极限值进行测试，以获知存储器与运行环境之间的关系。
一种对高速数据存储器进行试验的方法，该方法包括：
设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；
设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；
运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值；
判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
一种对高速数据存储器进行试验的系统，该系统包括环境试验箱、环境设置模块、设定模块、性能数值获取模块和测试判别模块；
所述环境设置模块，设置环境试验箱的环境参数；高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；
所述设定模块，设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；
所述性能数值获取模块，运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值，发送给所述测试判别模块；
所述测试判别模块，判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
从上述方案可以看出，本发明中，设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值；判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。本发明采用环境试验箱为高速数据存储器提供测试环境，并结合设定待测试的性能指标和相应的失效阈值，测试出高速数据存储器的环境极限值，以获知存储器与运行环境之间的关系。
附图说明
图1为本发明对高速数据存储器进行试验的方法示意性流程图；
图2为本发明温度剖面变化示意图；
图3为本发明可靠度曲线示意图；
图4为本发明对高速数据存储器进行试验的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。
现有对高速数据存储器进行性能测试的方案中，大多只能得到存储器当前运行的直接且直观的性能信息；为了得到存储器与运行环境之间的关系，本发明采用环境试验箱为高速数据存储器提供测试环境，并结合设定待测试的性能指标和相应的失效阈值，测试出高速数据存储器的环境极限值。
环境试验箱用于为待测设备提供测试环境，目前，还没有将环境试验箱应用到高速数据存储器试验的先例。为了获取高速数据存储器的更多丰富的性能信息，本申请突破本领域技术的惯常模式，将环境试验箱应用到高速数据存储器的测试中。
参见图1，为本发明的方法示意性流程图，其包括以下步骤：
步骤101，设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内。
根据需要，对环境试验箱的环境参数进行设置，其设置方式有多种。下面进行举例说明。
方式一、从指定温度开始，逐次降低温度，每次降低温度后的持续时间为指定时间。
除了采用上述方式设置温度外，同时还可以根据需要设置温变速率，温变速率为温度需进行改变时的变化速率。
所述指定时间例如为45min，其中保温时间为25min，测试时间为20min，也就是先让高速数据存储器置于设置好的环境中25min，以使存储器完全融入当前环境，而后再进行测试，测试时间为20min。
方式二、从指定温度开始，逐次升高温度，每次升高温度后的持续时间为指定时间。
除了采用上述方式设置温度外，同时还可以根据需要设置温变速率。
方式三、使环境温度在指定下限温度和指定上限温度之间来回切换，每次切换后的持续时间为指定时间。例如在-75℃和+120℃之间来回切换。同时，还可以根据需要设置温变速率。
如果切换次数达到M出现故障，则将在指定下限温度、指定上限温度之间切换M次作为环境极限值。
方式四、从指定振动应力开始，逐次升高振动应力，每次升高振动应力后的持续时间为指定时间。
方式五、使环境温度在指定下限温度和指定上限温度之间来回切换，并且，从指定振动应力开始，逐次升高振动应力，每次进行温度切换的同时进行振动应力升高调整；每次调整后的持续时间为指定时间。本实例同时对温度和振动应力两项进行调整。
如果切换到振动应力N时出现故障，则将指定下限温度、指定上限温度之间来回切换时最大振动应力为N，作为环境极限值。
步骤102，设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值。
待测试的性能指标可根据需要进行设定，例如，包括读/写速率、工作电流中的至少一项，还可以包含新增坏块，新增坏块为存储器中增加的出现损坏的数据块。
同时，还对应每个性能指标设定失效阈值，如果达到该阈值，则认为存储器失效。
步骤103，运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值。
高速数据存储器连接到测试主机；运行高速数据存储器，也就是，对高速数据存储进行数据读取及写入，获取读取及写入状态下各待测试的性能指标对应的性能数值。
步骤104，判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
在测试运行过程中，测试主机将上报存储器的运行状态，包括故障信息。
本发明采用环境试验箱为高速数据存储器提供测试环境，并结合设定待测试的性能指标和相应的失效阈值，测试出高速数据存储器的环境极限值，以获知存储器与运行环境之间的关系。
获得存储器的环境极限值之后，便可因环境的不同而选择适宜的存储器，提高使用效率。
本申请中，为了进一步测试高速数据存储器的性能，还结合热分析仿真软件、振动分析仿真软件和可靠性分析仿真软件对存储器进行仿真测试，以预估出存储器性能。
上述仿真软件用于对待测器件进行仿真模拟，目前，还没有将这些仿真软件应用到高速数据存储器试验的先例。为了获取高速数据存储器的更多丰富的性能信息，本申请突破本领域技术的惯常模式，将这些仿真软件到高速数据存储器的测试中。具体地：
建立高速数据存储器的PCB板模型；
