应用于高加速寿命试验的电磁锤振动试验技术讲述.doc

应用于高加速寿命试验的电磁锤振动试验技术 作者 吳鴻材（工研院機械所 智慧系統技術組 監控系統技術部）、李昆達（金頓科技股份有限公司董事長）、施俊名（金頓科技股份有限公司總經理）、林中雄（金頓科技股份有限公司資深專案經理）、王俊傑（工研院機械所 智慧系統技術組 監控系統技術部經理） 关键词 高加速寿命试验 可靠度测试 电磁锤 摘要 振动试验做为高加速寿命试验（highly accelerated life test,HALT）最有效的手段之一，主要是使产品经历一连串可控制的高强度振动测试，希望能以较短的时间引发潜在的问题，以供产品的改良设计。目前市面上常见的振动试验机，多数是用气压锤来作为激振来源，然而气压锤所能产生的振动讯号有着强度不一的问题，且往复频率及强度会随着输入压力的增加而同步提高。与气压锤相比，电磁锤拥有振动讯号再现性高、频率及强度可控制高等优点。本文除介绍此两种不同技术外，并会从时域及频域上加以分析，以数据左证电磁锤之优点。 前言 许多电子及各式工业产品，在其运输及使用过程中，常易受到振动、温湿度改变、不当操作等环境应力影响而劣化。为观察及预测产品在遭受各种程度之环境应力下，其基本功能、机构等是否有损坏情形，以作为未来改良的依据，可靠度测试（reliability test）现今已是产品设计与生产的标准流程之一。所谓的可靠度，其定义是产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的机率。因此，产品可靠度的评估与改善，对制造商及使用者来说都是至关重要。而为能快速掌握测试结果，缩短产品自开发至上市之时程以因应市场需求的快速变化，目前最长被采用的可靠度测试方法有高加速寿命试验（highly accelerated life test,HALT）、高加速应力筛选（highly accelerated stress screening,HASS）等技术0.其中高加速寿命试验的宗旨是在环境或时间上，应用较严苛的条件来加强产品的劣化，进而以较短的时间触发产品失败，藉此推定产品在正常使用条件下的寿命及可靠度变化。与传统的可靠度测试方法相比，高加速寿命试验之整体流程通常可在数天甚至数小时内即可完成。 一般而言，制造商若能在设计阶段发现产品未来可能出现的缺失，则进行修正所需额成本会较少；反之、若在量产后才发现并进行缺陷修正，其成本相对较高，如表1所示。因此，高加速寿命试验通常在新产品处于开发阶段时即会开始使用，目的在于找出设计及制程中的脆弱环节，并推估产品的操作及破坏极限，以做为后续研发的参考依据。此外，生产流程后期常用的高加速应力筛选过程亦需依据此产品操作极限来设计，以期能有效剔除因工艺不良、零件选用不当与制程良率等问题所产生的瑕疵品，却又不损及产品之正常使用寿命。综上所述，对产业而言，高加速寿命试验可带来如下许多应用效益；快速找出产品制程瑕疵、加速设计及制程成熟、加速产品上市、延长产品平均故障间隔（mean time between failures,MTBF）、减少保固成本等。 表1于产品各阶段进行缺失修正之成本节省比例（1） 产品阶段 19,712 设计时 3,898 原料采购前 1,875 制造前 41 出货前 1 客户端使用时 高加速寿命试验通常会使用如振动/冲击应力步阶、快速冷热循环、复合式环境应力（振动与冷热）等不同测试应力种类并以渐进提升方式将应力施加于产品试件。而在各式应力中，又以高强度振动之测试效果最为显著，如图1由国外高加速寿命试验设备商Envirotronics(2)所统计的结果显示，使用振动应力共可触发65%的产品缺陷。此外，由于在执行高强度的振动试验时，常需透过外在的冲击锤产生连续冲击以做为振动试验机的激振来源，因此本文将以振动试验为出发点，介绍并比较两种用于高加速寿命试验，但采用不同冲击锤地振动试验机；基于气压锤（pneumatic hammer）的气锤式（及基于电磁锤（的电磁式高加速连续振动试验机（。于本文接下来的章节中，将依序介绍振动试验的程序与条件，接着叙述相关标准及应用现况，最后则会针对气压锤及3电磁锤之作动原理及特性做综合比较。 基于振动应力的高加速寿命试验 可靠度测试的结果除会影响到产品保固条件的订定，亦可做为产品后续改善设计的依据，例如可透过角降低应力集中问题，或于产品上加入橡胶材料以增加耐振能力等。目前国内外皆已有针对振动/冲击试验而订立的标准，提供制造商/振动试验设备商在检验流程上的参与，或明列出产品在贩售前需符合的规范。 振动试验程序及条件简介 振动试验的目的是在实验室中对产品试件做一连串可控制的高强度振动模拟，并针对找出的不良品执行失效分析，藉以改善产品的设计以提高可靠度。一般典型的振动试验机之结构如图2所示，主要构造包含振