Программа испытаний (ПИ) — это обязательный для выполнения организационно-методический документ, оформляемый следующим образом. На титульном листе размещают:
• наименование программы;
• название темы, по которой ведется разработка изделия;
• согласующие и утверждающие программу подписи руководителей организации — разработчика РЭСИ и (при необходимости) представителя заказчика. Программа испытаний состоит из шести разделов:
Раздел I «Объект испытаний» включает наименование, чертежный и заводской номера, дату выпуска объекта испытаний.
В разделе 2 «Цель испытаний» ставится конкретная цель (или цели) испытаний.
В разделе 3 «Обоснование необходимости проведения испытаний» указываются плановые документы, в которых регламентирована необходимость проведения испытаний (например, программа обеспечения качества).
Раздел 4 «Место проведения и обеспечение испытаний» содержит наименование подразделения, в котором проводятся испытания, а также план работ по их подготовке и проведению с указанием объема, срока исполнения и соответствующих исполнителей работ.
Раздел 5 «Объем и методика испытаний», раскрывающий содержание испытаний, разбивается на два подраздела. В первом указываются условия испытаний (число образцов, распределение их на группы, последовательность прохождения испытаний различными группами по видам воздействий с регламентацией количественной оценки каждого воздействия) и номера чертежей оснастки, необходимой для их проведения. Второй подраздел включает сведения о контролируемых параметрах изделия с указанием документации, по которой требуется измерить или определить эти параметры.
В разделе 6 «Оформление результатов испытаний» регламентируется форма представления результатов испытаний: протокол, отчет, техническая справка.
Содержание основных разделов программы испытаний и рекомендации по их выполнению
При составлении раздела 1 следует учитывать, что по результатам испытаний объекта принимается то или иное решение по данному объекту — о его годности или забраковании, предъявлении на следующие испытания или возможности серийного выпуска и др. Объектами испытаний могут быть: макеты, модели, экспериментальные образцы изделия, изготовленные при выполнении научно-исследовательских работ (НИР) на этапах проектирования; опытные образцы изделия, изготовленные при выполнении опытно-конструкторских работ (ОКР); образцы, изготовленные при освоении изделия в производстве; образцы, изготовленные в ходе серийного производства.
При выборе объекта испытаний следует исходить из того, что в процессе испытаний должна быть подтверждена работоспособность изделия/изделий при указанных в НТД условиях эксплуатации, а также соответствие значений показателей надежности изделия/изделий требуемым НТД. При этом должно быть предусмотрено: наличие соответствующих устройств для проведения испытаний, минимальные стоимость (включая затраты на устройства для испытаний) и продолжительность испытаний, взаимозаменяемость испытываемых изделий или отдельных функциональных узлов и блоков (для ремонтопригодных изделий) в процессе испытаний. Для отдельных видов испытаний целесообразно выбрать типопредставитель из номенклатуры изделий, изготовляемых по близкому конструктивно-технологическому решению. Для этого разработана методика, направленная на то, чтобы результаты испытаний выбранного объекта можно было распространить на всю номенклатуру изделий данного конструктивно-технологического варианта. В соответствии с этой методикой в каждом изделии рассматриваемого варианта выявляют номенклатуру и число элементов, определяющих надежность изделия (например, переходов со слоя на слой в коммутационной плате, элементов критических размеров пленочных и полупроводниковых ИС и т. д.). Из сравниваемых изделий выбирают изделие, обладающее широкой номенклатурой и насыщенностью такими элементами. Это изделие и рекомендуется использовать в качестве типичного для рассматриваемого конструктивно-технологического варианта при проведении испытаний.
Цели испытаний, которые должны быть сформулированы в разделе 2, достаточно разнообразны. Они определяются как видом испытаний, так и этапом жизненного цикла изделий.
Цели испытаний раскрывают их назначение, которое должно быть отражено в названии. Поэтому, чтобы сформулировать название испытаний, необходимо установить их назначение, т. е. определить по цели проведения испытаний, к какой из четырех групп (исследовательские, контрольные, сравнительные, определительные) их можно отнести. Аналогично в названии испытаний должны быть учтены и другие признаки вида испытаний (стадия проведения испытаний, продолжительность, вид и результат воздействий и др.). Соответственно название испытаний может содержать два и более признаков из числа перечисленных, например межведомственные и периодические стендовые испытания на надежность.
План проведения испытаний, входящих в раздел 4 ПИ, содержит перечень работ, необходимых для проведения испытаний: изготовление образцов, приемка образцов ОТК, измерение и определение параметров образцов испытаний, подготовка устройств для испытаний, проведение испытаний, оформление результатов испытаний, согласование и утверждение протокола испытаний и др.
