1、硬件设计测试培训讲义硬件设计测试培训讲义目 录1、测试概述2、测试项目选择与测试用例设计3、可测试性设计4、测试仪器选型和测试工装设计5、测评过程的管理问题和规避方法6、测试参考标准7、总结1、测试概述定位准确机理清楚故障再现措施有效举一反三测试用例设计仪器工装，应力条件哪些应力可激发潜在问题潜在失效点（1）面膜：按键粘连；按键不起作用或直接导通；按键互锁功能不可靠；显示屏：静电打坏；显示字库不全或乱码；乱码；破裂；受到干扰时候显示死机；亮度不均匀；触摸屏灵敏度失效；触控板不可靠；数据接口：数据传输错误；数据传速率高导致数据刷新慢；直接通讯可以但光电隔离不可以；接插件：松动；触点氧化接触不良；
2、生产野蛮导致失效；线缆：电缆断线；传输距离；电瓶串联线过流烧毁；电路板：芯片本身问题；变形导致虚焊或功能失效；焊点间距伪短路导致开关机；异常关机；接收信号失常；电源带负载不正常；RohS焊接良品率；上电时序导致电源跌落；控制器异常reset；断电上电冲击电流；超声清洗导致残留液体；潜在失效点（2）1.振动噪声：不抗摔；风扇长时间运行导致噪声；磨损导致断裂或噪声；共振导致断裂噪声大；重心不稳；2.报警：防盗装置异常报警3.功能失常：发动机熄火；刹车不平衡；4.环境适应性：防进液等级；湿热环境下绝缘强度下降；高海拔引起的性能参数漂移或精度下降；电气环境条件电压；设备高温防范方法；通风过滤通道的设计
3、和测试；水冷散热冷却剂引起的问题；5.人机接口：操作者状态；听筒无声；连接方法的标识；潜在失效点（3）1.测量精度：纹波导致精度问题；高温导致参数漂移；湿热漏电流增加精度下降；接地导致偏差；长距离通讯接地问题；2.元器件烧毁：电解电容爆裂或干涸；继电器粘连或不闭合或闭合电阻太大；MOSFET过热或烧毁；钽电容烧毁；不同厂家同指标性能不同；长时间存放充不满；静态电流过大导致电池供电能力不足；3.安规或EMC超标：电源浪涌和EFT不过；ESD问题；设备相互干扰；接地不良问题；大功率设备的高频噪声；4.机械断裂或锈蚀：高速下机械应力导致断裂；化学腐蚀盐雾腐蚀；5.软件：内存泄露导致死机；跑飞；不兼容
4、；开关端口过程会死机；外部存储介质读写数据异常；第三方软件驱动兼容性差；潜在问题1.插拔过程导致虚焊2.器件烧毁3.参数长期工作漂移误差大4.1.接插件不稳定的接触阻抗2.打静电死机3.应力与失效类型（应力与失效类型（1）应力与失效类型（应力与失效类型（2）应力与失效类型（应力与失效类型（3）产品可靠性的两大难点：如何具有资深的设计经验；如何在实验室就能发现产品的潜在隐患阶段测试目的特点测试要求研发发现设计缺陷扩大设计余量高应力短时间无故障中试 考察产品是否达到基本的可靠性水平中应力中长时间无明显故障批量生产生产工艺的稳定性 低应力短时间器件老化、器件及工艺离散性测试有条件的允许故障发生鉴定鉴
5、定产品的可靠性计算产品的MTBF低应力长时间无特别要求测试的阶段目标1.确定产品耐环境应力的工作极限和破坏极限，为设计提供依据。2.寻找系统性缺陷，研制与生产初期，由于设计及有关文件规范存在问题而造成的缺陷，如选材不当，对环境应力或工作应力的考虑与现实不符等引起的隐患，用环境应力极值最大限度地将设计缺陷激发出来。3.验证纠正措施的有效性。4.验证产品环境适应性，为产品能否定型提供决策依据。5.验证生产设备、制造工艺对产品环境适应性的保证程度。6.剔除残余缺陷，产品的研制、生产、装卸、运输、贮存和安装过程中，经常存在着一些造成产品隐患的偶然因素，导致结构、零组件损伤，这些因素造成的缺陷通常称为残
