HALT und HASS. Systeme für beschleunigte Lebensdauerprüfungen und Belastungstests

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1 HALT und HASS Systeme für beschleunigte Lebensdauerprüfungen und Belastungstests

2 Kompetenz in Temperatur und Klima Vötsch wurde 1929 in Berlin gegründet und fertigt seit 1944 am heutigen Standort in Balingen-Frommern. Wir bei Vötsch entwickeln und bauen Prüfsysteme zur Qualitätssicherung nach dem heutigen Stand der Technik und unter zukunftsorientierten Gesichtspunkten. Mit unserer Leistung übernehmen wir auch Verantwortung für die Sicherheit und die Qualität von Produkten in vielen Industriezweigen. Seit 1995 gehört Vötsch zur Schunk-Gruppe. Gemeinsames Know-how bildet die Basis für zukunftsweisende Entwicklungen. HALT/HASS Systeme Testausrüstung für beschleunigte Lebensdauerprüfungen und Belastungstests Das Ziel jedes Herstellers ist es, Produkte von hochwertiger Qualität auf den Markt zu bringen. Dazu ist es notwendig, die Produktzuverlässigkeit ständig zu überwachen und zu verbessern. Viele Hersteller nutzen HALT (Highly Accelerated Life Test) und HASS (Highly Accelerated Stress Screening), um dieses Ziel zu erreichen. 2

3 Beschleunigte Lebensdauerprüfungen und Belastungstests HALT stellt ein Step-Stress-Prüfverfahren dar, das während der Prototypenphase des Produkts zum Einsatz kommt. Es ermöglicht, die Funktionsgrenzen eines Produkts festzulegen sowie konstruktionsbedingte Mängel und Schwachstellen von Komponenten zu erkennen. In der Prototypenphase können Verbesserungen am schnellsten und kostengünstigsten durchgeführt werden. Beim HALT-Verfahren wird der Prüfling stufenweise immer höheren Belastungen ausgesetzt. Mithilfe von Konstanttemperaturprüfungen, schnellen Temperaturwechselprüfungen, Vibrationsprüfungen und kombinierten Vibrationsprüfungen mit Temperaturwechseln werden latente Konstruktionsfehler von Komponenten oder Mängel im Fertigungsprozess frühzeitig aufgedeckt. Neben der frühzeitigen Erkennung dieser Fehler wird der Prüfling beim HALT-Verfahren so beansprucht, dass es zu provozierten Ausfällen kommt. Die Robustheit der Konstruktion und die Belastbarkeit des Produkts über die beabsichtigten Funktionsgrenzen hinaus werden ermittelt. Das HALT-Verfahren stellt keine Qualitätssicherungsprüfung dar. Es dient der Aufdeckung potentieller Schwachstellen und der Konstruktionsoptimierung. Der Einsatz von HALT ist dann erfolgreich, wenn Ausfälle provoziert, deren Ursachen erkannt, Korrekturmaßnahmen implementiert und die Spezifikationsgrenzen des Produkts verstanden und ausgeweitet werden. Die aus dem HALT-Verfahren gewonnenen Erkenntnisse werden zur Erstellung eines HASS-Profils verwendet, um im HASS-Test Abweichungen beim Fertigungsprozess zu überwachen. HASS ist ein Prüfverfahren für die Produktendkontrolle, das auf das gesamte Produkt oder seine einzelnen Komponenten angewendet werden kann (HASA - Highly Accelerat ed Stress Audit). HASS dient der rechtzeitigen Erkennung latenter Mängel. Durch die Anwendung des Verfahrens kann sichergestellt werden, dass sich nach der Fehlerbeseitigung im HALT-Prüfverfahren keine neuen Schwachstellen in das Produkt eingeschlichen haben. Darüber hinaus soll verhindert werden, dass fehlerhafte Produkte an den Endbenutzer/Endkunden geliefert werden. Normalerweise sind die Stressstufen in HASS weniger intensiv als in HALT. Im Allgemeinen werden sie jedoch stärker angesetzt, als dies für den Gebrauch unter Echtbedingungen erwartet wird. Ziel ist es, das Produkt so zu belasten, dass Fehler gefunden und behoben werden können, ohne jedoch seine Lebensdauer wesentlich zu verkürzen. Die Vorteile: Frühzeitiges Erkennen von latenten Mängeln aufgrund schlechter Verarbeitung oder Herstellungs - verfahren Integritätsprüfung mechanischer Verbindungen Erkennen von Änderungen bei Komponenten und Prozessen Reduzierte Gewährleistungs- und Servicekosten Aufspüren prozessbedingter Ab - weichungen bei der Herstellung Identifizieren von Störungen, die auf Veränderungen der Soft- und Firmware zurückzuführen sind Aufdecken von Qualitätsmängeln und Versionsänderungen bei Komponentenlieferanten Erhöhte Kundenzufriedenheit Durch HALT frühzeitig erkannte Mängel unter Umgebungsbelastung Durch HASS frühzeitig erkannte Mängel unter Umgebungsbelastung Stufenweise Vibrationserhöhung 45 % Schnelle Temperaturwechsel 4 % Kälte-Temperaturstufen 14 % Vibration 18% Extreme Temperaturwechsel 12 % Extreme Kälte 12 % Hitze- Temperaturstufen 17% Extreme Hitze 12 % Kombination von Vibrationen und schnellen Temperaturwechseln 20 % Kombination von Vibrationen und schnellen Temperaturwechseln 46 % 3