Под условиями испытаний, входящих в раздел 5 ПИ, понимают совокупность воздействий на объект и режимов функционирования объекта. Как указывалось ранее, условия испытаний характеризуются воздействием на объект как объективных, так и субъективных факторов. Поскольку основная цель испытаний состоит в получении информации о потенциально ненадежных изделиях, выбору воздействующих факторов придают первостепенное значение. При этом учитывают: местоположение объекта, в составе которого используются РЭСИ (наземные, самолетные, корабельные и др.); уровень разукрупнения испытываемых РЭСИ (система, комплекс, устройство, функциональный узел), что определяет число выбранных для испытаний ВВФ; климатический район эксплуатации РЭСИ; условия эксплуатации, транспортировки и хранения. Однако основные принципы выбора воздействующих факторов следующие: адекватность условий испытаний условиям эксплуатации; учет механизма старения или развития отказа; учет потенциальной надежности всех элементов конструкции.
Для установления адекватности условий испытаний условиям эксплуатации необходим физический подход к выбору воздействующих факторов, который предполагает знание закономерностей возникновения и развития отказов и определение влияния различных факторов на скорость изменения запаса прочности изделия. Анализ диагностики отказов позволяет выявить физико-химические процессы, происходящие в физической структуре элементов и деталях конструкции РЭСИ. При этом очевидны причинно-следственные связи между указанными процессами и внешними и внутренними воздействиями. Целесообразно элементы физической структуры исследуемого изделия, изменение состояния которых вызывает его отказы, разделить в зависимости от их основных функций на следующие группы:
• конструктивные, обеспечивающие необходимую геометрию изделий, сочленение его с другими изделиями и соединение элементов друг с другом;
• активные (рабочие области), физические процессы в которых обеспечивают функционирование изделия;
• защитные, потеря свойств которых приводит к возникновению и усилению деградационных процессов в активных элементах.
Например, в ИС можно выделить кристалл, оксид, металлизацию, внутрисхемные контакты (термокомпрессионные или ультразвуковые), проводники для соединения металлизации с выводами корпуса, корпус. Указанные элементы физической структуры выполняют различные функции: кристалл — активные, конструктивные; оксид — защитные; проводники — активные, конструктивные и т. д.
Условное разделение физической структуры на элементы позволяет: установить основные характеристики РЭСИ и определить критичные для них виды воздействий, а, следовательно, и факторы, вызывающие появление деградационных процессов; выявить элементы с наименьшей потенциальной надежностью, что обеспечивает объективность выбора номенклатуры и уровней воздействующих факторов, которые приводят к наиболее быстрому изменению определенного вида прочности (механической, электрической, тепловой). При выборе ВВФ следует помнить, что результат их совместного действия не является результатом аддитивного действия отдельных факторов и что определенные виды отказов имеют место только при совместном действии факторов. Например, возникновение короткого замыкания между близлежащими на поверхности печатной платы проводниками наиболее вероятно при наличии повышенной влажности и электрического напряжения.
На основании приведенных соображений необходимо при определении условий испытаний выбирать номенклатуру ВВФ, характерную для условий эксплуатации, чтобы обеспечить адекватность условий испытаний условиям эксплуатации. В то же время при эксплуатации, как правило, имеет место более жесткое воздействие на РЭСИ по сравнению с лабораторными или стендовыми испытаниями. Поэтому для испытаний на надежность следует выбирать значения ВВФ, превышающие характерные для нормальных условий эксплуатации РЭСИ.
При физическом подходе к определению условий испытаний РЭСИ и воздействующих на них факторов необходимо учитывать все элементы физической структуры РЭСИ, принимая во внимание деградационные процессы в них и ускоряющие эти процессы объективные факторы.
По характеру воздействующих на РЭСИ факторов можно выделить испытания с парциальным и комплексным воздействием объективных факторов. В том случае, когда РЭСИ характеризуется существенно меньшим запасом прочности (механической, электрической, тепловой), для установления его надежности применяется парциальное воздействие того фактора, который приводит к значительному снижению прочности. Если же РЭСИ несущественно различаются по запасу прочности, а смена факторов во время эксплуатации не приводит к выделению доминирующего процесса деградации, целесообразно проводить комплексное воздействие нескольких факторов. Это необходимо также в тех случаях, когда воздействие определяющего фактора совместно с другими эффективнее его одиночного воздействия.