6、余缺陷。对于这种缺陷，用环境应力筛选或老炼方式剔除。各阶段的测试任务批量测试与单台测试的区别2、测试项目选择与测试用例设计2.1、工程计算评估2.2、设计规范审查2.3、模拟试验2.4、电子仿真2.5、软件测试2.1、工程计算审查降额审查结温审查容差分析审查1.降额的等级是否一致？2.降额的幅度是否基于稳态参数+干扰参数的组合应力？3.同功能器件，在用不同工艺、不同厂家的器件互换时，降额是否随之变动？4.降额是否考虑了负载的变化？5.芯数不同导线的降额电流是否有差别？降额审查GJB/Z 35-1993元器件降额准则结温审查热设计基础：1.热阻2.热功率密度3.热流密度容差分析审查过渡过程瞬态参
7、数审查放大器件保护器件调节器件2.2、设计规范审查FMEA、FTA应用地线图检查器件失效机理审查运行环境审查FMEA/FTAFMEA示例文件.doc操作者触电采取措施前采取措施后.原因及辅因SWRID相应措施SWRC1 用户网电源未可靠保护接地35NAKM1说明书上对供电电源作出明确要求M2 仪器后面板加等电位段子，使用前检查是否有良好接地，如是，则该端子悬空，如否，则接一地线在等电位端子上，另一端可靠保护接地M3在机器外壳的标签上作明确说明，避免使用者不认真阅读说明书或说明书丢失的情况下操作机器32AKC2 重复接地25NAKM3在机器外壳的标签上作明确说明23AKC4 机器内部220V交流
8、电焊点不牢，使内部金属衬架带电33NAKM4机壳内交流电接触点全部采用焊接，且加装热缩套管地线图检查地的四种类型单点串联接地、单点并联接地、多点接地的问题点；高频接地与安规接地的差别交流接地与直流接地的差别GND-GND的七种互联连接方式用户现场地对设备工作状态的影响器件失效机理审查电解电容的失效机理瓷片电容的失效机理MOSFET的失效机理IC的失效机理继电器的失效机理接插件的失效机理EMC器件的失效机理 运行环境审查温度湿度振动气压盐雾电源电磁环境（EMI/EMS）配套设备时间力学（拉伸、扭矩）速度及其带来的环境条件变化操作者水平整机环境和器件环境的差别2.3、模拟试验测试用例设计步骤和方法
9、：确定应力条件、故障模式、失效机理制定测试内容（esp.组合应力）测试用例设计测试实施结果分析影 响 要 素相关设备环境设备自身人功 能 实 现 要 素 拆 分贮运输入运行输出雨雪天、高低温、运输启动、转向、加油、刹车启动、转向、加油、刹车启动、转向、加油、刹车汽车示例测 试 方 向方法应用调查工具产品设计应用调查表.xls系统的、全面的、组合的如何转化为具体可操作内容？产品测试的立体网状图输 入运 行输 出贮 运安全可靠易用功能人机环境其他设备典型测试点功能和性能：1.外观尺寸检视1.部件级黑盒、白盒测试2.集成测试(接口测试)3.规格/标准验证4.附件可用性验证5.现场应用模拟测试标识和文
10、档：1.标准符合性检查1.实际操作检查2.文字校对安全（整机安全、人员安全、部件安全、配套安全）1.部件级安全测试2.系统整机级安全测试3.外部安规认证EMC1.SI仿真与测试2.PCB与结构EMC仿真3.板卡级EMC测试4.系统/整机级EMC测试、认证测试典型测试点环境与可靠性：1.部件级环境适应性试验2.部件级可靠性加速寿命试验3.系统/整机级环境适应性试验4.系统/整机级可靠性加速寿命试验测试用例编制提纲Title1 标准检查表依据标准，确定基本安全测试用例2 风险分析报告参考标准，确定异常危害处境下安全测试用例3 环境测试用例以环境条件的变化+设备输入的变化组合出环境测试用例4 单一故