4 HALT-HASS Profile Das HALT-Verfahren Im HALT-Prüfverfahren werden Produktprototypen hohen Umweltbelastungen ausgesetzt, die sich durch unterschiedliche Zerstörungswirkungen auszeichnen. Das angewendete HALT-Verfahren variiert in Abhängigkeit des zu prüfenden Produkttyps. Gewöhnlich beinhalten diese Verfahren Temperaturstufenprüfungen mit Kälte und Wärme, Temperaturschock-Prüfungen, Vibrationsprüfungen und kombinierte Temperatur- und Vibrationsprüfungen. Neben den Umgebungsbelastungen ist das Produkt auch produktspezifischen Belastungen wie Power- Cycling (ständiges Aus- und Wiedereinschalten), Margin-Tests für Netzspannung, Netzfrequenz, Gleichstromversorgung und Ausgangsbelastung sowie Margin-Tests für den Onboard-Oszillator und anderen anwendbaren Belastungen auszusetzen. Die Testwiederholbarkeit ist die Fähigkeit, eine Fehlerart zu reproduzieren. Die exakten Stressstufen zur Reproduktion des Fehlers können jedoch variieren. Das Reproduzieren einer Fehlerart bei einer bestimmten Stress-Stufe ist allerdings nicht erfor - derlich. Wichtig für das HALT-Ver - fahren ist lediglich die Feststellung des Fehlers, nicht die der Stress- Stufe. Spezifikationen hinaus getestet werden, um konstruktionsbedingte Mängel aufzudecken. Beispiel: Temperaturschock-Prüfung 5 Temperaturzyklen mit Temperaturänderungen von 50 C pro Minute (oder mehr). Schnelle Temperaturwechsel führen zu einer unterschiedlich schnellen Ausdehnung und Kontraktion des Produktmaterials. Durch diese Art der Beanspruchung werden konstruktionsbedingte Schwachstellen sichtbar. Beispiel: Vibrationsstufenprüfung Stufenweise Vibrationsbelastung mit Erhöhungen um jeweils 5 grms, Beginn bei 5 grms. Nach dem Abschluss der Diagnose wird die Vibrationsprüfung auf der Beispiele für typische HALT-Profile nächsten Stufe fortgesetzt. Unsere leistungsstarke StarView-Software ermöglicht Ihnen die Überwachung der Produktreaktion sowie der Vibrationsstufen des Vibrationstisches. Beispiel: Kombinierte Temperatur- und Vibrationsprüfung Temperaturwechsel mit Tempe - raturänderungen von 50 C pro Minute (oder mehr). Erhöhung in 20 %-Schritten bezüglich der Funktionsgrenze. Haltezeiten von 15 Minuten. Tritt kein Fehler auf, werden die Temperaturänderungen und Vibrationsstufen erhöht. Tritt ein Fehler auf, wird die Prüfung gestoppt und die Fehlerart und Stressstufe werden aufgezeichnet. Der Fehler wird identifiziert und dokumentiert. Es wird eine Fehlerursachenanalyse durchgeführt. Beispiel: Temperaturstufenprüfung Kälte- oder Wärmebelastungsstufen in 10 C-Schritten Power-Cycling bei einer minimalen Betriebstemperatur von +10 C. Gemeinsame Anwendung von Power-Cycling und Grenzspannungstests, um zusätzliche Fehler zu finden. Spannungsgrenzen sollten über die Die HALT- und HASS-Profilgrafiken wurden von Reliant Labs zur Verfügung gestellt. 4

