Reliability Management LEVETID OG ELEKTRISKE STRESSORER. side 4-5 AUGUST 2018

Transkript

1 Reliability Management LEVETID OG ELEKTRISKE STRESSORER AUGUST 2018 side 4-5

2 Nyt fra sekretariatet Sommeren er overstået for de fleste, og mange medlemmer har taget hul på andet halvårs aktiviteter. Det har SPM også og ikke bare for de kommende 6 måneder, men de kommende 4 år. STRATEGI Bestyrelsen har - støttet af sekretariatet - taget hul på det kommende strategiarbejde. Strategien tager sit afsæt i den nuværende plan for , hvor mange af indsatsområderne har båret frugt fx MasterClass og studiemedlemsskaber. Strategien vil blandt andet adressere, at mange af vores SPM-medlemmer oplever et øget behov for adgang til specialistviden, og pålidelighed i fremtiden bliver en endnu mere tværgående disciplin, der omfatter både elektronik, software og mekanik. at de som ingeniørstuderende har mulighed for et gratis studiemedlemsskab af SPM. På initiativ fra et SPM-medlem er der nu dannet en ny erfa-gruppe om Strukturel simulering af mekaniske systemer, der holder sit stiftende møde 30. august Vi glæder os til at se jer til efterårets mange SPM-aktiviteter. Susanne Otto og Thomas Bech Hansen Portræt af SPM MASTER- CLASS IV MASTERCLASS IV ER I GANG I foråret 2018 gik MasterClass IV i gang med et nyt hold deltagere. I år er der 14 deltagere fra Danfoss Drives A/S, Grundfos A/S, Oticon A/S, Unomedical A/S og FORCE Technology. MasterClass er en unik mulighed for erfaringsbaseret og praksisnær efteruddannelse indenfor pålidelighed. MEDLEMMER FINDER MEDLEMMER Alle erfa-grupperne er godt i gang med møder, og 31. oktober 2018 afholdes årets store konference Pålidelig produktudvikling baseret på Physics of Failure. Samtidig er vi glade for, at SPM nu har 8 studiemedlemmer. Fremtidens kamp om kompetencer og talenter gør det meget vigtigt for SPM at tiltrække studerende med interesse for pålidelighedsfeltet. Spred gerne budskabet i jeres netværk og fortæl studenterhjælpere i jeres virksomhed, De 5 nyeste SPM-rapporter Der har været stor efterspørgsel efter ældre rapporter, særligt ECR-205 fra 1987, Apparatdesign til vibrations- og chokkrav, som nu fås digitalt og er tilgængelig for SPM s medlemmer. SPM-182: PRODUCT MISSION PROFILING PRACTICAL EXAMPLES OF MISSION PROFILES AND DERIVED TESTS This report is a guide to mission profile process tool from which product requirements accelerated life testing and other relevant tests can be derived as well as serve as input to the development process. Further, the process is demonstrated by practical cases. Susanne Otto og Kim A. Schmidt, DELTA, august SPM-181: PRACTICALLY APPLICABLE RELIABILITY TOOLS A GUIDE WITH PRACTICAL CASES This report is a guide to reliability tools related to different phases of a product s life from the development phase to the field operation phase. It has the form of a handbook enabling the reader to get an overview of reliability tools in a few pages. A number of practical cases of tool application are described. Susanne Otto, Kim A. Schmidt og Jørn Johansen, DELTA, juni SPM-180: RELIABLE PRODUCTS SPECIFICATION AND VALIDATION OF CRITICAL PRODUCT PARTS This report provides guidance on specifying and validating critical product parts emphasizing reliability requirements and aspects. It is intended for situations, where the product part is bought off-the-shelf or where its development is outsourced. Leif Christiansen, Kim A. Schmidt og Henrik Funding Ravn, DELTA, april ÆNDRING AF MEDLEMSKREDSEN 56 fuldt betalende medlemmer og 6 associerede UDMELDELSE Ingen Medlemmer af SPM får rapporter tilsendt som led i medlemskabet. Andre kan købe rapporterne af SPM ved henvendelse til Lisa Engedal Nielsen på tlf eller mail len@force.dk. SPM-179: ACCELERATION FACTORS AND ACCELERATED LIFE TESTING - A GUIDE BASED ON PRACTICAL EXPERIENCES This report describes the basic concepts of acceleration