CN111397937A - 一种液冷类产品可靠性强化试验方法 - Google Patents

一种液冷类产品可靠性强化试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液冷类产品可靠性强化试验方法，包括：根据液冷类产品的故障模式及敏感应力，确定通液条件和不通液条件下的可靠性强化试验项目；确定通液条件和不通液条件下的可靠性强化试验项目的试验条件；按照所确定的试验项目和试验条件，实施通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在通液条件下的温度跟随性；按照所确定的试验项目和试验条件，实施不通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在不通液条件下的温度跟随性；对通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性进行比较，根据比较结果判断是采用通液条件进行可靠性强化试验还是采用不通液条件进行可靠性强化试验。本发明能够有效提高液冷类产品可靠性强化试验的效率。

Description

一种液冷类产品可靠性强化试验方法
技术领域
本发明属于可靠性试验技术领域，具体涉及一种液冷类产品可靠性强化试验方法。
背景技术
可靠性强化试验目前在军工和民用领域正得到推广，主要通过对产品施加极限应力，发现产品设计缺陷。目前针对液冷类产品(例如液冷类电子设备)的可靠性强化试验，面临着较大的挑战。在正常通液条件下液冷类电子设备内部温度难以达到试验箱内的环境温度，高、低温条件下产品内部温度与环境温度相差非常大，在通液条件下难以通过可靠性强化试验来激发产品故障以暴露其设计缺陷或薄弱环节。
现有的强化试验方法是通过系统地施加逐步增大的环境应力和工作应力，以激发和暴露产品设计中的薄弱环节，便于改进设计和工艺，提高产品的可靠性。它包括低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验、振动步进应力试验和综合环境应力试验等5类主要试验方法。针对液冷类电子设备，在通液条件下，产品内部温度跟随性较差，产品温度难以达到试验箱设定的环境温度，现有技术单纯通过加严环境应力的方式难以暴露产品的潜在设计缺陷或薄弱环节。因此，需要提出一种针对液冷类产品可靠性强化试验实施方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种液冷类产品可靠性强化试验方法，以解决液冷类产品可靠性强化试验中内部温度跟随性较差难以暴露产品的潜在设计缺陷或薄弱环节的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种液冷类产品可靠性强化试验方法，包括：根据液冷类产品的故障模式及敏感应力，确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目；确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目的试验条件；按照所确定的通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在通液条件下的温度跟随性；按照所确定的不通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施不通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在不通液条件下的温度跟随性；对通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性进行比较，根据比较结果判断是采用通液条件进行可靠性强化试验还是采用不通液条件进行可靠性强化试验。
优选地，如果通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性相差不大,或者通液条件下的温度跟随性小于规定阈值，则采用通液条件进行可靠性强化试验，否则，采用不通液条件进行可靠性强化试验。
优选地，采用红外热像仪和温度巡检仪对产品进行温度场和点温度测试，分析产品在通液条件下的温度跟随性和不通液条件下的温度跟随性。
优选地，通液条件下的可靠性强化试验项目包括：低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验、振动步进应力试验和综合环境应力试验。
优选地，不通液条件下的可靠性强化试验项目包括：低温步进应力试验、高温步进应力试验和快速温度循环试验。
优选地，所述低温步进应力试验的试验条件包括：起始温度、温度达到产品低温工作温度之前的步长、达到低温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间。
优选地，所述高温步进应力试验的试验条件包括：起始温度、温度达到产品高温工作温度之前的步长、达到高温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间。