11、障原则以设备部件、器件、附件故障、异常为假设条件，编制可靠性测试用例；安全、可靠性 测试，优先考虑5 功能测试组合功能，量值组合、变换输入（包括指令输入），编制功能组合测试用例，包括软件测试测试用例（1）环境测试用例1、结合”产品设计应用 调查表”，筛选可能应用 环境变化范围4、电磁兼容测试：YY 05053、参考标准：GB147102、输入、运行变化、输出，测试各种组合，包括正常状态和最不利组合环境测试用例温度测试：以标准要求、用户环境条件、部件失效机理条件为基础设定应力。工作范围温度器件温度设备环境温度温度变化率热测试电子设备的主要失效形式是热失效热密度日益增大热测试项目：器件和设备自身温
12、度温升风速风压热阻 接触法：准确传感器直接同被测目标接触缺点：破坏温度场 非接触法：不破坏温度场红外热像技术缺点：受遮挡，受辐射率影响热电阻测温原理：电阻值随温度的变化而变化 类型：铜电阻、铂热电阻、镍热电阻和热敏电阻等 特点：测量精度高，性能稳定，灵敏度高热电偶测温原理：热电效应 类型：Fe,Cu/NiNi/Cr,Ni/Al 特点：测量方便，精度不高ABTU红外测温仪：误差大：依靠测试辐射率 操作性：方便 适用场合：最高温度点注意事项：1.热源为半导体功率三极管、整流二极管、可控硅等；2.绝缘细线悬挂，空间不小于350*350*3500mm，风速0.1m/s；3.三路热电偶热端分别放置于器件
13、壳、对应散热器壳、空气中，冷端放置在冰水混合物中。4.热电偶埋置处引出线需紧贴热体表面走3-5mm，防止导线热传导引起的测量误差。热的来源：电能热能光能、化学能、电磁能 周围环境 摩擦（轴，大气）25度下/无T标记的开关55被弯曲的导线 60最高温度条件下/绕组及铁芯 B级材料 130电池参考电池规格不提供热量的设备的应用部分，其表面温度不应超过41度。热测试注意事项：样机符合测试要求 测试对象：高功耗器件，敏感部件，安全部件，表面最高温度 测试要求 最高温度点，紧密贴牢传感器 合理走线，尽量不造成破坏测试点1/3湿度测试：标准要求、用户环境、失效机理来设定应力。湿度时间重点测试绝缘强度、导电
14、性、材料变性震动冲击：标准符合性测试、应用环境条件、运输环境条件随机扫频激发失效机理对在震动场合应用的设备做现场模拟试验标准符合性测试测试用例（2）影响安全性特征的问题：用途用户材料能量物质交换污染环境影响测量分析处理配合使用能量物质输出环境敏感耗材、附件维护、标校软件使用寿命处理培训特殊工艺交互接口、信息移动方式参考标准：YY 0316 附录A：A2.1A2.28YY 0316 附录E：可能危害及其形成因素举例能量危害生物危害器械相关危害能量物质输出危害环境危害人、机相互危害功能失效危害电气安全检查和测试规范.xls测试用例（3）1、假设某一器件损坏、某一输入异常、人为错误、环境异常可能；2