采用热分析仿真软件，对PCB板模型进行温度应力仿真，得到高速数据存储器的温度分布，包括各元器件以及各个位置点的温度应力；
采用振动分析仿真软件，对PCB板模型进行振动应力仿真，得到高速数据存储器的振动分布，包括各部位的振动应力；
采用可靠性分析仿真软件，将前述仿真得到的温度分布和振动分布作为输入信息，对PCB板模型进行仿真，获得高速数据存储器的寿命，表示为MTTF。
高速数据存储器的核心部分由PCB板组成。通过现有的CAD建模技术，可获取高速数据存储器的三维CAD模型，进而得到PCB板模型；通过PCB板模型可确定高速数据存储器的PCB板尺寸、所包含的元器件的类型、位置等诸多信息。CAD建模为已有方案，这里不多赘述。
建立PCB板模型后，便可采用热分析仿真软件和振动分析仿真软件分别对其进行仿真，得到温度应力和振动应力，进而得到工作状态下PCB板上各部位的温度分布及振动情况。基于热分析仿真软件和振动分析仿真软件对模型设备进行仿真，为已有技术，不同的是，本发明将其应用于对立PCB板模型的仿真，这种转换应用的实现本领域技术人员易于实现的，这里不多赘述。
获得温度分布和振动分布之后，将温度分布和振动分布作为输入，采用可靠性分析仿真软件对PCB板模型进行仿真，以得到高速数据存储器的生命周期，即使用寿命。基于可靠性分析仿真软件对模型设备进行仿真，为已有技术，不同的是，本发明将其应用于对立PCB板模型的仿真，这中转换应用的实现本领域技术人员易于实现的，这里不多赘述。
得到MTTF之后，进一步地，还可采用下述公式，由MTTF计算得到高速数据存储器的可靠度R(t)：
R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF，t为时间。
采用环境试验箱对高速数据存储器的振动应力进行测试时，需要将环境试验箱的振动传感器连接到高速数据存储器的多个部位上，例如连接到高速数据存储器的元器件上，对其提高振动环境；此时，可随机选取一些元器件进行连接，还可以：
从振动分布中的振动应力最大值开始，提取设定个数的振动应力，确定出提取的振动应力对应的元器件。
进一步地，上述流程步骤104中，确定出环境极限值之后，该方法还包括：
从温度分布中的最高温度开始，提取设定个数的温度，确定出提取的温度对应的元器件或位置点，确定为环境极限值下存在故障的预测部件。
本发明采用环境试验箱为高速数据存储器提供测试环境，并结合设定待测试的性能指标和相应的失效阈值，测试出高速数据存储器的环境极限值，以获知存储器与运行环境之间的关系。
下面结合具体实例，对本发明方案进行说明。
本实例的技术方案包括两个阶段：第一阶段为高速数据存储器的可靠性仿真试验，具体包括：采集高速数据存储器设计信息，针对各环境应力进行仿真、获得高速数据存储器的MTTF及可靠度；第二阶段为存储器的高加速寿命试验，具体包括：确定存储器的性能指标和失效判据、确定试验设备和试验方法。
阶段一、存储器可靠性仿真试验
步骤一、采集存储器设计信息，包括(下述将高数数据存储器都简称为存储器)：
a)获得存储器三维CAD模型，存储器尺寸、重量、功耗、组成、散热形式等；确定存储器中PCB板模型信息，包括尺寸、元器件类型、位置、封装等信息；
确定存储器环境应力剖面，也就是，确定出分析仿真软件进行仿真的环境条件，以对仿真软件进行环境条件的参数设置。
步骤二、针对各环境应力进行仿真，包括：
热分析仿真软件具体采用Flotherm软件。振动分析仿真软件具体采用ANSYS软件。可靠性分析仿真软件具体采用CalcePWA软件。
采用Flotherm软件对存储器进行温度应力仿真，得到存储器的工作温度分布。
采用ANSYS软件对存储器进行振动应力分布仿真。
采用CalcePWA软件构建PCB板模型，将前述仿真得到的温度分布和振动分布作为输入信息，对PCB板模型进行仿真，获得高速数据存储器的寿命，表示为MTTF。
步骤三、计算存储器可靠度，包括：
令存储器服从指数分布R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF，可以获得任意时刻t的可靠度。
阶段二、本实例中，具体采用HALT试验，即高加速寿命试验，以对高速数据存储器的环境极限值进行测试。
本阶段基于阶段一的仿真分析结果开展HALT试验，主要是参照温度分布仿真结果和振动响应分布结果。在传统的HALT试验进行之前，需要进行常温下产品温度分布测试，需要对产品进行开盖测试，利用温度传感器监测那些发热量大的元器件，确定温度分布。同样也需要进行振动响应测试分布，利用振动传感器测试振动响应大的元器件和结构。而前述的仿真分析结果则提供了这两类信息，可以免掉此过程，有效的减少工作量，特别是针对产品尺寸很小，不便利用传感器测试温度和振动分布的情形。因此，本发明的阶段二中不再预先另行开展温度和振动响应分布测试，而是直接进行后续的步骤，具体包括：
步骤一、确定存储器的性能指标和失效判据
存储器的性能指标主要包括新增坏块、读/写速率和工作电流三部分。
本发明采用的失效判据包括：
读/写电流的失效阈值：变化量超过正常值的30％(对于低级限值，则失效阈值为变化量小于正常值的30％，对于高极限值，则变化量为大于正常值的30％)；
工作电流的失效阈值：变化量超过正常值的10％(对于低级限值，则失效阈值为变化量小于正常值的10％，对于高极限值，则变化量为大于正常值的10％)；
判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
故障信息包括Burn In Test软件报错、BIOS界面、新增坏块等信息。
步骤二、确定存储器试验设备和试验方法
试验设备为可靠性强化试验设备，即环境试验箱，设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内。
具体的试验方法步骤包括：