优选地，所述快速温度循环试验的试验条件包括：温度循环的开始温度、温度范围、每个循环中高温阶段和低温阶段的停留时间。
优选地，所述振动步进应力试验的试验条件包括：振动形式、振动频率范围、起始振动量级和每个振动量级保持的时间。
优选地，所述综合环境应力试验的试验条件包括：温度应力施加方法和振动应力施加方法。
本发明实施例的液冷类产品可靠性强化试验方法能够有效提高液冷类产品可靠性强化试验的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明实施例的液冷类电子设备可靠性强化试验方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中的红外热成像结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，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。
本发明提出一种液冷类产品可靠性强化试验方法，在现有的强化试验基础上，考虑液冷类产品的特点，设计通液条件下的可靠性强化试验和不通液条件下的可靠性强化试验，采用红外热像仪和温度巡检仪对受试产品进行温度场和点温度测试，分析液冷类产品在通液条件和不通液条件下内部温度的跟随性，根据分析结果开展可靠性强化试验，更好激发液冷类产品设计缺陷，快速提高产品可靠性。本发明的方法不仅适用于带液冷的电子设备，也适用于带液冷的机械设备或其它带液冷产品的可靠性强化试验。在本实施例中，以液冷类电子设备为例对本发明的技术方案进行说明。
图1为本发明实施例的液冷类产品可靠性强化试验方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的液冷类产品可靠性强化试验方法包括步骤S1-S5。
在步骤S1中，根据液冷类产品的故障模式及敏感应力，确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目。在该步骤中，对液冷类电子设备的结构及工作特点进行分析，具体地，根据产品规范，对液冷类电子设备的结构特点、使用环境、功能、性能特点等进行分析，明确产品主要部件、工作和环境载荷，了解主要故障模式及敏感应力。敏感应力分析采用故障模式、影响及机理分析方法进行识别。
通过上述分析确定液冷类电子设备可靠性强化试验项目。由于液冷条件主要影响产品的散热效果，在可靠性强化试验中主要体现在温度类试验中。因此，通液条件下的可靠性强化试验项目包括低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验、振动步进应力试验和综合环境应力试验；不通液条件下的可靠性强化试验项目主要包括低温步进应力试验、高温步进应力试验和快速温度循环试验。
在步骤S2中，确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目的试验条件。该步骤进一步包括以下步骤S21-S25。
步骤S21：确定低温步进应力试验条件。明确低温步进应力试验的起始温度、温度达到产品低温工作温度之前的步长、达到低温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间为产品达到温度稳定所需要的时间。试验的终止条件为找到产品的低温工作极限。
优选地，在低温步进应力试验中，以-25℃作为起始温度，在温度达到产品低温工作温度之前，以-10℃为步长；达到低温工作温度之后，以-5℃为步长；每个温度台阶上停留的时间为产品达到温度稳定所需要的时间。试验的终止条件为找到产品的低温工作极限(若产品低温工作极限低于-80℃，则以-80℃作为低温步进应力试验结束温度)。
步骤S22：确定高温步进应力试验条件。明确高温步进应力试验的起始温度、温度达到产品高温工作温度之前的步长、达到高温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间为产品达到温度稳定所需要的时间。试验的终止条件为找到产品的高温工作极限。
优选地，在高温步进应力试验中，以40℃作为起始温度，在温度达到产品高温工作温度之前，以+10℃为步长；达到高温工作温度之后，以+5℃为步长。试验的终止条件为找到产品的高温工作极限(若产品高温工作极限高于125℃，则以125℃作为高温步进应力试验结束温度)。
步骤S23：确定快速温度循环试验条件。确定温度循环的开始温度、温度范围、每个循环中高温阶段和低温阶段的停留时间。
优选地，在快速温度循环试验中，以常温作为温度循环的开始温度，温度范围为低温工作极限温度加5℃～高温工作极限温度减5℃。为了提高试验效率，温变速率选取40℃/min。循环次数为5个完整的循环周期，每个循环中低温和高温阶段的停留时间为产品达到温度稳定所需得时间。
步骤S24：确定振动步进应力试验条件。确定振动形式、振动频率范围、起始振动量级和每个振动量级保持的时间。