5 HALT-HASS Profile Anschließend wird der Fehler vorübergehend behoben und die Prüfung zur Entdeckung weiterer Fehler auf höheren Stress-Stufen fort - gesetzt. Die HALT-Prüfung ist beendet, wenn die Belastungsgrenzen des Produktes erreicht sind, d.h. mehrere Fehler bei geringfügiger Erhöhung der Stress-Stufe in kurzen Zeitabständen auftreten oder die Grenze der Belastbarkeit des Materials oder der Technologie erreicht wurde. Die aus der HALT- Prüfung gewonnenen Erkenntnisse liefern Aufschluss über die Funktions- und Zerstörungsgrenzen des Produkts. Die Funktionsgrenze entspricht der Belastung die erforderlich ist, um eine Fehlfunktion des Produkts zu provozieren, bei deren Unterschreitung das Produkt jedoch in den Normalbetrieb zurückkehrt. Die Zerstörungsgrenze entspricht der Belastung die erforderlich ist, um einen bleibenden Fehler oder einen Schaden hervorzurufen. Die Differenz zwischen diesen beiden Grenzen stellt die Belastungsspanne für die HALT-Prüfung dar. In dem Maße wie Fehler aufgespürt und beseitigt werden, lassen sich diese Grenzwerte immer weiter steigern. So ist es möglich, die Spezifikationsgrenzen auszuweiten und die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts zu erhöhen. Andere Anwendungen für HALT-Prüfschränke Die HALT-Prüfung eignet sich hervorragend, um Fehler bei zurückgesendeten Produkten zu erkennen und ggf. nachzubilden, die sonst mit anderen Verfahren nur schwer ausfindig gemacht werden können. Zurückgesendete Produkte sind deshalb so nützlich, weil sie einen Fehler enthalten. Der Fehler wird identifiziert und dokumentiert. Es wird eine Fehlerursachenanalyse durchgeführt. Beispiele für typische HASS-Profile Das HASS-Verfahren Das angewendete HASS-Verfahren variiert in Abhängigkeit des zu prüfenden Produkttyps. HASS stellt nicht nur eine Prüfung, sondern auch einen Prozess dar - für alle Produkte ist ein eigener Prozess erforderlich. Identifizierte Probleme reichen von Herstellungsfehlern bis hin zu Qualitätsmängeln seitens der Lieferanten. Für alle Fehler wird eine Fehlerursachenanalyse durchgeführt. Treten keine Fehler auf, hat das Produkt bestanden. Im Gegensatz zu HALT ist HASS eine Qualitätsprüfung. Die Stress-Stufen in HASS sind weniger intensiv als in HALT, werden im Allgemeinen jedoch höher angesetzt, als dies für den Gebrauch unter Echtbedingungen erwartet wird. Ziel ist es, das Produkt so zu belasten, dass Fehler gefunden und behoben werden können, ohne jedoch seine Lebensdauer wesentlich zu beeinflussen. Die Prüfung beginnt mit dem HASS-Profil, das für den Prüfbeständigkeitsprozess als das effektivste erachtet wird. Bei diesem Prozess wird gezeigt, dass ein gutes Produkt durch die Anwendung des Prüfprofils nicht beschädigt wird und dass sich das Prüfprofil zur Fehlerfindung im Produkt eignet. HASS-Entwicklung Prüfbeständigkeit 15 Durchläufe HASS-Profil Dabei wird der jeweilige HASS- Prozess maximal 15 bis 30 Mal durchgeführt um sicherzugehen, dass sich die Lebensdauer des Produkts durch das Prüfprofil nicht wesentlich verringert. Damit dem Produkt die Prüfbeständigkeit erfolgreich nachgewiesen werden kann, darf sich seine Lebensdauer bei Anwendung des HASS-Profils nicht mehr als ein Fünfzehntel ver - ringern. Allgemeine Mängel, die durch HASS aufgedeckt werden, finden sich bei Verlötungen, Komponenten, Prozess- Zeiteinstellungen, Änderungen und Störungen bei IC-Herstellungsprozessen, IC-Pins, elektrischen und mechanischen Toleranzen und bei Roh-Platinen. 5