低温步进试验：起始点温度+20℃；温变速率40℃/min；+20℃～-20℃阶段步长为20℃/步，-20℃～-40℃阶段步长为10℃/步，温度低于-40℃后步长为5℃/步；每个应力(温度)水平下的稳定时间25min+测试时间20min，共保持45min；读/写电流的失效阈值为变化量小于正常值的30％，工作电流的失效阈值为变化量小于正常值的10％。整个试验过程中，受试产品施加标称电压，处于工作状态。终止条件：某一步进阶段产品性能参数达到失效阈值(也就是，有故障信息上报)，记录此时应力量值(即当前的温度值)，恢复至前一个步进阶段的温度水平。若恢复到前一个步进阶段的温度水平后状态正常，则记录的应力量值为产品低温工作极限；若无法恢复正常状态，则记录的应力量值为产品低温破坏极限；这里将环境极限值细分为低温工作极限和低温破坏极限。最低试验温度定为-80℃(确定为达到失效阈值时的温度)，如果仍然没有故障发生，则停止试验并内缩5℃，即-75℃作为低温极限工作应力；实际应用中，可将-80℃进行内缩，确定出实际工作的低温极限工作应力。
高温步进试验：起始点温度+20℃；步长：+20℃～+60℃阶段步长为20℃/步，+60℃～+80℃阶段步长为10℃/步，温度高于+80℃后步长为5℃/步；温变速率40℃/min；每个应力(温度)水平下的稳定时间25min+测试时间20min，共保持45min；读/写电流的失效阈值为变化量大于正常值的30％，工作电流的失效阈值为变化量大于正常值的10％。整个试验过程中，受试产品施加标称电压，处于工作状态；终止条件：某一步进阶段产品性能参数达到失效阈值(也就是，有故障信息上报)，记录此时应力量值(即当前的温度值)，恢复至前一个步进阶段的温度水平。若恢复到前一个步进阶段的温度水平后状态正常，则记录的应力量值为产品高温工作极限；若参数无法恢复正常状态，则记录的应力量值为产品高温破坏极限；这里将环境极限值细分为高温工作极限和高温破坏极限。最高试验温度定为125℃(确定为达到失效阈值时的温度)，若无故障发生，则停止试验，内缩5℃，即120℃作为高温极限应力；实际应用中，可将120℃进行内缩，确定出实际工作的高温极限工作应力。
快速温度循环试验：起始点温度+20℃；极限点温度：极限点温度(即指定下限温度和指定上限温度)视低温步进和高温步进试验的结果而定，低温极限温度为低温破坏极限增加5℃，高温极限温度为高温破坏极限减小5℃；循环数为5次，试验完成后回到常温；每个应力水平下的稳定时间+测试时间作为试验时间；整个试验过程中，受试产品施加标称电压，处于工作状态。终止条件：某一温度保持阶段产品性能参数达到失效阈值，记录此时试验状态，作为环境极限值，也就是，将极限点温度下的循环次数作为环境极限值。
振动步进应力试验：起始点振动应力5Grms；步长：5Grms～30Grms阶段步长为5Grms/步，30Grms～45Grms阶段步长为3Grms/步；每个应力(振动)水平下的稳定时间15min+测试时间20min，共保持35min；整个试验过程中，受试产品施加标称电压，处于工作状态；终止条件：某一步进阶段产品性能参数达到失效阈值(也就是，有故障信息上报)，记录此时应力量值(即当前的振动值)，恢复至前一个步进阶段的振动水平。若恢复到前一个步进阶段的温度水平后状态正常，则记录的应力量值为产品振动工作极限；若无法恢复正常状态，则记录的应力量值为振动破坏极限，振动破坏极限减小5Grms为振动工作极限；实际应用中，可将振动破坏极限进行内缩，确定出实际工作的振动工作极限。这里将环境极限值细分为振动工作极限和振动破坏极限。最大振动应力水平为45Grms(确定为达到失效阈值时的振动)，如果没有故障发生，则振动应力极限为45Grms。振动步进试验完成。
综合环境应力试验：将温度循环试验与振动步进试验结合起来。其中温度循环试验与上面描述的快速温度循环试验一致。而振动步进试验将之前得到的工作应力极限除以5得到初始水平，然后以初始水平作为步长开展5步振动步进应力试验。每个应力水平下的稳定时间25min+测试时间20min，共保持45min。
上述对本实例进行了概述，下面结合具体的测试环境进行说明。待测试的存储器包括数据存储模块和机箱。
阶段一、可靠性仿真试验
步骤一：采集存储器设计信息，包括：
a)获得存储器三维CAD模型，存储器尺寸、重量、功耗、组成、散热形式等；确定存储器中PCB板尺寸、元器件类型、位置、封装等信息；存储器中PCB板部分信息如表1所示；部分元器件信息如表2所示。
| 长度(mm) | 宽度(mm) | 厚度(mm) |
| 96.5 | 65.6 | 1 |
表1 存储器中PCB板尺寸信息
表2 部分元器件部分信息
b)确定存储器的环境剖面，根据国家军用标准GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》，给出存储器的环境剖面，根据产品产热、散热和环境变化情况，绘制各温度剖面如图2所示，图2的横坐标为时间值，纵坐标为温度值；确定存储器环境应力剖面，也就是，确定出分析仿真软件进行仿真的环境条件，以对仿真软件预先进行环境条件的参数设置。对于星载设备上的存储器，存储器的在轨运行时为微重力环境，在发射入轨时承受过载和振动，随机振动的试验条件如表3所示，正弦振动的试验条件如表4所示。
表3 随机振动试验条件
表4 正弦振动试验条件
c)确定存储器的总工作时间要求为T＝100000小时。
步骤一中，a)是建立CAD模型的通用方法，b)和c)为国家军用标准对存储器工作环境的常规要求。
步骤二：针对各环境应力进行仿真，包括：
a)采用Flotherm软件对存储器进行温度应力仿真，得到存储器的工作温度分布，包括：
1)结合产品CAD数字样机，并根据热设计信息建立产品计算流体力学(CFD，Computational Fluid Dynamics)数字样机，该模型描述了存储器的结构及连接，包括存储器的电路模块以及功耗大于0.1W的元器件几何结构，不需要焊点的几何结构；
2)参数设定，包括箱体材料，器件功耗、器件封装材料，导热容和比热系数等，如表5所示；并进行自动网格划分，网格长宽比控制在20以内，部分关键位置设置局域网格；
| 材料 | 比热容(KJ/kg℃) | 导热系数W/(m℃) |
| 铜 | 0.39 | 386 |
| FR4 | 1.63 | 0.20 |
| 铝合金 | 0.88 | 200 |
表5 热仿真中定义的材料属性
3)输入温度载荷及边界条件：利用Flotherm软件中的温度施加命令，将元器件的实际功耗以及环境温度应力施加到存储器模型中，将工作环境温度-35℃和60℃施加到存储器模型中，将元器件信息输入到Flotherm软件中；表6列出了部分元器件实际功耗及热流密度值，利用Flotherm软件中边界设置功能，设置边界条件，设置为自然散热，对流换热系数为5W/(m℃)；
