平板電視可靠性強化試驗技術研究與應用

尚彥波

（四川長虹電器股份有限公司可靠性與檢測技術中心，四川綿陽 621000）

平板電視可靠性強化試驗技術研究與應用

尚彥波

（四川長虹電器股份有限公司可靠性與檢測技術中心，四川綿陽 621000）

本文總結了平板電視產品可靠性強化試驗技術方法，闡述了可靠性強化試驗的過程和試驗剖面特點；給出了部分產品實施可靠性強化試驗的案例，針對激發暴露的產品缺陷進行了較為詳細的分析，給出了糾正解決措施，充分說明了可靠性強化試驗技術在實現產品可靠性水平快速增長方面的突出作用，值得廣大工程技術人員深入推廣應用。

可靠性強化試驗；平板電視；疲勞S-N曲線

引言

家電行業是個充分競爭的行業，而平板電視產品又屬于耐用消費電子產品，人們通常期望的產品可靠性水平較高。市場過度競爭造成企業對產品研發周期和成本的投入受到諸多條件的限制和約束，這給產品可靠性工作的開展增加了很高的難度。一般廠家給出的產品MTBF水平最低可接受值1θ≥15 000 h，按指數分布的統計試驗方法對可靠性指標進行鑒定，選取生產方風險和使用方風險α=β=20 %的技術方案，試驗總臺時T約等于64 500 h。廠家往往需要上百臺機器，在高溫烘房內花費近一個月的時間實施可靠性鑒定試驗，若要通過指標鑒定，產品發生的關聯失效故障數量不能超過兩個。可見統計試驗方法的周期長，耗費大。而且根據以

往經驗，未實施可靠性強化試驗前，在烘房試驗中經常發生產品重大故障、設計方案較大調整而重復驗證的情況，嚴重的會極大地影響產品上市時間，給公司造成不利的影響。過去幾年長虹公司對可靠性工程理論及方法進行了系統的研究與探索，尤其是在產品可靠性試驗技術方面進行了改革與突破，在研發階段引入以主動尋找產品缺陷的可靠性強化試驗技術[1]，不僅顯著提高了產品研發效率、縮短了研發周期，還有效降低了產品研發成本。自引入可靠性強化試驗技術，在產品樣機階段消除產品缺陷后，再沒有發生過一例因烘房重復試驗驗證而影響上市的情況。可靠性強化試驗高效率、低成本的特點，得到了廣大研發和質量人員的一致認可，成為支撐產品高可靠性設計的一把利器。

1 作用機理與效率

從概率論的角度考慮，通常認為產 品的強度和應力呈一定的分布，產品發生故障時，承受的應力會超過自身強度，如圖2所示即為產品的強度—應力干涉模型[2]。產品在外場使用，可能出現承受的應力一次性超過產品強度，此時會發生故障；或者是長時間承受較低水平的應力，通過一定時間的作用累積，發生腐蝕、磨損、疲勞等失效模式。并且隨著使用時間的延長，設計賦予產品初始的強度會變得更加脆弱，并且產品強度分布的離散度會加大，最終在用戶使用中發生故障。強度與應力之間的間隙大小，通常稱之為設計余量，產品可靠性水平高低與設計余量密切相關，通過實施強化試驗，拓寬了產品設計余量，提高了產品的可靠性水平。

可靠性強化試驗是一種十分高效的試驗技術方法，采用的試驗應力通常包含冷、熱、振動、熱疲勞、電壓拉偏等，應力在產品上累積，產生疲勞損傷效應，服從疲勞損傷機理，即滿足下式要求：

式子中ni為在應力水平Si下施加的載荷次數，Ni為在Si應力下發生疲勞破壞的應力總次數；不同的材料可以通過查詢材料手冊得知疲勞勞S-N曲線。當產品中存在各類缺陷時，局部的應力發生集中，應力集中系數往往在兩倍以上[3]，因此有缺陷的產品的疲勞壽命相對于正常產品的疲勞壽命會降低幾個數量級。

