平板电视可靠性强化试验技术研究与应用

尚彦波

（四川长虹电器股份有限公司可靠性与检测技术中心，四川绵阳 621000）

平板电视可靠性强化试验技术研究与应用

尚彦波

（四川长虹电器股份有限公司可靠性与检测技术中心，四川绵阳 621000）

本文总结了平板电视产品可靠性强化试验技术方法，阐述了可靠性强化试验的过程和试验剖面特点；给出了部分产品实施可靠性强化试验的案例，针对激发暴露的产品缺陷进行了较为详细的分析，给出了纠正解决措施，充分说明了可靠性强化试验技术在实现产品可靠性水平快速增长方面的突出作用，值得广大工程技术人员深入推广应用。

可靠性强化试验；平板电视；疲劳S-N曲线

引言

家电行业是个充分竞争的行业，而平板电视产品又属于耐用消费电子产品，人们通常期望的产品可靠性水平较高。市场过度竞争造成企业对产品研发周期和成本的投入受到诸多条件的限制和约束，这给产品可靠性工作的开展增加了很高的难度。一般厂家给出的产品MTBF水平最低可接受值1θ≥15 000 h，按指数分布的统计试验方法对可靠性指标进行鉴定，选取生产方风险和使用方风险α=β=20 %的技术方案，试验总台时T约等于64 500 h。厂家往往需要上百台机器，在高温烘房内花费近一个月的时间实施可靠性鉴定试验，若要通过指标鉴定，产品发生的关联失效故障数量不能超过两个。可见统计试验方法的周期长，耗费大。而且根据以

往经验，未实施可靠性强化试验前，在烘房试验中经常发生产品重大故障、设计方案较大调整而重复验证的情况，严重的会极大地影响产品上市时间，给公司造成不利的影响。过去几年长虹公司对可靠性工程理论及方法进行了系统的研究与探索，尤其是在产品可靠性试验技术方面进行了改革与突破，在研发阶段引入以主动寻找产品缺陷的可靠性强化试验技术[1]，不仅显著提高了产品研发效率、缩短了研发周期，还有效降低了产品研发成本。自引入可靠性强化试验技术，在产品样机阶段消除产品缺陷后，再没有发生过一例因烘房重复试验验证而影响上市的情况。可靠性强化试验高效率、低成本的特点，得到了广大研发和质量人员的一致认可，成为支撑产品高可靠性设计的一把利器。

1 作用机理与效率

从概率论的角度考虑，通常认为产 品的强度和应力呈一定的分布，产品发生故障时，承受的应力会超过自身强度，如图2所示即为产品的强度—应力干涉模型[2]。产品在外场使用，可能出现承受的应力一次性超过产品强度，此时会发生故障；或者是长时间承受较低水平的应力，通过一定时间的作用累积，发生腐蚀、磨损、疲劳等失效模式。并且随着使用时间的延长，设计赋予产品初始的强度会变得更加脆弱，并且产品强度分布的离散度会加大，最终在用户使用中发生故障。强度与应力之间的间隙大小，通常称之为设计余量，产品可靠性水平高低与设计余量密切相关，通过实施强化试验，拓宽了产品设计余量，提高了产品的可靠性水平。

可靠性强化试验是一种十分高效的试验技术方法，采用的试验应力通常包含冷、热、振动、热疲劳、电压拉偏等，应力在产品上累积，产生疲劳损伤效应，服从疲劳损伤机理，即满足下式要求：

式子中ni为在应力水平Si下施加的载荷次数，Ni为在Si应力下发生疲劳破坏的应力总次数；不同的材料可以通过查询材料手册得知疲劳劳S-N曲线。当产品中存在各类缺陷时，局部的应力发生集中，应力集中系数往往在两倍以上[3]，因此有缺陷的产品的疲劳寿命相对于正常产品的疲劳寿命会降低几个数量级。

疲劳S-N曲线公式：

式中：d是累积疲劳损伤；N为应力循环的次数；S是应力水平，β是材料常数。

以铜材料为例，β一般取9.35，根据疲劳S-N曲线，假设应力集中系数为2倍，有缺陷的产品疲劳寿命约为正常产品寿命的1/652。

在产品样机阶段，通过提高试验应力能够显著提高产品缺陷暴露的效率，因为此时产品中潜存有设计、工艺、元器件等方面缺陷，缺陷的存在使得局部发生应力集中，在一定范围内的强化应力，并不会显著改变产品的失效机理，因此能够在较短时间内暴露使用环境或者低应力水平下的产品故障模式。

2 平板电视可靠性强化试验概述

2．1 平板电视可靠性模型分析

根据可靠性分析相关知识，可知平板电视电子单元各组成部分为串联可靠性模型，可靠性框图如图3所示。

串联系统的失效率水平λ等于各组成单元失效率水平之和，即为：因此，整机可靠性水平的高低主要由构成的机芯板、电源板、屏模组等可靠性水平决定。目前平板电视整机厂家设计研发现状是，机芯板组件和电源板组件一般由整机厂设计完成，屏模组等由屏供应商提供。我司产品在实施可靠性强化试验过程中采取了两个层级进行。针对自主研发的机芯板、电源板等采用了板级可靠性强化试验方法，激发暴露产品缺陷；针对屏模组特点设计实施了屏模组可靠性强化试验方法；在完成板级或部件级强化试验的基础上，为充分激发暴露系统潜在的匹配连接可靠性问题，又研发了整机可靠性强化试验技术，在整机层次进行产品缺陷激发。从而保证从部件级到系统级不遗留设计缺陷。实施可靠性强化试验技术的关键要素在于试验应力及试验剖面的设计，由于篇幅限制，本文主要针对板级可靠性强化试验技术方法进行阐述。