| 位号 | 型号 | 实际功耗(w) | 热流密度(W/m2) |
| IC1 | SM224GE0600EN-AA | 0.5W | 1488.1 |
| IC2 | NT5CB256M16CP-DII | 0.15 | 539.6 |
| U3 | MP2122 | 0.1W | 3720.2 |
| U2 | MP2162GQH | 0.05W | 3846.2 |
表6 部分元器件的实际功耗与热流密度
4)进行温度应力仿真，通过Flotherm软件对存储器进行温度条件下的温度分布仿真，最后获得存储器各元器件和各个位置点的温度分布；
5)热仿真模型校核，具体为：利用可靠性强化试验箱，采用低温步进试验剖面对受试存储器进行试验，从-35℃到60℃再回到常温25℃，每个应力(温度)水平下保持120分钟，每个应力水平让产品处于工作的状态，每个应力水平下的后20min利用TP9000多路温度记录仪采集存储器PCB上具有功耗的元器件的表面温度，并与通过Flotherm软件获得的元器件温度对比，来验证仿真结果的准确性，最后通过改变网格数量，微调元器件功率，对热仿真模型进行校正，有效提高热仿真模型的准确性，部分元器件校核结果如表7所示。
| 器件位号 | 实测温度(℃) | 校模前仿真温度(℃) | 校模后仿真温度(℃) |
| IC1 | -29 | -24.7 | -29.2 |
| U2 | -33.9 | -27.3 | -30.7 |
| U3 | -33.6 | -27.5 | -30.8 |
| U21 | -34.4 | -25.5 | -29.5 |
| F1 | -31.7 | -25.9 | -29.9 |
表7 环境温度为-35℃时实测温度热仿真结果
上述采用Flotherm软件对模型设备进行温度应力仿真的流程，为已有技术，不同的是，本发明中仿真的对象具体替换为存储器，这种替换转变是本领域技术人员易于实现的。
c)采用ANSYS软件对存储器进行振动应力分布仿真，包括：
1)结合产品CAD数字样机，并根据耐振动设计信息建立产品有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)数字样机，该模型描述了存储器的结构和连接关系，包括存储器电路模块以及重量大于0.1g的元器件几何结构，不需要焊点的几何结构；
2)参数设定，包括箱体材料，元器件封装材料，密度和弹性模量等，如表8所示；并进行自动网格划分，最大网络长宽比为4.8，网格划分采用了扫掠、单元大小控制及多区域划分法，分别对机箱壳体、各模块壳体以及电路板组件进行单独划分；
表8 振动仿真中需要定义的材料属性
3)输入振动加速度功率谱密度和边界条件：将加速度功率谱密度与边界条件输入到ANSYS软件中，并施加到存储器固定位置部位，施加方向垂直于存储器安装方向，利用ANSYS软件设置位移边界；
4)进行振动应力仿真：设置存储器振动阻尼值0.040，利用ANSYS软件求解获得存储器各部分的响应，包括位移、速度和加速度均方根等仿真结果，部分结果如表9和表10所示所示。
| 名称 | 最大值(Z轴向) | 最大值(X轴向) | 最大值(Y轴向) |
| 整机 | 39.195G | 12.885G | 12.494G |
| 结构 | 36.93G | 12.474G | 12.494G |
| PCB(加器件) | 39.195G | 12.885G | 12.474G |
表9 随机振动加速度响应分析结果
| 名称 | 最大值(Z轴向) | 最大值(X轴向) | 最大值(Y轴向) |
| 整机 | 9.1053e-006m | 8.2945e-007m | 1.7903e-007m |
| 外壳 | 5.0307e-006m | 1.7481e-007m | 1.5155e-007m |
| PCB | 9.1053e-006m | 8.2945e-007m | 1.7903e-007m |
表10 随机振动位移响应分析结果
上述采用ANSYS软件对模型设备进行振动应力仿真的流程，为已有技术，不同的是，本发明中仿真的对象具体替换为存储器，这种替换转变是本领域技术人员易于实现的。
步骤三、对存储器进行累计损伤分析和故障预计，获得存储器的生命周期。
随着现代科学技术的不断发展和工业水平的提高，电子产品也越来越复杂。对于具有高可靠性指标的电子产品，能够在设计阶段分析并量化产品的可靠性，发现产品设计的薄弱环节，能够基于可靠性仿真分析在研制阶段通过高加速寿命试验激发和暴露产品设计中的薄弱环节，并用来指导产品设计和工艺的改进，对提高产品可靠性具有重要的意义。在传统上，工程人员在设计阶段主要是根据经验的方法对产品进行可靠性预计，但是这种方法依赖于人员的主观判断，会造成可靠性预计不准或者不能有效的发现设计中的缺陷。随着数值仿真方法，如有限元方法及软件等的发展和成熟，应力仿真技术得到了发展，基于故障物理模型的产品任务可靠度计算得到了应用，任务可靠度的计算在于平均故障前时间的计算。本发明将现有的可靠性分析仿真软件应用于计算高速数据存储器的生命周期，以预测出其使用寿命。
步骤三具体包括：
a)采用CalcePWA软件建立仿真模型，具体为：
1)利用CalcePWA软件构建PCB板模型，设置板层信息，镀通孔材料和材料参数；在PCB板模型上，根据元器件位置信息(坐标、安装面、安装角度等)构建所有的元器件模型，设置元器件尺寸、封装参数、芯片参数、焊点信息、功耗、工作条件和修正因子；
2)离散化存储器内因参数，同一批存储器之间会存在差异性，因此采用三角分布对元器件的结构尺寸、材料参数和工艺参数进行离散化，如器件IC2的长为9mm，根据经验信息可以用9±0.9mm的三角分布来描述。
b)对存储器进行单应力损伤分析，生成存储器生命周期内的应力剖面，包括：
1)分别进行温度应力和振动应力损伤分析：将步骤二获得的温度应力仿真结果作为热分析边界条件输入至CalcePWA软件中的THERMAL ANALYSIS模块并进行热分析，将步骤三获得的振动应力仿真结果作为振动激励条件输入到CalcePWA软件中的VIBEATIONANALYSIS模块并进行振动分析；THERMAL ANALYSIS模块、VIBEATION ANALYSIS模块、以及下述的LIFE PROFILE模块，都是使用CalcePWA软件仿真过程中会使用到的通用模块，具体可参见现有方案的相关技术，这里不多赘述；
