作者：IVAN STRAZNICKY，AARON FRANK

所有用于惡劣國(guó)防和航空航天環(huán)境的商用現(xiàn)貨 （COTS） 硬件供應(yīng)商都堅(jiān)持認(rèn)為他們的產(chǎn)品既可靠又堅(jiān)固。但是，如果沒(méi)有一致的比較基線(xiàn)，系統(tǒng)集成商幾乎不可能客觀地確認(rèn)一種 COTS 產(chǎn)品是否比另一種產(chǎn)品更可靠。VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)集成商提供了這樣的基準(zhǔn)，因?yàn)樗敲绹?guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) （ANSI） 標(biāo)準(zhǔn)。

ANSI/VITA 47 于 2005 年推出，為用于移動(dòng)防御和航空航天應(yīng)用的插入式 COTS 硬件定義了一套嚴(yán)格的環(huán)境、設(shè)計(jì)和施工、安全和質(zhì)量要求。VITA 47 為系統(tǒng)集成商提供了一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，他們可以使用該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保他們正在評(píng)估的 COTS 模塊提供所需的功能，并滿(mǎn)足環(huán)境和耐用性要求。

VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)概述了以下環(huán)境因素的要求：

溫度，包括工作溫度、非工作溫度和高水平的重復(fù)熱循環(huán)

沖擊和振動(dòng)，包括操作條件和工作臺(tái)處理

濕度、海拔和快速減壓

真菌和耐腐蝕性

VITA 47 還包括以下設(shè)計(jì)、構(gòu)造、安全和質(zhì)量要求：

工藝，包括焊接到 IPC 3 類(lèi)、保形涂層符合 IPC B 類(lèi)以及印刷線(xiàn)路板 （PWB） 制造符合 IPC 3 類(lèi)

安全性，包括避免危險(xiǎn)或受限材料的材料限制、符合 EN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）或 UL（美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)范的可燃性以及毒性限制

質(zhì)量符合 ISO 9001 標(biāo)準(zhǔn)

VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)中定義的要求分為類(lèi)內(nèi)的級(jí)別，每個(gè)級(jí)別的測(cè)試要求越來(lái)越嚴(yán)格。要求其嵌入式系統(tǒng)在極端條件下發(fā)揮最佳性能的系統(tǒng)集成商應(yīng)尋求已通過(guò) VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)中最高級(jí)別 COTS 產(chǎn)品。

尋求長(zhǎng)期可靠性

通過(guò) VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)中最高水平的 COTS 產(chǎn)品已被證明可以滿(mǎn)足最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境要求，包括工作溫度、非工作溫度和溫度循環(huán)。對(duì)于流行的傳導(dǎo)冷卻形式，VITA 47 級(jí)別定義為 ECC1 至 ECC4（表 1）。

表 1：用于傳導(dǎo)冷卻模塊的 VITA 47 測(cè)試配置文件。

對(duì)于需要評(píng)估 COTS 產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性的系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)，溫度（熱）循環(huán)測(cè)試尤為重要。即便如此，雖然有證據(jù)表明給定的 COTS 產(chǎn)品已經(jīng)過(guò) VITA 47 ECC4 級(jí)別的測(cè)試并通過(guò)，但系統(tǒng)集成商可以對(duì)產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性充滿(mǎn)信心，但它并不一定能提供預(yù)期壽命的指示。確定電子產(chǎn)品預(yù)期壽命的最佳方法之一是為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)“壽命概況”，然后根據(jù) VITA 47 熱循環(huán)要求評(píng)估該曲線(xiàn)的含義。

壽命概況估計(jì)電子設(shè)備可能經(jīng)歷的各種環(huán)境場(chǎng)景的循環(huán)次數(shù) - 例如，炎熱天數(shù)，寒冷天數(shù)和地面操作天數(shù)。對(duì)于機(jī)載系統(tǒng)，當(dāng)平臺(tái)從地面過(guò)渡到高海拔環(huán)境并再次返回時(shí)，考慮溫度范圍也很重要。然后，可以將循環(huán)總數(shù)轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)循環(huán)次數(shù)和極端溫度的加速熱循環(huán)測(cè)試。

例如，一項(xiàng)對(duì) 11 個(gè)國(guó)防項(xiàng)目的溫度循環(huán)要求的調(diào)查顯示，電子設(shè)備每年必須承受 -55 oC 至 +105 oC 的平均 23 次循環(huán)。VITA 47 C4 測(cè)試要嚴(yán)格得多：它要求電子設(shè)備能夠在 -55 oC 至 +105 oC 的 500 次循環(huán)后保持性能。這意味著，在這種情況下，VITA 47 ECC4 熱循環(huán)要求代表了惡劣環(huán)境中平均防御計(jì)劃大約 21.7 年的使用壽命。

超越 VITA 47

雖然 VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)估產(chǎn)品耐用性和可靠性的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，但即使是最苛刻的熱循環(huán)測(cè)試也無(wú)法提供最終的可靠性證明。理想的方法是將 VITA 47 測(cè)試與一套全面的可靠性分析、測(cè)試和程序相結(jié)合，這些分析、測(cè)試和程序是在設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試 COTS 產(chǎn)品獲得的知識(shí)過(guò)程中開(kāi)發(fā)的。

最佳實(shí)踐規(guī)定，公司應(yīng)在其標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)模塊上運(yùn)行 VITA 47 測(cè)試，驗(yàn)證是否符合 VITA 47 沖擊、振動(dòng)和工作溫度要求，作為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證流程的一部分。這種合規(guī)性測(cè)試涉及將設(shè)備推向VITA 47期望的最壞情況。

事實(shí)證明，VITA 47 是發(fā)現(xiàn)提供最高級(jí)別耐用性和久經(jīng)考驗(yàn)的長(zhǎng)期可靠性的新方法的關(guān)鍵工具之一。例如，測(cè)試過(guò)程和研究工作導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)無(wú)鉛焊接組件與錫鉛焊接組件一樣可靠，如果不是更可靠的話(huà)。此外，還發(fā)現(xiàn)無(wú)鉛焊料可能在未來(lái)為提高可靠性提供機(jī)會(huì)。使用錫鉛技術(shù)時(shí)，較小的焊球和較低的組件支座高度往往會(huì)降低熱循環(huán)可靠性。使用無(wú)鉛焊料，較小的焊點(diǎn)實(shí)際上可以提高可靠性。通過(guò)測(cè)試和研究獲得的這些知識(shí)使組件能夠持續(xù)小型化，同時(shí)提高功能密度，而不會(huì)對(duì)可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。

另一個(gè)例子是PWB互連可靠性的改進(jìn)。并非所有 PWB 都是平等的：PWB 越復(fù)雜，電路板上的互連就越小?；ミB越小，它們就越容易斷裂。PWB設(shè)計(jì)人員和制造商必須了解電子設(shè)備在惡劣條件下隨時(shí)間推移的行為背后的物理原理，以確保互連不會(huì)打開(kāi)或破裂。

通過(guò)研究最低級(jí)別的故障物理場(chǎng)，COTS 供應(yīng)商可以了解如何設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試和制造具有高度可靠互連的 PWB，即使在極其復(fù)雜的高密度互連設(shè)計(jì)中也是如此。

可靠性測(cè)試的結(jié)果揭示了如何在PWB上最好地實(shí)現(xiàn)微孔。有關(guān)互連密度和互連可靠性之間權(quán)衡的詳細(xì)了解使 COTS 供應(yīng)商能夠以超越其他供應(yīng)商通常提供的方式優(yōu)化電路板上的微孔密度和可靠性。

此外，將 VITA 47 測(cè)試與詳細(xì)的調(diào)試和深入的根本原因分析相結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員能夠在故障對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成后果之前識(shí)別并消除故障。捕獲和糾正在嵌入式系統(tǒng)中部署之前可能不會(huì)暴露的設(shè)計(jì)缺陷是廣泛分析和測(cè)試的重要優(yōu)勢(shì)。

尋找高級(jí)可靠性測(cè)試

評(píng)估用于國(guó)防和航空航天系統(tǒng)的 COTS 產(chǎn)品的系統(tǒng)集成商應(yīng)仔細(xì)研究每個(gè)供應(yīng)商的可靠性設(shè)計(jì)、分析和測(cè)試程序。只有投入大量資源、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和時(shí)間來(lái)了解故障的物理特性并將由此產(chǎn)生的知識(shí)系統(tǒng)地整合到其產(chǎn)品中的供應(yīng)商才能提供始終如一的可靠性。VITA 47 標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)集成商提供了一個(gè)基線(xiàn)，通過(guò)該基線(xiàn)可以客觀地比較來(lái)自不同供應(yīng)商的 COTS 產(chǎn)品的可靠性。通過(guò)VITA 47標(biāo)準(zhǔn)最高級(jí)別的產(chǎn)品可在最極端的環(huán)境中提供最高級(jí)別的可靠性。

審核編輯：郭婷