電子產品可靠性測試用例設計
2017-07-21
電子產品的一些隱患通過模擬測試實驗根本發現不了（原因此處先不表）。因此，產品測試的四種路徑分別是：
1.工程計算和容差分析（用數學計算的方式，將臨界點找出來) 。
2.設計規范審查
有些設計有問題，按照常規的經驗和分析，能比較輕易地避免一些可能誘發潛在隱患的機會，比如電解電容布局在散熱片的上方，散熱片的熱氣自然的會影響到電解電容的環境溫度，電解電容有一個失效機理就是電解液干涸，其激發的應力就是溫度和時間。雖然，這個現象通過實驗也能激發出來，但需要的應力較大，且試驗時間較長，有的時候，經過較長試驗時間，故障并未出現。但如果通過設計規范審查，將可能避免此類涉及的問題。
就像大風天避免在樓下走，窗玻璃被刮掉容易傷人；雷雨天不要在樹下，容易受到雷擊… … 不在河邊走，自然少濕鞋。
3.模擬測試（這是測試部分的內容，下面將會重點介紹）
4.電子仿真（為了避免花費較大，又能快捷的發現隱患，現在較常見的軟件工具是熱設計仿真、電磁兼容結構設計仿真、信號完整性仿真，不詳述）。
模擬測試的測試用例設計從6個方面切入：
a）標準符合性測試
b）用戶模擬測試
c）組合應力測試
d）應力變化率測試
e）基于失效機理的應力測試
f）一致性測試
模擬測試進行之前，先請凝神靜氣，閉眼合十，將大腦中的所有雜念全部扔到天際，確保沒有產品的任何設計信息殘留腦內。然后想象在腦海中勾勒EUT（Equipment Under Test待測設備）的實際使用場景，先回答出如下的問題：
1、環境因素
工作高溫、工作低溫、存貯高溫、存貯低溫、工作最高濕度、存貯最高濕度、工作最低濕度、存貯最低濕度、溫度沖擊極限溫度和恢復時間、最高海拔高度和大氣壓、大氣成分的氧濃度硫化物、振動的頻率/振幅/加速度、碰撞的加速度/周期、墜落的高度、風速/風向、砂塵灰塵、淋雨或潑濺對電路和運動摩擦的影響、散熱環境是否密閉、散熱通道的走向、鹽霧的濃度、潮濕霉變導致電路板漏電流增加或短路、動植物的昆蟲進入機器、化學物質（酒精擦拭、藥物腐蝕）、照明狀態（黑暗、白天、陰天）、光閃影響、空間尺寸、環境噪聲的水平和頻率、污染物（油污、毛發、花粉）、清洗擦拭或消毒、工作電源AC、DC的波動范圍和波動頻率、電網接地、設備應用環境附近是否有電磁發射站、共用設備中存在電磁干擾設備、高壓線或變壓器、電壓波動、阻性負載、感性負載、容性負載、較強諧波干擾、機柜的避雷措施、自然靜電和操作靜電的等級、防靜電措施是否充分。
2、人的因素
列舉使用者職業的范圍、性別、年齡、健康狀況、身高、體重、視力、聽力、觸覺、力量、耐力、距離、操作姿勢、正常工作心理狀態、異常工作心理狀態、注意力、受教育程度、外語能力、專業知識、理解能力、培訓效果、培訓周期、培訓素材有效性、相互干擾、共同作用、操作團隊的一致性、責任心。
3、關聯設備
輸入能量的類型、范圍、變化的程度、導致輸入能量變化的因素、指令、形式、信號類型。
輸出部分的量值、輸出能力符合設計輸入及標準要求、精度、精度符合設計輸入、標準、監測（功能實現、精度、適用范圍）、異常輸出的保護措施、輸出能量的顯示。
控制部分：按鈕（可單手操作、端面尺寸合適、操作生效有觸感、操作范圍適度、按鈕盡可能在顯示信息右側、不同功能按鈕防錯按措施、按鈕操作的舒適度）、鍵盤鼠標（放置合適，固定有效）、觸模屏（觸摸有效性、定位精確、觸摸屏響應時間）、顯示信息在左側，操作信息在右側、操作范圍（單手操作、右手原則）、開關（易于發現、動作有效、誤操作防護措施）。
4、設備本身
報警部分：報警優先級要求、報警形式（聲、光、文字、動作、振動）、報警提示后有無保護動作、聽覺報警噪聲水平、受背景噪聲影響、噪聲頻段不少于兩段、報警查覺距離、報警信息讀取距離、報警信息查覺失效的動作感知與振動感知。
軟件界面：菜單位置符合實際及習慣、菜單級數不超過三級、常用功能位置、主要參數顯示在同一界面、不同功能圖標應區別明顯、快速功能鍵操作步驟不超過兩步、信息顯示適合一般視力條件及使用實現情況、顏色分配（不可太雜3種以內、顏色字體顯示內容體現主次、界面字體顏色考慮光線因素、長時間觀察界面、字體顏色考慮視覺疲勞）、復雜操作提供提示信息且提示信息位置應就近指示或指示有效、主參數與輔助參數顏色字體區別對待體現主次。