2)将温度应力和振动应力损伤分析结果(也就是前两个步骤计算得到的结果)作为输入，在LIFE PROFILE模块中生成存储器寿命周期内的应力剖面；
c)用蒙特卡洛方法对产品尺寸、结构参数进行1000次抽样，进行损伤累积分析，计算存储器的主要故障机理和故障前时间(MTTF)；该部分是使用CalcePWA软件仿真过程中会使用到的通用过程，具体可参见现有方案的相关技术，这里做下述的简单说明，其包括：
1)将LIFE PROFILE模块中生成的存储器寿命周期内的应力剖面作为CalcePWA软件中FAILURE ANALYSIS模块的输入，存储器在温度和振动应力下会有多种潜在故障机理，需要调用CalcePWA软件中可能的故障物理模型；
2)对存储器的结构尺寸、参数进行1000次蒙特卡洛仿真，通过故障物理模型获得潜在失效机理对应的MTTF；重复该步骤，对所有的潜在故障机理进行仿真得到相应的MTTF，根据故障机理竞争关系模型，取MTTF最短的故障机理为主要故障机理，得到IC1在温度疲劳的故障机理下，MTTF＝39595.2小时，存储器薄弱环节故障信息如表11所示；
| 位号 | 故障模式 | 故障机理 | 故障预计时间(小时) |
| IC1 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 39595.2 |
| IC3 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 39945.6 |
| IC2 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 40296 |
| L23 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 65612.4 |
| L22 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 66313.2 |
| L21 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 66488.4 |
| L24 | 焊点开裂 | 温度疲劳 | 66751.2 |
表11 薄弱点故障信息矩阵表
上述采用CalcePWA软件对模型设备进行可靠性分析仿真的流程，为已有技术，不同的是，本发明中仿真的对象具体替换为存储器，这种替换转变是本领域技术人员易于实现的。
步骤四、计算存储器可靠度，包括：
令存储器服从指数分布R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF＝2.53E-5，可以获得任意时刻t的可靠度。如t＝10000h时，R(t)＝0.776可靠性曲线图如图3所示，横坐标为时间(小时)，纵坐标为可靠度。
阶段二、存储器HALT试验
步骤一、确定存储器的性能指标和失效判据
a)存储器的性能指标主要包括新增坏块、读/写速率和工作电流三部分；
b)本发明采用的失效判据包括：
1)读/写电流：变化量超过正常值的30％；
2)读/写速率：变化量超过正常值的10％；
判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
故障信息包括Burn In Test软件报错、BIOS界面、新增坏块等信息，具体如下：
(1)Burn In Test报错：无法找到硬盘；
(2)Burn In Test报错：数据校验错误；
(3)ATTO软件无法运行或打开后无法测速；
(4)存储器无法格式化；
(5)磁盘管理中无法识别到存储器；
(6)BIOS下无法识别存储器信息；
(7)BIOS下识别存储器容量信息错误；
(8)坏块数已溢出，溢出时均会出现以上异常现象。
步骤二、确定存储器试验设备和试验方法
a)试验设备为可靠性强化试验设备，采用液氮制冷并通过风管直接将气流吹向存储器来实现超高降温的高温变速率的温度循环环境，以气锤连续冲击的多向激励技术来实现三轴六自由度的全轴振动环境。
b)具体的试验方法步骤包括：
1)低温步进试验：温变速率40℃/min；从20℃开始，以40℃/min的温变率分别进行了20℃、0℃、-20℃、-30℃、-40℃、-45℃、-50℃、-55℃、-60℃、-65℃、-70℃、-75℃、-80℃的低温步进应力试验，再返回常温测试，每个应力水平下保温时间25min+测试时间20min，共保持45min，存储器施加标称电压，处于工作状态，在试验过程中性能参数出现漂移，但是没有失效发生。因此，将最低试验温度-80℃(确定为达到失效阈值时的温度)内缩5℃为75℃作为工作的低温极限温度；
2)高温步进试验：温变速率40℃/min；从20℃开始，以40℃/min的温变率分别进行20℃、40℃、60℃、70℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃高温步进试验，再返回常温测试，每个应力水平下保温时间25min+测试时间20min，共保持45min，存储器施加标称电压，处于工作状态，在试验过程中性能参数出现漂移，但是没有失效发生。因此，将最高试验温度125℃(确定为达到失效阈值时的温度)内缩5℃为120℃作为工作时的高温极限温度；
3)快速温度循环试验：以40℃/min的温变率，温度范围为-75℃～+120℃开展了快速温度变化试验，循环次数为5次，每个应力水平下保温时间25min+测试时间20min，共保持45min，存储器施加标称电压，处于工作状态。在试验过程中，参数发生漂移，无故障发生。返回常温测试，性能参数正常；
4)振动步进应力试验：起始点振动应力5Grms；分别进行5Grms、10Grms、15Grms、20Grms、25Grms、30Grms、33Grms、36Grms、39Grms、42Grms、45Grms振动步进试验，每个应力水平下保温时间15min+测试时间20min，共保持35min，存储器施加标称电压，处于工作状态，在试验过程中，参数正常，无故障发生。确定45Grms(确定为达到失效阈值时的振动)为振动极限应力；
