По своей конструкции и материалам ТЭО являются достаточно надежными устройствами благодаря тому, что они представляют собой твердотельные тепловые машины, в которых отсутствуют движущиеся части.
Многие ТЭО, в особенности миниатюрные, применяются в ответственных конструкциях, где выход ТЭО из строя может привести к потере изделия, стоимость которого на порядки выше, чем стоимость самого ТЭО. Поэтому к качеству и надежности ТЭО предъявляются очень жесткие требования.
Современные ТЭО имеют высокую надежность, выражающуюся сотнями тысяч часов наработки на отказ. Среднее время наработки на отказ ТЭО компании РМТ составляет не менее 350 000 часов при комнатной температуре. Для отдельных применений РМТ проводились испытания, подтвердившие еще более высокую надежность выпускаемой продукции – более 1 000 000 (1М) часов и частота отказов не более 50 FIT.
РМТ проводит полный спектр испытаний для подтверждения высокой надежности: приемо-сдаточные испытания и квалификационные испытания.
Приемо-сдаточные испытания
Приемо-сдаточные испытания устанавливают качество конкретной произведенной партии продукции. Если эти испытания проводятся на 100 % выпускаемой продукции, то это обеспечивает отбраковку дефектных изделий. Если испытания проводят на выборке из производственной партии, то испытания призваны подтвердить, что качество изделий данной производственной партии не хуже среднего (установленного) уровня.
Непосредственно после изготовления каждая партия ТЭО поступает на приемо-сдаточные испытания, которые включают следующие операции:
-
контроль электрических параметров (электрическое сопротивление на переменном токе RAC, термоэлектрическая добротность Z) и полярности ТЭО;
-
визуальный контроль;
-
контроль геометрических размеров партии;
-
проверка стойкости партии ТЭО к температурному циклированию.
В операциях контроля электрических параметров и визуального контроля производят 100 % проверку ТЭО. Это обеспечивает отбраковку всех дефектных ТЭО по электрическим параметрам и по внешнему виду.
Контроль геометрических размеров и проверку стойкости к циклическим изменениям температуры каждой партии ТЭО производят на не менее 10 % от общего числа изделий в партии. Если хотя бы один из образцов выборки не удовлетворяет требованиям, указанным в конструкторской и технической документации, то вся партия подвергается 100 %-ному контролю с отбраковкой изделий, не соответствующих требованиям ТУ.
|
|
Измерение электрических параметров |
Установка прямых измерений |
Квалификационные испытания
Квалификационные испытания призваны установить или подтвердить качество и надежность производимых изделий. Они должны включать следующие проверки:
-
стойкости к механическим воздействиям;
-
стойкости к воздействиям факторов внешней среды;
-
эксплуатационной надежности изделий (в условиях рабочей нагрузки).
Квалификационные испытания основаны на требованиях Telcordia GP-468-CORE (Reliability Assurance for Optoelectronic Devices).
Методы квалификационных испытаний
Механический удар |
Данный метод описан в стандарте MIL-STD-883L, метод 2002.5, условие A/B. Цель этого испытания является проверка стойкости изделий к одиночным ударам. Образцы ТЭО жестко монтируют на специальном стенде и подвергают воздействию 5 повторяющихся ударов в каждом из шести пространственных направлений (общее количество ударов – 30). Для ТЭО в Telcordia GR-468-CORE рекомендовано условие A (пиковое ускорение 500g, длительность импульса 1,0 мс). В испытаниях на стойкость к вибрации и механическому удару Telcordia GR-468-CORE рекомендует присоединять к холодной стороне ТЭО массу, эквивалентную массе охлаждаемого объекта, для которого предназначен данный ТЭО. Допускается компенсировать отсутствие присоединенной массы при испытаниях более жесткими условиями испытаний. Например, пиковое ускорение 1500g, длительность импульса 0,5 мс вместо условия A, рекомендованного Telcordia GR-468-CORE.
|
Вибрация |
Данный метод задается стандартом MIL-STD-883L, метод 2007.3, условие А. Цель метода – проверка устойчивости изделия к синусоидальной вибрации в установленном диапазоне частот. Образцы ТЭО жестко монтируются на специальном вибростенде и подвергаются синусоидальной вибрации с изменяющейся частотой. Частота вибрации должна меняться приблизительно по логарифмическому закону в диапазоне от 20 до 2000 Гц. Прохождение полного частотного диапазона 20 – 2000 Гц и возвращение к частоте 20 Гц должно осуществляться за время не менее 4 минуты. Цикл должен выполняться не менее четырех раз в каждом из направлений X, Y и Z (всего 12 раз). Пиковое ускорение 20 g.
