Testy SET

Urządzenia elektroniczne są coraz powszechniej stosowane w wymagających warunkach środowiskowych a wielu producentów OEM wymaga wykonania szeroko zakrojonych testów złącz, aby upewnić się, że w trudnych warunkach wciąż będą działać zgodnie z przeznaczeniem. Często producenci złącz korzystają z usług zewnętrznych  ośrodków badawczych, aby zapewnić, że ich produkty spełniają wymagania prawne i normy.

Natomiast niektórzy dostawcy konektorów zapewniają również rygorystyczne testy wewnętrzne, czego przykładem jest Samtec. Firma opracowała inicjatywę testowania w trudnych warunkach środowiskowych (severe environment testing, SET), aby dać projektantom możliwość zastosowania powszechnie dostępnych złącz (commercial off-the-shelf, COTS) w aplikacjach o wysokiej niezawodności. Branża wojskowa, lotnicza, kosmiczna, motoryzacyjna, transportowa, przemysłowa i medyczna zazwyczaj wymagają dodatkowych testów, które zwykle nie są przeprowadzane na produktach COTS. Intencją inicjatywy SET jest wypełnienie luki między produktem MIL-STD a produktem COTS. Testy SET rozpoczynają się od standardowych testów kwalifikacyjnych i rozszerzają te specyfikacje o bardziej wymagające próby, które udowadniają niezawodność komponentów.

Niezależnie od tego, czy przeprowadzane w firmie, czy w zewnętrznym laboratorium, procesy testowe koncentrują się na sześciu kluczowych obszarach: trwałości, cyklu temperaturowym, wstrząsach mechanicznych/wibracjach, temperaturze operacyjnej, wyładowaniach elektrostatycznych i odporności na napięcie dielektryczne.

Trwałość

Powszechne, standardowe testy kwalifikacyjne dotyczą ilości cykli połączeń i rozłączeń oraz trwałości. Istotnym czynnikiem jest to, aby złącze mogło być łączone i rozłączane bez pogorszenia sygnału. Testy cykli połączeń i trwałości demonstrują zdolność złącza do działania zgodnie z założeniami nawet w warunkach dużego obciążenia. Na przykład wysokie temperatury i wysoka wilgotność mogą często prowadzić do degradacji materiału i ważne jest, aby wiedzieć, że złącze może to wytrzymać. W cykli połączeń wilgotność względna (RH) jest utrzymywana w zakresie od 90% do 98% przez 10 dni, przy 100 cyklach łączenia i odłączania, w temperaturze od + 25°C do + 64°C. W przypadku SET wilgotność względną zwiększa się do 100% przy 250 cyklach kojarzenia i łączenia, przez 10 dni (240 godzin), w temperaturze od +25°C do +64°C. Jako wartość bazowa tego testu przed jego rozpoczęciem stosowana jest rezystancja obwodu niskiego poziomu (low level circuit resistance, LLCR). Najpierw następuje pomiar LLCR, złącza są następnie mierzone pod kątem sił łączenia / rozłączenia 250 razy, a następnie dokonywany jest drugi pomiar LLCR. Jeśli złącza mają maksymalną deltę mniejszą niż 15 mΩ, są kwalifikowane do następnej sekwencji testowej.

Cykle temperaturowe

Innym krytycznym aspektem każdego testu środowiskowego jest zapewnienie wydajności zestawu złączy w warunkach szoku termicznego. Cykliczne zmiany temperatury oceniają zdolność złącza do wytrzymania ekstremalnych zmian temperatury. W niektórych środowiskach operacyjnych temperatury mogą się radykalnie zmienić w ciągu kilku minut. Zwykle test cykli temperaturowych obejmuje badanie zachowania się złącza od -55°C do +85°C przez 100 cykli, stosując 30 minut wystawienia złącza na każdą ze skrajnych temperatur. Wersja SET tego testu zwiększa zakres temperatur do -65°C do +125°C przez 500 cykli, zachowując 30 minut w skrajnej temperaturze. Podczas tego testu zestawy złączy są testowane pod kątem LLCR w celu wyszukania wzrostu rezystancji.