疲勞S-N曲線公式：

式中：d是累積疲勞損傷；N為應力循環的次數；S是應力水平，β是材料常數。

以銅材料為例，β一般取9.35，根據疲勞S-N曲線，假設應力集中系數為2倍，有缺陷的產品疲勞壽命約為正常產品壽命的1/652。

在產品樣機階段，通過提高試驗應力能夠顯著提高產品缺陷暴露的效率，因為此時產品中潛存有設計、工藝、元器件等方面缺陷，缺陷的存在使得局部發生應力集中，在一定范圍內的強化應力，并不會顯著改變產品的失效機理，因此能夠在較短時間內暴露使用環境或者低應力水平下的產品故障模式。

2 平板電視可靠性強化試驗概述

2．1 平板電視可靠性模型分析

根據可靠性分析相關知識，可知平板電視電子單元各組成部分為串聯可靠性模型，可靠性框圖如圖3所示。

串聯系統的失效率水平λ等于各組成單元失效率水平之和，即為：因此，整機可靠性水平的高低主要由構成的機芯板、電源板、屏模組等可靠性水平決定。目前平板電視整機廠家設計研發現狀是，機芯板組件和電源板組件一般由整機廠設計完成，屏模組等由屏供應商提供。我司產品在實施可靠性強化試驗過程中采取了兩個層級進行。針對自主研發的機芯板、電源板等采用了板級可靠性強化試驗方法，激發暴露產品缺陷；針對屏模組特點設計實施了屏模組可靠性強化試驗方法；在完成板級或部件級強化試驗的基礎上，為充分激發暴露系統潛在的匹配連接可靠性問題，又研發了整機可靠性強化試驗技術，在整機層次進行產品缺陷激發。從而保證從部件級到系統級不遺留設計缺陷。實施可靠性強化試驗技術的關鍵要素在于試驗應力及試驗剖面的設計，由于篇幅限制，本文主要針對板級可靠性強化試驗技術方法進行闡述。

圖2 強度-應力干涉模型

圖3 平板電視串聯模型可靠性框圖

2．2 可靠性強化試驗剖面

在設計實施產品強化試驗時需要考慮產品在外場遭受的主要環境應力類型，或者是比較的敏感應力類型，對于平板電視產品而言，生命周期內的敏感應力主要就是溫度和溫度變化引起的疲勞熱應力、以及振動應力等，因此在設計強化試驗剖面時主要采用了溫度、振動、電壓等應力，對于特殊應用情況下，還需考慮濕度等應力。

不同的試驗應力激發的產品失效機理不同。一般而言，低溫應力誘導的產品失效機理包括：材料硬化脆化、裂紋產生、電解液粘度增大等；高溫應力誘導的失效機理包括：腐蝕、電解液耗損增大、密封件老化等；溫變應力誘導的失效機理包括：熱疲勞、腐蝕、密封泄露、虛焊等；振動應力誘導的失效機理主要包括：虛焊、疲勞、機械損傷、金屬間化合物不良 ；綜合應力（溫度+振動）應力主要誘導的失效機理包括：熱疲勞、蠕變 、金屬間化合物不良、機械損傷、虛焊等。

強化試驗具體的試驗剖面如圖4所示：

溫度和振動試驗剖面一般采用步進提高的方式，一直增加試驗應力至設定試驗條件，對于消費電電子產品而言，溫度應力的范圍可以取[-40～+100 ℃]之間。振動應力的量值一般取最大40 Grms，業內通用的做法，是當振動量級達到18～20 Grms時，將試驗應力的量級減弱到2～5 Grms，稱之為擾動振動，以防止產品在高應力下已經發生了斷裂等失效，但應力過大，還存在假連接情況，故障模式不容易察覺，此時采用很小的振動應力能夠提高析出故障的概率。

快速溫度應力的試驗的低溫點和高溫點的量級根據產品試驗確定，快速溫變循環次數為5～6次，溫度變化速率取40～60 ℃/min之間，每個溫度臺階處停留時間15～30 min。

綜合應力試驗是將快速溫變試驗以及振動試驗組合，圖5所示為某產品綜合應力試驗剖面，溫度應力高溫點和低溫點的取值分別為+80 ℃和-30 ℃，循環次數5次，溫度變化速率取值60 ℃/min，溫度極值處試驗時間10分鐘。振動應力初始為6 Grms，步進步長為6 Grms，最大振動量級為28 Grms，當振動量級≥20 Grms時，補充4 Grms的擾動振動，時間2 min。