結構方面：傾斜可能，碰撞后傾斜可能、提拎舒適度，吊裝、配合使用設備組裝后重心應穩定、信號互連線纜的拉力、銳邊、尖角、避免突出部分、懸臂結構、懸臂結構受力損壞、結構變形、附件連接防接錯措施、信號連接公母口的觸電防靜電、電源連接LNG防錯、正負極防錯、電源線與信號線防錯措施、連接強度要求、連接件強度適度、裝配定位措施、電池防反設計、長時間不用取出提示、充電保護設計、裝卸簡單無需工具、拆卸不易損壞、密封設計與使用情況的合理性、密封設計與使用情況的合理性、密封材料的老化。
標識符號：符號正確、符號符合用戶認識水平、符號標識位置的可視性、符號標準顏色、文字母語原則、專業及習慣因素、國家規定、語言誤解可能、圖標提示信息、快速提示提示卡（銘牌）可視易懂。
器件輸出能力：器件壽命、頻繁使用器件、關鍵器件可靠性評估結果、功率、負荷、持續工作時間、最大應力、使用壽命，更換要求、溫度、濕度、氣壓等要求、器件之間配合度（各器件之間輸入輸出設計合理性評估）。
回答出了以上的問題，基本上產品測試方案剛剛完成了1/3。下一個 1/3是什么呢？是要知道在上述的條件下，哪些地方容易失效。就像醫生診病望聞問切一樣，第一個1/3是問的過程，下一步就是望和聞了，通過望和聞，加上已有的經驗，初步判斷出是哪些出現的失效，問這部分需要一點經驗的分析。但幸運的是，我已匯總了多個行業的常見問題，在知道了這些地方容易發生問題之后，再了解了其失效機理，施加針對失效機理的應力下，產品測試的故障就容易出來了。易發生問題的點如下：
面膜：按鍵粘連；按鍵不起作用或直接導通；按鍵互鎖功能不可靠；
顯示屏：靜電打壞；顯示字庫不全或亂碼；亂碼；破裂；受到干擾時候顯示死機；亮度不均勻；觸摸屏靈敏度失效；觸控板不可靠；
數據接口：數據傳輸錯誤；數據傳速率高導致數據刷新慢；直接通訊可以但光電隔離不可以；
接插件：松動；觸點氧化接觸不良；生產野蠻導致失效；
線纜：電纜斷線；傳輸距離；電瓶串聯線過流燒毀；
電路板：芯片本身問題；變形導致虛焊或功能失效；焊點間距偽短路導致開關機；異常關機；接收信號失常；電源帶負載不正常；RohS焊接良品率；上電時序導致電源跌落；控制器異常reset；斷電上電沖擊電流；超聲清洗導致殘留液體；
振動噪聲：不抗摔；風扇長時間運行導致噪聲；磨損導致斷裂或噪聲；共振導致斷裂噪聲大；重心不穩；
報警：防盜裝置異常報警；
功能失常：發動機熄火；剎車不平衡；
環境適應性：防進液等級；濕熱環境下絕緣強度下降；高海拔引起的性能參數漂移或精度下降；電氣環境條件電壓；設備高溫防范方法；通風過濾通道的設計和測試；水冷散熱冷卻劑引起的問題；
人機接口：操作者狀態；聽筒無聲；連接方法的標識；
測量精度：紋波導致精度問題；高溫導致參數漂移；濕熱漏電流增加精度下降；接地導致偏差；長距離通訊接地問題；
元器件燒毀：電解電容爆裂或干涸；繼電器粘連或不閉合或閉合電阻太大；MOSFET過熱或燒毀；鉭電容燒毀；不同廠家同指標性能不同；長時間存放充不滿；靜態電流過大導致電池供電能力不足；
安規或EMC超標：電源浪涌和EFT不過；ESD問題；設備相互干擾；接地不良問題；大功率設備的高頻噪聲；
機械斷裂或銹蝕：高速下機械應力導致斷裂；化學腐蝕鹽霧腐蝕；
軟件：內存泄露導致死機；跑飛；不兼容；開關端口過程會死機；外部存儲介質讀寫數據異常；第三方軟件驅動兼容性差；
插拔過程導致虛焊、器件燒毀、參數長期工作漂移誤差大… …
以上的故障，到底是哪些失效機理激發的呢？鑒于涉及部分企業的具體產品的緣故，就不針對上述問題一一分析了。而只是給出一些個別案例，供大家參考。
舉個簡單例子來說明。比如，
第一步：我們知道應用環境下會有振動，振動強度的指標是多少自己去想，電路板的潛在虛焊或氧化會在用戶現場震動中導致失效；
第二步：我們分析電路板，虛焊最容易在哪些地方發生？焊錫多的地方、重的地方、焊盤小焊錫少的地方、無鉛焊接的地方；異金屬連接的地方
第三步：結合上面的表格，找到能激發此類問題的應力，溫度沖擊+次數（表格的倒數第二行）、溫度+時間（表格的倒數第十行），另外還有振動應力能激發的失效（另有相關資料，未予列出）
第四步：設計測試用例，對電路板在不帶電狀態下做溫度循環和溫度沖擊試驗，溫度（以不會激發器件損傷性失效的上限溫度為上限基準，下限同理）和次數（可自己定義或參考相關標準）選擇好，然后就是具體的試驗操作，那就是very easy，由實驗員去完成就可以了。
以上是測試用例設計的基本過程和過程中的一些參考內容，涉及內容較多，不盡之處頗多，提供一個思路，拋磚引玉，供大家在一個引導性思路的幫助下，制定出自己的測試大綱來，限于諸多條件，言盡于此，見諒見諒。
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