优选地，为了提高振动步进应力试验效率，振动形式选为三轴向六自由度随机振动，振动频率范围为5～10000Hz。起始振动量级为5g，每个振动量级保持10min。试验时，当振动量级达到20g后，在每个振动量级台阶结束后将振动量级降至5g，以及时地发现在高量级振动时出现的焊点断裂的情况。试验的终止条件为找到产品的振动工作极限(若产品的振动工作极限大于50g，则以50g作为振动步进应力试验结束条件)。
步骤S25：确定综合环境应力试验条件。确定温度应力和振动应力的施加方法。
优选地，在综合环境应力试验中，温度应力的施加方法与快速温度循环试验相同，试验时间为5个完整的循环周期，每个循环中低温和高温阶段的停留时间均为产品达到温度稳定所需要的时间。以受试产品的振动工作极限(若大于50g，则以50g作为工作极限)除以5作为起始振动量级，每次增加该值作为下一个循环的振动量级，第五个循环振动量级为振动工作极限或振动步进应力试验结束量级减5g，每个振动量级对应一个温度循环周期。
在步骤S3中，按照所确定的通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在通液条件下的温度跟随性。
在该步骤中，根据上述步骤S21、步骤步骤S22、步骤S23、步骤S24及步骤S25中确定的试验条件，实施低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验、振动步进应力试验和综合环境应力试验。采用红外热像仪和温度巡检仪对受试产品进行温度场和点温度测试，分析电子设备在通液条件下内部温度的跟随性。
在一个具体的例子中，低温步进应力试验选取-25℃、-35℃、-45℃、-50℃、-55℃、-60℃、-65℃、-70℃、-75℃、-80℃等10个阶段进行试验；高温步进应力试验选取40℃、50℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃等16个阶段进行试验；快速温度循环试验选取温度范围为-75℃～+120℃，温变速率为40℃/min；振动步进应力试验依次选取5g、10g、15g、20g、5g、25g、5g、30g、5g、35g、5g、40g、5g、45g、5g、50g、5g的振动试验，每个振动量级的试验时间为10min；综合环境应力试验温度范围选取-75℃～+120℃，温变速率为40℃/min，试验时间为5个循环，各个循环的振动量值分别为10g、20g、30g、40g、45g，每个低温阶段和高温阶段的停留时间均为50min。
在该具体例子中，采用红外热像仪和温度巡检仪对受试产品进行温度场和点温度测试，以了解产品内部的热分布和主要发热器件的温升情况，红外热成像结果如图2所示。在图2中，字母SP和AR分别表示不同类型的温度场，SP和AR后面的数字01、02、03、04等表示温度场的编号，编号后面的数字50.9、51.3、53.2、45.3、45.9、37.1表示实时温度记录，从图2中可以看出产品内部的温度分布，减掉常温，即为发热器件的温升值。
假设产品内部各个温度场监测点的温度为T1,T2……,Tn，该数据通过红外热成像结果获得，进行可靠性试验的试验箱设定的温度为Tinput，该数据通过可靠性试验的试验剖面获得，则温度跟随性Lambda计算公式为：
Figure BDA0002440464830000061
在该步骤中，通过Lambda大小分析电子设备在不通液条件下内部温度的跟随性，判断温度跟随性的好坏。
在步骤S4中，按照所确定的不通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施不通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在不通液条件下的温度跟随性。
在该步骤中，根据上述步骤S21、步骤步骤S22、步骤S23中确定的试验条件，实施低温步进应力试验、高温步进应力试验和快速温度循环试验。在本实施例中，不通液条件下可靠性强化试验只做低温步进应力试验、高温步进应力试验和快速温度循环试验。因为通液条件和不通液条件只对温度试验有影响，振动试验两者几近无异，因此振动步进应力试验不做。对于综合环境应力，温度应力的施加方法与快速温度循环试验相同，温度的跟随性也在快速温度循环试验中能够得到反映。因此，在已经做了前三项的条件下，后两项的试验的意义不是很大，为了节约试验成本，不通液条件下可以不做后两项。
优选地，低温步进应力试验和高温步进应力试验的条件与通液情况一致，快速温度循环试验温度范围为-60℃～+85℃，温变速率为40℃/min，试验时间为5个循环，每个低温阶段和高温阶段的停留时间均为50min。
在该步骤中，采用红外热像仪和温度巡检仪对受试产品进行温度场和点温度测试，通过计算温度跟随性Lambda的大小，分析电子设备在不通液条件下内部温度的跟随性。
在步骤S5中，对通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性进行比较，根据比较结果判断是采用通液条件进行可靠性强化试验还是采用不通液条件进行可靠性强化试验。