2．3 工程應用實效

我公司自2009年引入可靠性強化試驗技術，至今已經應用實施的產品型號達到了上千項。產品覆蓋的范圍在深度和廣度上都有了極大地提高，逐步由平板電視機芯板推廣應用至核心部件研發中，包括PDP模組、LED模組、電源模塊、高頻頭等單元。除在黑電產品上應用外，還自2011年左右推廣應用至空調、冰箱等產品，激發出了大量的產品缺陷。筆者曾統計過一定時期的產品故障信息，并進行歸納分類（如表1所列），發現激發暴露的產品缺陷中80 %屬于設計缺陷，可見可靠性強化試驗技術在激發暴露產品設計問題方面的效果非常突出。

圖4 試驗剖面構成圖

圖5 綜合應力試驗剖面

下面通過列舉幾個產品實施可靠性強化試驗，激發暴露產品缺陷的案例進行介紹，說明可靠性強化試驗技術在快速提高產品可靠性水平方面的突出效果。

案例一：某型號PDP模組在高溫+60 ℃應力下出現顯示異常故障。

故障原因分析：在高溫應力作用下，模組RSDS差分信號延遲時間與模組狀態不匹配，抗干擾能力下降導致出現花屏故障。

糾正措施：調整邏輯板到A板導電膠布位置，如下圖6：

表1 可靠性強化試驗暴露的產品缺陷統計表

圖6 導電膠布位置變更圖

說明：上述糾正解決措施，只是臨時采取的更改措施，下一步還需調整RSDS信號（差分信號）的參考電壓、CE、CSE控制信號在ASIC芯片的延遲時間，適應模組狀態，提高RSDS信號傳輸的完整性，提高抗干擾能力。

案例二：某出口電視在低溫-10 ℃應力下出現屏閃故障。

故障原因分析:機芯設計中L2電感參數取值不合理導致。

糾正措施：將位號“L2”電感CDH104R-330M更改為型號CDH127-470M，具體如圖7所示。

案例三：某型號啟客電視在低溫-20 ℃應力作用下，冷浸30分鐘后開機畫面出現交替閃爍故障

故障原因分析: 電源板背光部分電路參數設計不合理

糾正措施：將RP414電阻阻值由330 KΩ更改為15 KΩ，RP415電阻阻值由22 KΩ更改為1 KΩ，具體如圖8所示。

圖7 電路原理圖

圖8 電源板背光部分電路原理圖

3 結束語

通過我公司近八年的工程實踐證實，可靠性強化試驗技術是支撐產品高可靠設計的強有力手段，能夠快速提高產品可靠性水平，縮短產品研發周期、節約研發費用。建議中國家電企業在產品研發中深入推廣該先進技術方法，不斷提升中國制造的質量。在今后的應用實施過程中，我們將加大對產品故障模式與故障機理的研究，并與外場產品失效情況進行對比分析，不斷優化激發應力的類型以及具體量值，促進可靠性強化試驗技術方法不斷地完善與創新。

[1]姜同敏.可靠性強化試驗[J].環境技術，2000（1）：3～6.

[2]姚軍曹心寬姜同敏.可靠性強化試驗定量評估方法[J].北京航空航天大學學報，2006（1）：117～120.

[3]蔣培陳循張春華陶俊勇.可靠性強化試驗技術綜述[J].強度與環境，2003（3）：58～64.

Research and Application of the Reliability Enhancement Testing Technology of Flat - panel TV

SHANG Yan-bo
(The Institute of Reliability and Testing Technology, Sichuan ChangHong Electric Co.ltd, Sichuan Mianyang 621000)

This paper summarizes the reliability enhancement testing technology of flat-panel TV products, expatiates the process and characteristics of the test , gives some examples of reliability enhancement test for some products, and makes detailed analysis of the defects. After that, some corrective measures are also proposed which fully demonstrate the reliability enhancement testing technology plays a prominent role in achieving the rapid growth of product reliability level, it is worth in-depth application for the majority of engineering and technical personnel.

reliability enhancement test; flat-panel TV product; fatigue S-N curve

TB114.3

A

1004-7204(2017)04-0044-05

尚彥波(1981年10月)，男，漢族，籍貫：四川省綿陽市，可靠性工程師，本科，從事環境與可靠性試驗技術研究與應用。