6 Star Serie TM Galaxy Galaxy 28/36/44 Temperatur-Prüfschrank mit integriertem Vibrationstisch Unsere Star Galaxy -Systeme sind Temperaturprüfanlagen mit integriertem Vibrationstisch. Die Prüfanlagen sind mit einer Flüssigstickstoff (LN 2 )- Kühlung ausgestattet, die die erforderlichen hohen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten für maximale Produktbelastung liefert. Das Galaxy-System versorgt den Prüfraum mit temperierter Luft und bietet eine unübertroffene Temperaturwechselleistung. Mithilfe des einstellbaren Luftleitsystems kann der Anwender den Luftstrom punktgenau auf das zu prüfende Produkt umleiten und dieses so maximalen Temperaturwechselbelastungen aussetzen. Die schnellen Kühl-Gradienten des Galaxy-Systems mit LN 2 -Kühlung lassen sich im Vergleich zu normalen mechanischen Kühlsystemen platzsparend, geräuscharm und ohne Kühlwasserbedarf erzeugen, und dies mit geringeren Wartungskosten und einer größeren Effektivität. Bei dem integrierten Vibrationstisch handelt es sich um unseren hoch - entwickelten pneumatischen Star- Vibra tionstisch mit sechs Frei heits - graden. Die einzigartige und patentgeschützte Bauweise ermöglicht gleich mäßige Beschleunigungswerte über den gesamten Prüftisch, wie sie ein herkömmlicher Vibrations - tisch kaum zu leisten vermag. Das Steuerungssystem ermöglicht dem Anwender, den Vibrationsprozess über einen Beschleunigungsaufnehmer oder über die beliebige Kombination von vier Beschleunigungsaufnehmern flexibel zu kontrollieren. Das Galaxy-System wird mithilfe der leistungsstarken StarView-Software gesteuert (siehe Seite 10). Alle Galaxy-Modelle sind mit der exklusiven Komponentenkontroll- Option zur noch besseren Diagnose und Fehlersuche am Produkt erweiterbar. Funktionsdarstellung Luftleitsystem 6

7 Star Serie TM Galaxy Komponentenkontrolle Option zur Diagnose und Fehlersuche für Galaxy HALT-/HASS- Systeme Während des HALT-Verfahrens werden u.a. Temperaturstufenprüfungen an Produkten durchgeführt, bis es zu Ausfällen kommt. Diese Prüfungen können durch die Beschaffenheit einzelner Komponenten, wie beispielsweise von Netz teilen, in den Temperaturstufen eingeschränkt werden. Mit unserer Komponenten-Kontrollfunktion bieten wir eine einzigartige Lösung für dieses Problem. Diese ermöglicht es, die Umgebungstemperatur an einzel - nen Komponenten beizubehalten, während sie am eigentlichen Prüfling erhöht oder reduziert werden kann. Die Komponentenkontroll funktion ist hierbei mit einer separaten Tem pe ra - tur-steuerung ausgestattet. Die Komponentenkontroll-Option besteht quasi aus einer zweiten Prüfkammer mit eigener Steuerung, Thermoelement, Heizung und Kühlsystem. Normalerweise wird diese zweite Prüfkammer auf die HALT-Kammer aufgesetzt. Komponentenkontrolle Einbau Komponentenkontrolle 7