15、、极端组合：最大负载；最不利配置：最不利环境；其他最不利因素；3、有罪推论：测试设备全部部件、器件，不可能、不必要；转换测试思路，通过评估替代测试；转移部件级测试工作量到研发环节，减少系统测试工作量最不利组合单一故障原则单一故障示例地线断开、LN互换、电压超标、电流冲击、初级绝缘击穿电源板、控制电路、电磁阀、运动部件磨损、密封失效、传感器故障功率负载过载、运动部件卡死、电机过载外壳损坏、坠落、振动1.输入异常 2.器件异常 3.负载异常 4.机械损坏测试用例（4）极端组合示例输入+输出电源低压接高负荷，电源高压接低负载;低气压高负荷，高气压低负荷；极端组合示例环境+输入+输出高温环境+高电压，
16、低温环境+低电压；低气压、低电压接高负荷；加速试验、高加速试验测试用例（5）加速试验：加速试验、拷机测试：寿命试验；应力：热、应力、化学、高温工作、振动、盐雾；测试项目：温湿度、振动、疲劳测试；高加速寿命试验：损伤性测试，发现薄弱环节；基本思想：应力逐步提高，损伤性测试，提高可靠性；测试项目：温湿度、振动、电压、电流；测试用例（6）人机工效测试用例：产品设计应用调查表细化、拆分、拓展、组合测试示例表仍然只是索引，进一步细化、拆分、拓展；工作热情、悟性、触类旁通、敏感性召回事例：本田汽车、松下冰箱、周林频谱仪测试用例（7）功能测试用例：验证所有功能全面覆盖全面覆盖功能组合功能组合可预知功能组合状
17、态组合状态组合极限组合极限组合各种极限量值的输出输出量值、精度、监测功能、报警验证软件BUG软件功能测试：功能缺陷逻辑互锁软件BUG报 警测试用例（8）产品可靠性是靠建立一致性实现的；所以测试也要测试也应关注到产品环节的各个方面测试对生产、质检的关注？看什么风险的引入机电产品生产过程典型示例：静电的引入电路板筛选、组装、整机拷机；湿度器件质量的变化供应商变化所带来的隐性风险；产品实现过程的环境条件测试可靠性鉴定试验测试用例（9）GB5080.7-86设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案批次检验抽检数量失效分析试验：IV端口阻抗特性曲线测试测试用例（10）2.4、
18、电子仿真ICEPAK热仿真信号完整性仿真EMC结构仿真3、可测试性设计可测试性的目的可测试性在产品设计中的比例可维修性考虑可测试性设计规范要求4、测试仪器选型和测试工装设计4.1、常用测试仪器4.2、常用测试工装4.3、常用失效分析仪器4.1、常用仪器工装1.安规（电击防护）：接地阻抗、漏电流、耐压测试仪2.安规（机械部分）：倾斜实验台、移动阶梯试验台、冲击锤等3.环境：高低温试验箱（室）、温度冲击箱、盐雾试验箱4.EMC：屏蔽室、静电枪、电波暗室、浪涌发生器5.电路：示波器、频谱仪、交直流可编程电源、电子负载6.疲劳：电机、PLC、时间继电器、气缸+电磁阀7.气源、压力表、流量计医疗电气，必
19、备仪器；万用表、摇表；卡尺；安规（电击防护）环境试验室（箱）；高温加热器+温控器；低温冬天室外、冰箱（冰柜）、液氧 二氧化碳、液氮；盐雾试验盐雾试验箱、雾化器；环境测试设备盐雾试验工装低气压：低气压试验箱密封仓+真空泵+负压表振动、碰撞试验台；电磁振动台 运输试验 跌落机 械静电枪暗室EMC屏蔽室浪涌发生器手机手台灯管+镇流器频谱仪+近场探头电刀焊机+电机4.2、测试工装盐雾EFT辐射抗扰摩擦弹簧气源压力4.3、失效分析仪器一般工具：剪刀、镊子、尖口钳子、偏口钳子、老虎钳子、锤子、砂纸、金刚 锉、壁纸刀、刻度尺、游标卡尺、电子称、拉力计、电钻、手锯焊接工具：普通抗静电烙铁、温控烙铁、吸锡器、热