|
Усилие на сдвиг |
В MIL-STD-883L, метод 2019.10 приведен метод испытаний механической прочности на сдвиг. Цель испытания – проверка механической прочности изделия или его отдельных частей. Испытание заключается в измерении максимального усилия на сдвиг до разрушения изделия или выдерживании заданных усилий и контроля работоспособности изделия после испытания. ТЭО должны выдерживать, по крайней мере, минимальное заданное усилие на сдвиг (1.0Х). Далее требуется проведение испытаний ТЭО при повышенных усилиях (1.25Х) и (2.0Х). В случае разрушения ТЭО при усилиях (1.25Х) или (2.0Х) необходимо визуальное изучение в микроскопе характера разрушения ТЭО. . |
Хранение при повышенной температуре |
В Telcordia GR-468-CORE данный метод регламентирован для ТЭО, однако при этом не дана ссылка на соответствующий метод в стандарте MIL-STD-883L. Цель испытания – определение стойкости ТЭО к повышенной температуре среды. Установленные значения температуры и времени хранения составляют 85°С и 2000 часов. После испытания образцы должны пройти визуальный контроль и проверку работоспособности по критериям Приемо-сдаточных испытаний. |
Температурное циклирование |
Испытания на стойкость к температурному циклированию должны соответствовать стандарту MIL-STD-883L, метод 1010.9. Целью этих испытаний является проверка устойчивости изделий к высоким и низким температурам, а также к резкому переходу между этими температурами. Образцы загружают в специализированную установку, имеющую камеры тепла и холода. Цикл испытаний состоит в выдержке образцов в одной камере при заданной температуре, быстром переносе их в другую камеру и выдержке при другой заданной температуре. Время выдержки образцов в каждой камере должно составлять не менее 10 минут, а время переноса – не более 1 минуты. После проведения испытаний образцы должны пройти визуальный контроль и проверку работоспособности по критериям Приемо-сдаточных испытаний. План квалификационных испытаний ТЭО, приведенный в Telcordia GR-468-CORE, предусматривает следующие значения заданных температур: -40°С (холодная камера) и +85°С (горячая камера). Установленное для испытаний ТЭО количество циклов должно составлять 100 или 500.
|
Проверка электрических и теплофизических параметров ТЭО |
Цель проверки – подтверждение соответствия основных электрических и электрофизических параметров ТЭО: максимального тока Imax, максимального напряжения Umax, максимальной холодопроизводительности Qmax и максимального перепада температуры DTmax расчетным значениям, приведенным в каталоге компании РМТ. Детальное описание метода дается внутренними Техническими условиями РМТ - ТУ 27.90.11-001-68694362-2020.
|
Тест «Включено/Выключено» |
По Telcordia GR-468-CORE обязательным для квалификационных испытаний ТЭО является токовое циклирование при повышенной температуре – «Включено/Выключено», которое описано в MIL-STD-883L, метод 1006. Цель этого метода – подтверждение надежности ТЭО в условиях циклической электрической нагрузки. При этом температура горячей стороны ТЭО составляет 85°С; в режиме «Включено» на ТЭО должен подаваться максимальный ток Imax; в пределах одного цикла время включения ТЭО должно составлять 1,5 минуты, время выключения – 4,5 минуты; количество циклов «Включено/Выключено» – 5000.
|
Прочность присоединения электрических проводов |
Испытания основаны на MIL-STD-883L, метод 2004.7, условие D. Целью метода является проверка прочности крепления присоединительных проводов электрического питания ТЭО. К токовым выводам ТЭО в направлении, перпендикулярном керамическим теплопереходам, прикладывают усилие, равное 2,22 Н. ТЭО считается не выдержавшим испытание, если произошел отрыв любого токового вывода, или произошло отслоение (частичное или полное) металлизации токоведущей дорожки, к которой припаян вывод, от керамического теплоперехода.
|
Проверка электрического сопротивления изоляции ТЭО |
Стандартом Telcordia GR-468-CORE данная проверка для ТЭО не регламентируется, однако она описана в MIL-STD-883L, метод 1003. Цель проверки – подтверждение надежности изоляции внутренней электрической цепи ТЭО от внешних поверхностей теплопереходов. Проверку проводят следующим образом: к ТЭО подсоединяются концы мегаомметра (один конец – на один из электрических выводов ТЭО, второй – поочередно на внешние поверхности теплопереходов ТЭО); подается напряжение постоянного тока (не менее 100 В). ТЭО считается выдержавшим испытание, если величина электрического сопротивления изоляции составляет не менее 500 МОм |
Выбор количества образцов для испытаний
Для расчета объема выборки образцов (SS) в математической статистике принято использовать следующие параметры:
-
доверительная вероятность g;
-
максимально допустимый процент бракованных изделий в партии (LTPD);
-
приемочное число C – максимально допустимое количество отказавших образцов в квалифицируемой партии.
Стандартом Telcordia GR-468-CORE установлено количественное значение этих параметров для каждого метода испытаний. Тогда минимальное допустимое количество образцов в партии SSmin (Sample Size) в случае наиболее жесткой приемки партии – приемочном числе С = 0 (не допускается ни одного отказа ТЭО в партии) составит 22 образца на каждое испытание.
Критерии отказа ТЭО
-
В РМТ применяют следующие критерии отказа ТЭО, рекомендуемые в Telcordia GR-468-CORE (первые два) и из собственного опыта:
-
Увеличение сопротивления по переменному току R термоэлектрического охладителя более чем на 5 % от первоначального значения;
-
Снижение ТЭ добротности ТЭО более чем на 5 % от первоначального значения;
-
изменение эксплуатационных параметров ТЭО за пределы допусков, определенных его спецификацией.