8 Star Serie TM Star 28/36/44 Pneumatischer Vibrationstisch Das Herzstück der Star Galaxy - Systeme ist der pneumatische Star- Vibrationstisch mit 6 Frei heitsgraden drei Linearachsen (X, Y, Z) und drei Rotationsachsen (Längs-, Quer- und Hochachse) zur Erzeugung von Vi - bra tionen mit Quasi-Rauschprofil im Frequenz be reich von 5 Hz bis 10 khz. Der Tisch ermöglicht die Ein stellung achsenspezifischer Vibra tions stufen in einem Bereich von 2 grms bis über 60 grms. Dank seiner einzigartigen patentgeschützten Bauweise lassen sich mit diesem Vibrationstisch hochkonsistente Beschleunigungswerte über den gesamten Prüftisch erzeugen. Der Vorteil hierbei ist, dass alle Produkte, die auf dem Tisch geprüft werden, mit nahezu identischer Intensität angeregt werden, unabhängig davon, an welcher Stelle sie sich auf dem Tisch befinden. Diese Anforderung wird von den wenigsten Vibrationstischen erfüllt. Die Beschleunigungsstufe des Tisches kann über einen 3-Achsen- Beschleunigungsblock (X-, Y- und Z- Achse) oder nur über die Z-Achse gesteuert werden. Die 3-Achsen- Steuerung/-Überwachung bietet im Vergleich zu einer einfachen Z- Achsen-Steuerung eine um ein Vielfaches präzisere Aussage über die Vibrationsparameter. Die Star Serie-Tische sind mit einem Airfloat -Gleitsystem ausgestattet. Bei Aktivierung des pneumatischen Gleitsystems lässt sich der Tisch gewissermaßen schwebend in den Prüfschrank ein- bzw. ausfahren. Die Höhenverstellung des Tisches lässt sich mit nur einem Finger bedienen. Dank seiner fahrbaren Aus führung kann der Star Serie- Tisch unabhängig vom Prüfschrank verwendet werden. Funktionsdarstellung Vibrationstisch 8

9 Vibrations-Systeme Temperatur und Klimaprüfanlagen der Serie VTV/VCV Stress Screening mit Vibration, Temperatur und Klima Für anspruchsvolle Vibrationsprüfungen, bei denen Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten von bis zu 25 K/min oder die Simulation klimatischer Bedingungen benötigt werden, lässt sich der Star-Vibrationstisch mit unseren VTV und VCV Vibrationssystemen kombinieren. Rauschförmige Schwingungen gehören zu den wirksamsten Methoden des Environmental Stress Screening (ESS). Da Temperatur und Klima das Schwingverhalten geprüfter Materialien beeinflussen, sind konstante oder auch zyklisch wechselnde Temperaturen und Klimate bei Schwingund Rauschprüfungen von zentraler Bedeutung. Die bewährten Erkenntnisse unserer Temperatur- und Klimasysteme bilden die Grundlage für den hohen Qualitätsstandard unserer Systeme. Zur Versorgung/Messung Ihrer Baugruppen/Geräte stehen Ihnen seitlich thermisch entkoppelte Rohrdurchführungen zur Verfügung. Der Prüfraum mit seinem dampfdicht verschweißten Edelstahlbehälter kann zusammen mit den austauschbaren Bodenelementen zur vollwertigen Klimaprüfkammer gemacht werden. Spezialabdichtungen von Tür, Bodenelement und Vibrationstisch-Durchführung basieren auf jahrzehntelangen Erfahrungswerten. Schnelle Temperaturzyklen und eine hohe Wärmekompensation sind durch die speziell auf die Anwendung hin entwickelte optimierte Luftführung gewährleistet. Hierdurch wird eine gleichmäßige Prüfgut- Temperierung bei minimaler Abweichung der Temperaturverteilung erreicht. Weitere Informationen finden Sie in unserem Prospekt zu Temperaturund Klimaprüfkammern der Baureihe VTV und VCV und auf unserer Internetseite Temperaturzyklen Schwingen, rauschförmig Hochtemperatur Elektrischer Stress Temperaturschock Schwingen, sinusförmig Tieftemperatur Schwingen, sinusförmig, gewobbelt Kombinierter Test Mechanischer Schock Feuchte Beschleunigung Unterdruck Gewichtung Wirksamkeit verschiedener Screening-Methoden 9