5)综合环境应力试验：循环数为5，温度范围为-75℃～+120℃，由于考虑到综合应力更加严酷，将振动工作极限应力内缩5Grms，即40Grms作为振动应力最大值，此时振动应力的水平分别为：8Grms、16Grms、24Grms、32Grms、40Grms.在试验过程中，每个应力水平下保温时间25min+测试时间20min，共保持45min，存储器施加标称电压，处于工作状态。在试验过程中，参数发正常，无故障发生。返回常温无振动条件测试，性能参数正常。
本实例基于可靠性仿真试验的高速数据存储器HALT试验方法实现，具有如下优点：
针对高速数据存储器开展了可靠性仿真试验的研究，基于元器件、材料、工艺等信息建立了仿真模型，在设计阶段对高速数据存储器基于故障物理模型进行可靠性预计；
针对高速数据存储器开展了HALT试验研究，基于可靠性仿真试验结果提出了高速数据存储器的HALT试验方法。为存储器的HALT试验提供了一套可行的试验方法；
通过高速数据存储器可靠性仿真试验和HALT试验，及时发现存储器设计和工艺中的缺陷和薄弱环节，为改进存储器设计提供依据，有效提高存储器的固有可靠性。
参见图4，为本发明对高速数据存储器进行试验的系统结构示意图，该系统包括环境试验箱、环境设置模块、设定模块、性能数值获取模块和测试判别模块；
所述环境设置模块，设置环境试验箱的环境参数；高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；
所述设定模块，设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；
所述性能数值获取模块，运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值，发送给所述测试判别模块；
所述测试判别模块，判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
较佳地，该系统还包括模型建立模块、热仿真模块、振动仿真模块和可靠性仿真模块；
所述模型建立模块，建立高速数据存储器的PCB板模型；
所述热仿真模块，采用热分析仿真软件，对PCB板模型进行温度应力仿真，得到高速数据存储器的温度分布，包括各元器件以及各个位置点的温度应力；
所述振动仿真模块，采用振动分析仿真软件，对PCB板模型进行振动应力仿真，得到高速数据存储器的振动分布，包括各部位的振动应力；
所述可靠性仿真模块，采用可靠性分析仿真软件，将前述仿真得到的温度分布和振动分布作为输入信息，对PCB板模型进行仿真，获得高速数据存储器的寿命，表示为MTTF。
较佳地，该系统还包括可靠度确定模块，采用下述公式，由MTTF计算得到高速数据存储器的可靠度R(t)：R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF，t为时间。
较佳地，所述环境设置模块，还从振动分布中的振动应力最大值开始，提取设定个数的振动应力，确定出提取的振动应力对应的元器件；将环境试验箱的振动传感器连接在确定出的高速数据存储器元器件上，对其提供振动环境。
较佳地，该系统还包括故障预测模块，从温度分布中的最高温度开始，提取设定个数的温度，确定出提取的温度对应的元器件或位置点，确定为环境极限值下存在故障的预测部件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种对高速数据存储器进行试验的方法，其特征在于，该方法包括：
设置环境试验箱的环境参数，将高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；
设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；
运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值；
判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置环境试验箱的环境参数包括：
从指定温度开始，逐次降低温度，每次降低温度后的持续时间为指定时间；或者，
从指定温度开始，逐次升高温度，每次升高温度后的持续时间为指定时间；或者，
使环境温度在指定下限温度和指定上限温度之间来回切换，每次切换后的持续时间为指定时间；或者，
从指定振动应力开始，逐次升高振动应力，每次升高振动应力后的持续时间为指定时间；或者，
使环境温度在指定下限温度和指定上限温度之间来回切换，并且，从指定振动应力开始，逐次升高振动应力，每次进行温度切换的同时进行振动应力升高调整；每次调整后的持续时间为指定时间。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述性能指标包括读/写速率、工作电流中的至少一项。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
建立高速数据存储器的PCB板模型；
采用热分析仿真软件，对PCB板模型进行温度应力仿真，得到高速数据存储器的温度分布，包括各元器件以及各个位置点的温度应力；
采用振动分析仿真软件，对PCB板模型进行振动应力仿真，得到高速数据存储器的振动分布，包括各部位的振动应力；
采用可靠性分析仿真软件，将前述仿真得到的温度分布和振动分布作为输入信息，对PCB板模型进行仿真，获得高速数据存储器的寿命，表示为MTTF。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
采用下述公式，由MTTF计算得到高速数据存储器的可靠度R(t)：
R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF，t为时间。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括：从振动分布中的振动应力最大值开始，提取设定个数的振动应力，确定出提取的振动应力对应的元器件；
将环境试验箱的振动传感器连接在确定出的高速数据存储器元器件上，对其提供振动环境。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定出环境极限值之后，该方法还包括：
从温度分布中的最高温度开始，提取设定个数的温度，确定出提取的温度对应的元器件或位置点，确定为环境极限值下存在故障的预测部件。