图2 强度-应力干涉模型

图3 平板电视串联模型可靠性框图

2．2 可靠性强化试验剖面

在设计实施产品强化试验时需要考虑产品在外场遭受的主要环境应力类型，或者是比较的敏感应力类型，对于平板电视产品而言，生命周期内的敏感应力主要就是温度和温度变化引起的疲劳热应力、以及振动应力等，因此在设计强化试验剖面时主要采用了温度、振动、电压等应力，对于特殊应用情况下，还需考虑湿度等应力。

不同的试验应力激发的产品失效机理不同。一般而言，低温应力诱导的产品失效机理包括：材料硬化脆化、裂纹产生、电解液粘度增大等；高温应力诱导的失效机理包括：腐蚀、电解液耗损增大、密封件老化等；温变应力诱导的失效机理包括：热疲劳、腐蚀、密封泄露、虚焊等；振动应力诱导的失效机理主要包括：虚焊、疲劳、机械损伤、金属间化合物不良 ；综合应力（温度+振动）应力主要诱导的失效机理包括：热疲劳、蠕变 、金属间化合物不良、机械损伤、虚焊等。

强化试验具体的试验剖面如图4所示：

温度和振动试验剖面一般采用步进提高的方式，一直增加试验应力至设定试验条件，对于消费电电子产品而言，温度应力的范围可以取[-40～+100 ℃]之间。振动应力的量值一般取最大40 Grms，业内通用的做法，是当振动量级达到18～20 Grms时，将试验应力的量级减弱到2～5 Grms，称之为扰动振动，以防止产品在高应力下已经发生了断裂等失效，但应力过大，还存在假连接情况，故障模式不容易察觉，此时采用很小的振动应力能够提高析出故障的概率。

快速温度应力的试验的低温点和高温点的量级根据产品试验确定，快速温变循环次数为5～6次，温度变化速率取40～60 ℃/min之间，每个温度台阶处停留时间15～30 min。

综合应力试验是将快速温变试验以及振动试验组合，图5所示为某产品综合应力试验剖面，温度应力高温点和低温点的取值分别为+80 ℃和-30 ℃，循环次数5次，温度变化速率取值60 ℃/min，温度极值处试验时间10分钟。振动应力初始为6 Grms，步进步长为6 Grms，最大振动量级为28 Grms，当振动量级≥20 Grms时，补充4 Grms的扰动振动，时间2 min。

2．3 工程应用实效

我公司自2009年引入可靠性强化试验技术，至今已经应用实施的产品型号达到了上千项。产品覆盖的范围在深度和广度上都有了极大地提高，逐步由平板电视机芯板推广应用至核心部件研发中，包括PDP模组、LED模组、电源模块、高频头等单元。除在黑电产品上应用外，还自2011年左右推广应用至空调、冰箱等产品，激发出了大量的产品缺陷。笔者曾统计过一定时期的产品故障信息，并进行归纳分类（如表1所列），发现激发暴露的产品缺陷中80 %属于设计缺陷，可见可靠性强化试验技术在激发暴露产品设计问题方面的效果非常突出。

图4 试验剖面构成图

图5 综合应力试验剖面

下面通过列举几个产品实施可靠性强化试验，激发暴露产品缺陷的案例进行介绍，说明可靠性强化试验技术在快速提高产品可靠性水平方面的突出效果。

案例一：某型号PDP模组在高温+60 ℃应力下出现显示异常故障。

故障原因分析：在高温应力作用下，模组RSDS差分信号延迟时间与模组状态不匹配，抗干扰能力下降导致出现花屏故障。

纠正措施：调整逻辑板到A板导电胶布位置，如下图6：

表1 可靠性强化试验暴露的产品缺陷统计表

图6 导电胶布位置变更图

说明：上述纠正解决措施，只是临时采取的更改措施，下一步还需调整RSDS信号（差分信号）的参考电压、CE、CSE控制信号在ASIC芯片的延迟时间，适应模组状态，提高RSDS信号传输的完整性，提高抗干扰能力。

案例二：某出口电视在低温-10 ℃应力下出现屏闪故障。

故障原因分析:机芯设计中L2电感参数取值不合理导致。

纠正措施：将位号“L2”电感CDH104R-330M更改为型号CDH127-470M，具体如图7所示。

案例三：某型号启客电视在低温-20 ℃应力作用下，冷浸30分钟后开机画面出现交替闪烁故障

故障原因分析: 电源板背光部分电路参数设计不合理

纠正措施：将RP414电阻阻值由330 KΩ更改为15 KΩ，RP415电阻阻值由22 KΩ更改为1 KΩ，具体如图8所示。

图7 电路原理图

图8 电源板背光部分电路原理图

3 结束语

通过我公司近八年的工程实践证实，可靠性强化试验技术是支撑产品高可靠设计的强有力手段，能够快速提高产品可靠性水平，缩短产品研发周期、节约研发费用。建议中国家电企业在产品研发中深入推广该先进技术方法，不断提升中国制造的质量。在今后的应用实施过程中，我们将加大对产品故障模式与故障机理的研究，并与外场产品失效情况进行对比分析，不断优化激发应力的类型以及具体量值，促进可靠性强化试验技术方法不断地完善与创新。

[1]姜同敏.可靠性强化试验[J].环境技术，2000（1）：3～6.

[2]姚军曹心宽姜同敏.可靠性强化试验定量评估方法[J].北京航空航天大学学报，2006（1）：117～120.

[3]蒋培陈循张春华陶俊勇.可靠性强化试验技术综述[J].强度与环境，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

尚彦波(1981年10月)，男，汉族，籍贯：四川省绵阳市，可靠性工程师，本科，从事环境与可靠性试验技术研究与应用。