10 StarView StarView-Software Steuerung und Analyse von Temperatur und Vibration StarView ist ein benutzerfreundliches Microsoft Windows -basiertes Be - triebssystem, das dank seiner Pointand-Click-Funktion eine einfache Programmierung ermöglicht. Das Prüfprofil wird bei der numerischen Programmierung zeitgleich in einem Schaubild dargestellt, wodurch es dem Anwender sofort möglich ist, die Programme während der Er - stellung auf Fehler zu prüfen. Ideal zur Erstellung anwendungsspezifischer HALT-Prüfungen und HASS- Profile. Prüfschranksteuerung Die Lufttemperatur wird von der StarView-Software mithilfe einer Watlow F4-Prüfschranksteuerung überwacht und geregelt. Star Galaxy Deluxe- und Premier-Modelle sind mit vierzehn zusätzlichen Thermoelementen und einer Thermoelementschaltung ausgestattet. Vibrationstischsteuerung Der Vibrationstisch wird ebenfalls mithilfe der StarView-Software gesteuert. Die Vibrationsintensität kann von der X-, Y- oder Z-Achse oder auf einen Mittelwert aller 3 Achsen geregelt werden. Sie wird zur Überwachung von HALT-Vibrationsprüfungen verwendet. Mithilfe der StarView-Steuerungssoftware können die Werte einer einzelnen oder der Mittelwert von mehreren Achsen geregelt werden. Star Galaxy Deluxe und Premier-Modelle sind mit einem zusätzlichen 4-Kanal- Eingangsmodul für das Vibrationssystem ausgestattet (die Lieferung zusätzlicher Beschleunigungsmesser ist möglich). Auto-Spektrum Aus dem erfassten Schwingungsverlauf der Vibrationen wird mithilfe der Fouriertransformation ein PSD- Schaubild erstellt. Auf diese Weise kann abgelesen werden, wie sich die Vibrationsenergie über das Spektrum verteilt. Die Resonanzfrequenz des Star Galaxy-Vibrationstisches ist auf den optimalen Fre - quenzbereich kleiner Elektronikkom - ponenten eingestellt, der normalerweise zwischen 900 und 2600 Hz liegt. Schwingungsverlauf der Vibrationen Ein Histogramm zur Darstellung von Beschleunigung über Zeit zeigt die tatsächliche Vibrationsintensität an, die während einer bestimmten Zeitdauer auf dem Tisch erreicht wurde. Spitzenwerte in der Größenordnung von 10x der angegebenen Vibrationsintensität können angezeigt werden. 10

11 Technische Daten Typ Star Galaxy 28 Star Galaxy 36 Star Galaxy 44 Standard Deluxe Premiere Standard Deluxe Premiere Standard Deluxe Premiere Prüfraumvolumen l Temperaturbereich C -100 bis bis bis +200 Heiz- / Kühlleistung max. K/min Leistungswerte Vibrationstisch (Standard)* Max. grms z-achse Frequenzbereich Hz Prüfraumabmessungen Breite mm Tiefe mm Höhe mm Tischabmessungen Breite mm Tiefe mm Anzahl von pneumatischen Antrieben Shakertisch Zugangshöhe mm Außenabmessungen Breite mm Tiefe mm Höhe mm Außenabmessungen Breite mm Bedienungsfeld Tiefe mm Höhe mm Versandabmessungen Breite mm Prüfschrank Tiefe mm Höhe mm Transportgewicht kg Elektroanschluss 3/N/PE AC 400 V 10 % 50 Hz Nennleistung kw Nennstrom A Druckluftversorgungsbedarf Druckluft min. bar Max. Luftverbrauch bei max.grms l/min Flüssigstickstoffversorgungsbedarf Druck min. bar Max. Verbrauch l/min * Vibrationstisch Leistungswerte können erhöht werden auf bis zu 100 grms z-achse. Technische Änderungen vorbehalten. Die Geräte sind teilweise mit Optionen abgebildet. 11

12 Umweltsimulation Beethovenstraße Balingen-Frommern Germany Telefon Telefax Qualität ohne Grenzen DKD-K ISO/IEC Wir sind der kompetente Partner für viele Prüfbereiche. Außer unserem umfangreichen Standardprogramm planen, projektieren und bauen wir für Sie maßgeschneiderte Lösungen in jeder gewünschten Ausführung und das weltweit. Weitere Informationen und Vertretungen weltweit finden Sie unter VIT-D 5/14 2M N WD

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