8.一种对高速数据存储器进行试验的系统，其特征在于，该系统包括环境试验箱、环境设置模块、设定模块、性能数值获取模块和测试判别模块；
所述环境设置模块，设置环境试验箱的环境参数；高速数据存储器置于环境试验箱所提供的环境内；
所述设定模块，设定待测试的性能指标以及各性能指标对应的失效阈值；
所述性能数值获取模块，运行高速数据存储器，获取待测试的性能指标对应的性能数值，发送给所述测试判别模块；
所述测试判别模块，判断性能数值达到相应的失效阈值之前是否收到上报的故障信息，如果是，则将故障时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值；否则将到达失效阈值时环境试验箱的环境参数作为高速数据存储器的环境极限值。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括模型建立模块、热仿真模块、振动仿真模块和可靠性仿真模块；
所述模型建立模块，建立高速数据存储器的PCB板模型；
所述热仿真模块，采用热分析仿真软件，对PCB板模型进行温度应力仿真，得到高速数据存储器的温度分布，包括各元器件以及各个位置点的温度应力；
所述振动仿真模块，采用振动分析仿真软件，对PCB板模型进行振动应力仿真，得到高速数据存储器的振动分布，包括各部位的振动应力；
所述可靠性仿真模块，采用可靠性分析仿真软件，将仿真得到的温度分布和振动分布作为输入信息，对PCB板模型进行仿真，获得高速数据存储器的寿命，表示为MTTF。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该系统还包括可靠度确定模块，采用下述公式，由MTTF计算得到高速数据存储器的可靠度R(t)：R(t)＝e-λt，其中λ＝1/MTTF，t为时间。
11.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述环境设置模块，还从振动分布中的振动应力最大值开始，提取设定个数的振动应力，确定出提取的振动应力对应的元器件；将环境试验箱的振动传感器连接在确定出的高速数据存储器元器件上，对其提供振动环境。
12.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，该系统还包括故障预测模块，从温度分布中的最高温度开始，提取设定个数的温度，确定出提取的温度对应的元器件或位置点，确定为环境极限值下存在故障的预测部件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510490308.3A CN105183595B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 对高速数据存储器进行试验的方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510490308.3A CN105183595B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 对高速数据存储器进行试验的方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105183595A CN105183595A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105183595B true CN105183595B (zh) | 2018-10-30 |
Family
ID=54905687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510490308.3A Active CN105183595B (zh) | 2015-08-11 | 2015-08-11 | 对高速数据存储器进行试验的方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105183595B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105957557B (zh) * | 2016-05-03 | 2018-12-25 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种面向指令存储器的可靠性评估方法 |
| CN106501637B (zh) * | 2016-10-08 | 2019-06-21 | 西安航空制动科技有限公司 | 确定防滑刹车控制装置高温薄弱环节的方法 |
| CN111581040B (zh) * | 2020-04-29 | 2023-04-18 | 杭州迪普科技股份有限公司 | 电子设备的破坏性边界值的确定方法及其系统 |
| CN112684324A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-20 | 无锡市同步电子科技有限公司 | 一种机载电子控制器用pcb故障快速激发与验证的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102253240A (zh) * | 2011-04-14 | 2011-11-23 | 北京航空航天大学 | 一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法 |
| CN103559418A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于故障物理的电子产品任务可靠度计算方法 |
| CN104462700A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 中国航空综合技术研究所 | 基于故障物理的电子产品可靠性仿真试验方法 |
-
2015