Wstrząsy mechaniczne i wibracje

Ogólnym celem testowania wstrząsów mechanicznych i wibracji jest zmierzenie wydajności złącza w warunkach wpływu czynników mechanicznych, występujących w wielu trudnych środowiskach pracy. W przypadku wstrząsów mechanicznych,  standardowa wersja tego testu wykorzystuje półsinusoidalny wstrząs szczytowy 100G przez sześć milisekund. Wersja SET wykorzystuje szczytowy półsinusoidalny wstrząs 40G przez 11 milisekund. Pomiar LLCR jest używany przed i po teście do oceny jego efektów i poszukiwania zmian w rezystancji układu styków. Standardowy test drgań losowych wykorzystuje 7,56 gRMS przez dwie godziny na oś a wersja SET tego testu to 12 gRMS, 5 - 2000 Hz przez jedną godzinę na oś. Podczas tego testu monitoruje się styki złącza pod kątem nieciągłości.

Temperatura pracy

Ważne jest nie tylko ustalenie, w jakim zakresie temperatur produkt może działać zachowując swoje szczytowe parametry, lecz także w jakich warunkach może być przechowywany. Elektronika systemu, gdy nie jest używana, może pozostawać w stanie uśpienia i należy mieć pewność, że zacznie działać w razie potrzeby. W tym teście mierzone jest początkowe LLCR, następnie złącze wystawione zostaje na  działanie temperatur od -55°C do 105 °C przez 100 cykli, następnie ponownie testowany na LLCR, potem wystawiony na działanie od -65°C do 125°C przez 100 cykli, a na koniec ponownie testowany na LLCR. Zakłada się, że produkt powinien utrzymać deltę LLCR ≤ 5 mΩ od początku do końca testu.

Wyładowania elektrostatyczne

Wyładowania elektrostatyczne (ESD) nie są typowym testem dla pasywnych złączy elektrycznych. Jednak w trudnych środowiskach zdarza się, że projektanci systemów muszą wiedzieć, jak komponenty poradzą sobie z wyładowaniami elektrostatycznymi. Podczas testu ESD złącze jest testowane zarówno w stanie połączonym jak i rozłączonym i polega na kontroli wzrokowej przed i po testowaniu w celu ustalenia, czy wystąpiło uszkodzenie. W przypadku tego testu, oględziny wzrokowe są wystarczające aby stwierdzić, czy złącze przeszło próbę pomyślnie. Złącza są urządzeniami pasywnymi, pozbawionymi elementów aktywnych, a jedynym uszkodzeniem, jakie mogłoby powstać, byłoby uszkodzenie zewnętrznego wykończenia. Jeżeli warstwa zewnętrzna pozostaje nienaruszona, test zostaje  zaliczony. Test ten jest oparty na normie EN61000-4-2 z VITA 47. Wyładowania ESD wahają się od 0 do 15 kV przy rozładowaniu kondensatora 150 pf przez rezystor 330 omów. Złącza są poddawane działaniu napięcia 5, 10 i 15 kV (10 razy na każdym poziomie), a następnie poddawane są oględzinom pod kątem uszkodzeń.

Komora wysokościowa DWV

Wytrzymałość na napięcie dielektryczne (DWV) jest w elektronice powszechnym testem. Testowanie na wysokości 70.000 stóp (21.336 metrów) zwiększa trudność testu. Aby symulować wysokość 70 000 stóp z napięciem testowym 300VAC, zmniejsza się ilość powietrza w komorze, redukując główny dielektryk (powietrze). W typowym teście DWV produkt jest stopniowo doprowadzany do napięcia przebicia, czyli punktu, w którym złącza wytworzą łuk elektryczny. Aby określić napięcie testowe, napięcie przebicia zostanie pomnożone przez 0,75. Napięcie testowe jest podawane do zestawu złączy przez 60 sekund a produkt przechodzi test, jeśli nie występują łuki elektryczne.

Komora do badań DWV © Samtec

Wnioski

Zestaw testów SET został opracowany przy użyciu VITA 47.0 - 47,3 i danych pochodzących  od producentów OEM, dotyczących informacji potrzebnych względem produktów COTS. Standardowy zestaw testów kwalifikacyjnych zawiera takie próby jak LLCR, wilgotność, cykle temperaturowe, DWV oraz wstrząsy mechaniczne i wibracje. SET wykonuje te standardowe testy kwalifikacyjne i rozszerza specyfikacje wymagane do zdania testu, dając w ten sposób projektantowi pewność, że złącze może być używane w trudnych warunkach.

Źródło: © Samtec

Autor: Brian Niehoff