在该步骤中，优选地，如果通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性相差不大,或者通液条件下的温度跟随性小于规定阈值，则采用通液条件进行可靠性强化试验，否则，采用不通液条件进行可靠性强化试验。
通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性是否相差不大可以由本领域技术人员根据相关标准、工程经验或历史数据等情况确定。同样，所述规定阈值也可以由本领域技术人员根据相关标准、工程经验或历史数据等情况确定。所述规定阈值例如是20％。
当通液条件和不通液条件的温度跟随性相差不大，或者通液条件的温度跟随性能够满足<20％的要求时，优先考虑在通液条件下做强化试验，因为通液条件更符合产品的实际运行情况，试验条件更加符合真实性，而且温度跟随性较好也可以满足暴露产品缺陷或薄弱环节的需求；
当通液条件和不通液条件的温度跟随性相差较大，并且通液条件的温度跟随性不能够满足<20％的要求时，如果再继续坚持在通液条件下做强化试验，则很难暴露产品缺陷或薄弱环节的需求，此时则选择在不通液条件做强化试验。
本发明实施例的方法可以提高带液冷产品可靠性强化试验的效率，在通液和不通液条件下进行强化试验，对产品内部温度跟随性展开分析，为带液冷产品可靠性强化试验方案提供设计思路，以指导带液冷产品可靠性强化试验的有效实施。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种液冷类产品可靠性强化试验方法，其特征在于，包括：
根据液冷类产品的故障模式及敏感应力，确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目；
确定通液条件下的可靠性强化试验项目和不通液条件下的可靠性强化试验项目的试验条件；
按照所确定的通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在通液条件下的温度跟随性；
按照所确定的不通液条件下的可靠性强化试验的试验项目和试验条件，实施不通液条件下的可靠性强化试验，分析产品在不通液条件下的温度跟随性；
对通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性进行比较，根据比较结果判断是采用通液条件进行可靠性强化试验还是采用不通液条件进行可靠性强化试验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果通液条件下的温度跟随性与不通液条件下的温度跟随性相差不大，或者通液条件下的温度跟随性小于规定阈值，则采用通液条件进行可靠性强化试验，否则，采用不通液条件进行可靠性强化试验。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用红外热像仪和温度巡检仪对产品进行温度场和点温度测试，分析产品在通液条件下的温度跟随性和不通液条件下的温度跟随性。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通液条件下的可靠性强化试验项目包括：低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验、振动步进应力试验和综合环境应力试验。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，不通液条件下的可靠性强化试验项目包括：低温步进应力试验、高温步进应力试验和快速温度循环试验。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述低温步进应力试验的试验条件包括：起始温度、温度达到产品低温工作温度之前的步长、达到低温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述高温步进应力试验的试验条件包括：起始温度、温度达到产品高温工作温度之前的步长、达到高温工作温度之后的步长、每个温度台阶上停留的时间。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述快速温度循环试验的试验条件包括：温度循环的开始温度、温度范围、每个循环中高温阶段和低温阶段的停留时间。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述振动步进应力试验的试验条件包括：振动形式、振动频率范围、起始振动量级和每个振动量级保持的时间。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述综合环境应力试验的试验条件包括：温度应力施加方法和振动应力施加方法。
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