- 2015-08-11 CN CN201510490308.3A patent/CN105183595B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102253240A (zh) * | 2011-04-14 | 2011-11-23 | 北京航空航天大学 | 一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法 |
| CN103559418A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于故障物理的电子产品任务可靠度计算方法 |
| CN104462700A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 中国航空综合技术研究所 | 基于故障物理的电子产品可靠性仿真试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105183595A (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103559418B (zh) | 一种基于故障物理的电子产品任务可靠度计算方法 | |
| CN105183595B (zh) | 对高速数据存储器进行试验的方法及系统 | |
| CN109948297B (zh) | 微模块温度场模拟方法、装置、计算机设备及存储介质 | |
| US7558639B2 (en) | Method and apparatus for integrated hierarchical electronics analysis | |
| Berezovskaya et al. | Modular model of a data centre as a tool for improving its energy efficiency | |
| CN104462700A (zh) | 基于故障物理的电子产品可靠性仿真试验方法 | |
| CN104345662B (zh) | 过程控制装置及系统以及其健康性判定方法 | |
| US20140316720A1 (en) | Data processing system with real-time data center air flow simulator | |
| CN102954865A (zh) | 用于电子产品的高加速寿命试验系统及其方法 | |
| WO2013102282A1 (zh) | 一种航空参数处理设备电源模块的fmis方法 | |
| Shalumov et al. | Accelerated simulation of thermal and mechanical reliability of electronic devices and circuits | |
| Xu et al. | Fatigue life prediction for PBGA under random vibration using updated finite element models | |
| CN103942091A (zh) | Matlab自定义模型和psasp联合仿真的励磁系统仿真方法及系统 | |
| Pecht et al. | A critique of MIL-HDBK-217E reliability prediction methods | |
| KR20140119111A (ko) | 컴퓨터의 유체 역학 시스템들 및 그것의 사용 방법들 | |
| CN114154294A (zh) | 一种航空发动机高空模拟试验的虚拟试验架构 | |
| Wiesner et al. | A testbed for carbon-aware applications and systems | |
| Fontana et al. | Numerical-experimental characterization of the dynamic behavior of PCB for the fatigue analysis of PCBa | |
| KR102614431B1 (ko) | 통합 시뮬레이션 장치 | |
| CN114912329A (zh) | 电池包模型的建模方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| Barker | Design for vibration and shock | |
| US20130179132A1 (en) | Analysis Method, Apparatus and Software for a System With Frequency Dependent Materials | |
| Man et al. | Packaging and thermal analysis of power electronics modules | |
| VanDamme et al. | Nonlinear normal modes of a curved beam and its response to random loading | |
| Bombieri et al. | SMAC: smart systems co-design |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 16th Floor of No.63 Satellite Building, Zhichun Road, Haidian District, Beijing, 100190 Patentee after: Beijing Guoke Huanyu Science and Technology Co., Ltd. Address before: 16th Floor of No.63 Satellite Building, Zhichun Road, Haidian District, Beijing, 100190 Patentee before: Beijing Guokehuanyu Space Technology Co., Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |