実践的な信頼性加速試験の進め方と寿命予測法

~ 加速試験の実践的進め方とそのポイント、解析手法、設計、寿命予測に活かす信頼性確保技術 ~

・実務に活かすための加速試験、余寿命予測の解析手法とポイントを学ぶ実践講座!

・最も過酷な使われ方をする車載電装部品の実例を基にした信頼性加速試験を実践的にわかりやすく解説し、実務に活かすための特別セミナー! 

・講師の長年の実務経験による泥臭い実務事例、手法を習得し、問題解決、設計、評価に活かそう!

講師の言葉

 本講座は、効率的な加速試験の進め方と、寿命予測についてそのポイント、解析手法ついてなどについて自動車電装部品からの事例に基づいて実践的にわかり易く解説するものである。
 自動車部品は世の中で過酷な使われ方をする部品のうちのひとつである。材料的に見ると車室内では-40~85℃、エンジンルームはー40~120℃でこれは材料などから見たら一般材の限度いっぱいで使うということであり、電気的には車両の電源電圧は5~13Vまでの変動に対応しうるものでなければならず、結露、雨水、日光、砂塵、振動といった環境条件の厳しさもある。自動車部品ではこれを10年以上の期間、信頼性を確保することが絶対条件になってくる。そのための加速係数の求め方について多角面からの加速係数の求め方をデータ、写真、図を多用して事例をもとにして解説をする。
 また、この加速係数は相対値であるから基準点が定まれば各種の定数がわからなくても求めることができる。それに対して寿命値は絶対値であるので各種の定数がわかってこないと寿命予測はできない。それらを求めるのには市場のデータを収集、解析して実験室で複数条件での限界試験をしなければならず、それには膨大な労力と時間が必要になる。
 大体、大多数の方々の現場では市場データがわかっていないことがほとんどである。
 こうした現場で苦しんでいる方々により実践的なやりかたを事例、データ、図、写真をできるだけ折り込んで解説する。

セミナー詳細

開催日時
  • 2019年03月25日(月) 10:30 ~ 17:30
開催場所 日本テクノセンター研修室
カテゴリー 電気・機械・メカトロ・設備品質・生産管理・ コスト・安全
受講対象者 ・技術、設計、生産技術、製造、品質管理、品質保証の技術者、管理者
予備知識 ・ワイブル解析、累積ハザード解析の概念は知っているのが望ましい
修得知識 ・加速試験のモデル式とその応用のしかた
・実践的な加速試験の各種のやりかた
・故障モード別の故障モデル式
・加速係数のもとめかたと寿命予測のしかた
・試験の目的にあわせた正しい試験のやり方
・設計への展開のしかた(規格、設計法、試験法)
プログラム

1.加速試験とは
 (1).特性保証・動作保証・故障モード保証
 (2).市場再現性と加速性
 (3).限界試験

2.加速試験の成り立つ条件と制約条件
 (1).故障モード変曲点
 (2).プラスチック材料・金属材料それぞれの物性と故障モード変曲点

3.加速試験のもとになっている故障モデル

4.加速試験の種類と考え方
 (1).ストレス加速
 (2).頻度加速
 (3).判定加速

5.寿命予測のやり方
 (1).劣化の定義、尺度とその測定のしかた
 (2).寿命の基本的な考え方
 (3).寿命をもつ電子部品の寿命のモード
 (4).市場データからの外挿法
 (5).ファーストフェイラーポイント法
 (6).故障理論式から導き出す法
 (7).材料データから導き出す法
 (8).市場戻入品からの劣化度測定をもとにして導き出す法

6.加速係数ならびに寿命のもとめ方の実施例
 (1).ポリエステル被覆銅線の耐湿寿命
  温度湿度の試験条件で複数点での限界試験からワイブル解析で形状パラメータmを導いたのち、蒸気圧則に乗っ取って加速係数を求める。試験データの加速係数を求めたあと、市場での基準点としたい温湿度(蒸気圧)に対する寿命を外挿法で求める法を解説する。プラスチック樹脂、ゴムな、シート部品の耐湿寿命の加速係数、寿命予測に展開できる事例として紹介する。

 (2).はんだ接続熱疲労寿命
  はんだ接続のクラックは自己発熱を含む温度の変動ΔTで決まり、その繰り返しで熱疲労劣化していく。そのうち、幾つかのやりかたを示す。一つは熱衝撃試験のΔTを変えてクラックを判定条件にした試験を複数条件で実施してワイブル解析、温度変化ΔTに対する加速係数を求める。もう一つははんだのクラックはSnの拡散による組織の粗大化と関係があり、はんだ組織の大きさが同じ損傷度の試験条件の比率で加速係数を求める。さらにもう一つははんだ材の温度サイクル試験でかかるひずみとクラックを生ずるサイクル数との材料データを実施しておき、基板実装したはんだ部位の温度ひずみを測定して寿命推定法を示す。

 (3).プリント基板熱疲労寿命
  積層板の銘柄ごとに熱衝撃試験並びに湿度試験の試験結果と積層板の材料物性(線膨張係数、吸水率、ガラス転移点)を突き合わせてみることにより、熱衝撃寿命並びに耐湿寿命に大きく影響する材料物性とその限界値をつかむ法を解説する。このやりかたは、成形樹脂、金属材料、接点材料などの材料の材料物性と部品化した後の部品の試験結果と対比して影響の大きい材料物性をつかむ時にも展開ができる。

 (4).プリント基板耐結露寿命
  結露サイクル試験はなかなか再現性に乏しい、制御が難しい試験法である。これを確実に代用する滴水試験があるが、結露サイクル試験と滴水試験との間には加速が成り立ち、その加速係数を求めている。

 (5).プラスチック樹脂耐熱寿命
  プラスチック樹脂の耐熱寿命は過酷温度条件での80%強度、80%絶縁抵抗などの測定点のデータを複数打点して直線化したS-N図に基づき、市場で実際に使われる温度に対する寿命を推定する。プラスチック樹脂の銅線への薄膜皮膜を形成したポリウレタン皮膜銅線も厚い、薄いはあるもののプラスチック樹脂の劣化として適用できる。また、市場で使われるある一点の温度の寿命(点推定)並びにある温度変動範囲のある場合の寿命(区間推定)のやりかたも示す。

 (6).ゴム劣化寿命
  ゴムの劣化は酸化劣化、オゾン劣化が代表的なものであるが、そのうち酸化劣化(熱劣化)についてのゴム種類ごとの寿命予測(実験式)を示す。

 (7).めっきの腐食寿命
  めっきは市場で発生している故障モードを再現させる試験条件を模索することがまず大事なことである。市場ではありえないようなぼろぼろになる腐食を起こさせることは簡単なことであるが、それで市場故障と再現性があるかといえばそうではない。中性塩水噴霧試験、酸性塩水噴霧試験、塩水噴霧・乾燥・湿潤サイクル試験での試験結果を比較してめっき皮膜寿命を解説する。

 (8).めっきの硫化寿命    
  めっきの硫化についても同じことがいえる。めっきの硫化試験では単一ガス試験でなく、混合ガス試験が硫化皮膜を大きく形成させ、市場との再現性もあるとされている。そういう意味で濃度加速ではなく、混合ガスでの加速をする法を解説する。

 (9).リレー、スイッチの繰り返し動作寿命
  リレー、スイッチの電気的寿命については接点開閉部の寿命につきるといってよい。接点の寿命は消耗・移転・溶着の故障モードでいずれもとらえる時期の差で起こる故障のモードが変わるだけである。この寿命を決める因子はアーク(温度、持続時間)、開閉頻度であり、アークは負荷(種類、電圧、電流)である。これらの寿命は頻度加速法で実施される。

(10).パワーデバイス繰り返し寿命
  パワーMOS-FETは負荷のON/OFFが繰り返されることによりアルミ二ウムワイヤの根元部に応力集中してセルが破壊、リークを起こしながら熱破壊に向かって劣化が進んでいく。ON条件でのPN接合部での温度とOFF条件との温度差ΔTをパラメータにパワーサイクル試験をするとパワーサイクルに対する寿命曲線が得られる。

(11).コンデンサ劣化寿命
  コンデンサの種類別の高温寿命に対する寿命予測式を解説する。アルミ電解コンデンサでは温度、電圧、リップル率で内部発熱が始まり、電解液がガス化して内圧が高まっていくと早くにドライアップすることになる。10℃2倍則はここからきた寿命予測式である。

(12).セラミック振動子温度サイクル寿命
  セラミックで構成される振動子は温度変動が繰り返されると分極がとけ、インピーダンス特性が変化、共振抵抗が上昇するという劣化が起こっていく。温度差ΔTと温度サイクル数によって寿命が決まっていく。

(13).バリスタ耐サージ寿命
  バリスタはサージ電流がかかるとある一定以上の電流は自らの自己発熱で吸収して後段回路への電流の流れ込みを止める。繰り返しのサージ電流(電圧)がかかると熱が発生することにより、セラミック組織の分極がとけ、バリスタ電圧が低下、劣化していく。サージ電流、サージ波尾長に対するメーカの耐久回数データからサージエネルギーに対するS-N図に置き換える事例を紹介する。

(14).センサ温冷浴寿命
  投光素子を組み込んだ光電スイッチの耐水寿命を追求した事例を解説する。ここでは多数の加速因子が考えられる中でまず田口メソッドをつかって要因を絞り込んだのちその影響度の高い因子での試験条件で試験を実施して市場データと比較して形状パラメータmの比較、解析と加速係数を追求したやりかたを解説する。

(15).フィルムコンデンサ熱劣化
  フィルムコンデンサの誘電体であるフィルムの熱劣化はプラスチック樹脂熱劣化と同じ展開ができる。その寿命推定のやりかたを解説する。

(16).フィルムコンデンサ裂け目劣化ならびに積層セラミックコンデンサ割れ劣化
  割れ、裂け目といった欠陥を製造プロセスで内在させると湿度劣化によってリークに繋がっていく。その寿命推定のやりかたを解説する。

(17).炭素皮膜抵抗電食劣化
  炭素皮膜抵抗は湿度と電界強度で炭素皮膜が消失していく。これはマイグレーション寿命とも似た故障の起こり方でもある。その寿命推定のやりかたを解説する。

(18).炭素皮膜抵抗パルス劣化
  炭素皮膜抵抗にパルスが加わるとジュール熱で炭素皮膜が消失していく。これはバリスタのサージ劣化に似た故障であり、その寿命推定のやりかたを解説する。

(19).LED熱疲労劣化
  LEDの樹脂は透光性を主たる選定のポイントにするがゆえに耐熱性、耐湿性では多々問題を引き起こす。ワイヤ切れと線膨張係数との関係を突き詰めた事例からその寿命推定のやりかたを解説する。

7.試験法の生い立ちと加速データの実用試験への展開

8.故障モード別モデル式
 (1).プラスチック樹脂/ゴム材料/金属材料における故障モードに対する故障モデル式
 (2).半導体/コンデンサ/抵抗/LEDの故障モードに対する故障モデル式
 (3).モータ/コイル/コネクタ/表示管/電球における故障モードに対する故障モデル式
 (4).半田接続/プリント基板における故障モードに対する故障モデル
 (5).振動・衝撃の市場データ測定と時系列解析、スペクトル解析、頻度解析並びにS-N則、最大値分布
 (6).ノイズ・サージの市場データ測定と時系列解析並びに最大値分布

9.設計への展開
 (1).試験規格
 (2).寿命の定義
 (3).ボトルネックを把握した設計
 (4).余裕度設計
 (5).信頼性設計と安全設計 
 (6).マイコン暴走予防設計
 (7).熱設計
 (8).結露予防設計
 (9).振動予防設計

キーワード 信頼性 加速試験 加速係数 試験規格 車 自動車部品 故障 寿命予測 プリント基板 疲労寿命 予防設計 放熱設計 安全設計 寿命設計 半導体 はんだ 車載 品質管理 品質保証 樹脂耐熱 劣化 熱疲労
タグ 信頼性・故障解析はんだプリント基板基板・LSI設計自動車・輸送機電子機器電子部品電装品LSI・半導体
受講料 一般 (1名):48,600円(税込)
同時複数申込の場合(1名):43,200円(税込)
会場
日本テクノセンター研修室
〒 163-0722 東京都新宿区西新宿2-7-1 小田急第一生命ビル(22階)
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- 東京メトロ丸ノ内線「西新宿駅」から徒歩8分
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