20、风枪ESD器材：防静电复合橡胶席、防静电腕带、器件吸盘外观检查：放大镜（40倍）、光学显微镜测试设备：万用表、示波器、电桥、温度计、晶体管测试仪、静电枪、钳式电流计、器件烘烤箱、温度箱、湿度箱、调压器其 他：X-RAY分析仪、晶体管分析仪、金相分析仪、扫描电镜、交直流电 源、电动切割机、电动研磨机、C-SAM（超声扫描显微镜）5、测评过程的管理问题和规避方法路线确定了之后，干部是唯一决定的因素。1.重研发、轻测试，地位低、无话语权2.资源不足，包括测试条件、人员、时间3.测试样品少，难以发现偶发性问题4.产品、技术了解不深入测评管理问题1、转变观念，“测试”为“测评”，树立评价理念；2、树立系
21、统性、全方位测试思想，以全胜专，掌握话语权；设计输入、输出结果，进出两大武器，系统级、谁可小视？2、测试过程详细记录，重证据，有标准，占据法理；引用标准、记录结果、展示证据，以理服人；3、卧薪尝胆，厚积薄发；不断积累、深入调查；4、另谋高就；解决方案5、关注主要方向，放弃次要内容；优先关注安全、可靠性；关键功能、关键器件，90%精力放在10%的问题上；6、合理利用资源，转变测试思路、找证据、做评估，少测试；器件证书+指标分析+一般验证；7、从客服、生产、质检加强联系，了解薄弱环节，针对性入手；样品量大、问题多，目标明确；人员引入、轮岗；直接实践；8、转劣势为优势，冲击可用性问题；你不会先入为主
22、，更有代表性；6、测试参考标准测试标准清单.xls环境试验风险管理机械安全电磁兼容GB 14710GJB 150 IEC 60601-1：2005、GB 9706.1-2007IEC 60601-1-2YY 05050安规YY 0316易用性机械安全汇编，GBT 20850-2007IEC 62366参考标准7、总结合理的输入和正常的状态不合理的输入和异常的状态。实际使用条件和输入不可预计，要有完善的容错措施 使用者不是专家，要考虑合理可预见的误用 超出范围的输入 不合理的操作步骤 不合理的使用方式（如异物遮住散热孔）注意：基于实际应用，在合理的范围内选择异常输入。等价分类法和边界值法 穷举测
23、试不现实也没必要 等价分类法 边界值法 最不利的输入组合可靠性试验 样本数、试验强度、环境条件 温度/湿度极限：器件应用、降额不足、设计缺陷 快速温变：工艺、焊接、安装、结构问题 机械振动：工艺、焊接、安装、结构问题 电压/频率：器件应用、降额不足、设计缺陷 功率循环：器件应用、降额不足、设计缺陷 可靠性预计试验：TFT屏 HALT试验：最快的速度找到设计薄弱环节试探性定点突破测试法 应用不合理操作、超范围输入和超范围应力（环境，电，机械），对激发出来的故障与异常进行分析，归纳可能的设计弱点。调查历史故障，对设计进行评估，分析出可能的设计薄弱环节。针对可能的设计弱点，设计针对性的合理范围的测试用例，再现故障。进行离散性评估与试验 器件参数离散性（光电器件、容差）、工艺离散性（匝线）、器件老化（容量下降）利用施加温度应力来放大器件的离散性 电阻、电容、PN结特性、时序参数 最坏情况分析 关键器件筛选试验对比测试 最适用于设计更改复合型测试用例 优秀的测试用例：少而精 范围、精度、分辨率、线性度 环境测试与性能测试测试余量 器件参数离散性 工艺/加工离散性 器件/材料老化 不正确的使用 测试不确定度 工作环境范围 安全漏电流 EMI：RE/CE EMS：ESD/EFT/SURGE/RS/CS