factors, acceleration models and accelerated life testing, as they apply to electromechanical products. A number of practical examples and recommendations are given as well. Anders Bonde Kentved, DELTA, februar SPM-178: GUIDELINE FOR HÅNDTERING AF MSL OG PSL - HÅNDTERING I HENHOLD TIL IPC-JSTD-001, -020, -033 OG -075 Rapporten beskriver vha. flowdiagrammer typiske spørgsmål i forbindelse med komponenthåndtering for udvikler, distributør, indkøb, lager, produktion og service. Hytek, februar HUSK VORES ADGANG TIL cedm S HJEMMESIDE Medlemsafsnittet på cedm s hjemmeside er tilgængeligt for alle SPM-medlemmer: 1. Gå ind på spm-erfa.dk og login på SPM s medlemsafsnit. 2. Vælg links og klik på cedm s logo, som fører til et auto-login. 3. Ignorer beskeder om one-time login og opfordringer til at ændre password. Alle SPM-medlemmer har adgang via samme link og auto-login. SPM MasterClass IV Af Kim Albert Schmidt, FORCE Technology SPM s MasterClass giver nyuddannede ingeniører viden om pålidelighed i praksis. En indsigt som er værdifuld for MasterClass-deltagerne. For at give nybagte pålidelighedsingeniører og -teknikere en god introduktion til pålidelighed og mulighed for at se, hvordan man i andre firmaer arbejder med pålidelighed, søsatte SPM for 5 år siden MasterClass i pålidelighed. Aktiviteten blev så godt modtaget, at det nu er fjerde gang, at SPM kører en omgang MasterClass. Det første møde i dette 4. forløb blev afholdt 17. maj 2018 hos Danfoss i Gråsten, og vi planlægger at være færdige med forløbet i efteråret De 5 firmaer, der er med i denne omgang, er Danfoss Drives A/S, Grundfos A/S, Oticon A/S, Unomedical A/S og FORCE Technology. MasterClass-konceptet bygger på, at en senior fra hver af de deltagende 5 firmaer på skift giver juniorerne en hel kursusdag i det pågældende firma. På den måde kan man både komme bredt rundt om og i dybden med, hvorledes man i de deltagende firmaer arbejder med pålidelighed. SPM s 12 erfa-grupper Oplysninger om hver enkelt erfa-gruppe findes på SPM s hjemmeside P 2 PoF klub 5. Compliance Engineering 6. Pålidelighed 8. Produktionsteknik Eksempelvis bliver der kigget på, hvordan man organiserer sig (hvem har ansvar for hvad), hvilke værktøjer man bruger (FMEA, MCF etc.), hvordan krav om pålidelighed opstår, og hvor de kommer fra, hvordan man rent praktisk udfører validerings- og testaktiviteter, og hvor man kan finde nogle gode kilder til yderligere fordybning. Deltagerne i SPM MasterClass har stort udbytte af forløbet. Under evalueringen af det tredje forløb med SPM MasterClass udtalte en af deltagerne: Ved at deltage i SPM MasterClass har jeg opnået en indsigt i, hvordan andre firmaer arbejder med pålidelighed uden at behøve at skifte job. Og dette er vel egentlig et ønskescenarie for stort set al form for uddannelse! Desuden giver de deltagende juniorer udtryk for, at de får opbygget et godt netværk med ligesindede gennem MasterClass-forløbet. Som senior er det dejligt at se de unge få øjnene op for værdien af et godt og solidt fagligt netværk, som jo er selve ånden i SPM. 9. EMC 10. Miljøprøvning & konstruktion 11. Planlægning og udvikling af produktionstest 13. Termisk rigtig apparatkonstruktion 16. Fejlmekanismer i elektronik 17. HALT/HASS 20. DFMA Design for Manufacturing and Assembly 21. SPM Masterclass 2 3

3 LEVETID OG ELEKTRISKE STRESSORER Af Professor Francesco Iannuzzo, AAU, og Per Thåstrup Jensen, FORCE Technology Elektroniks levetid påvirkes af velkendte stressorer som for eksempel temperatur, fugt og vibrationer. Elektronikkens levetid nedbrydes også af elektriske påvirkninger som store impulsstrømme i komponenter og i værste fald eksplosion eller afbrænding. ELEKTRISK STRESSOR I DEN ELEKTRISKE MISSION PROFILE SAMARBEJDE OM KONKRETE CASES De elektriske stressorer findes i det elektriske brugsmiljø og kan foruden transienter bestå af forstyrrelser i forsyningsspændingen. Begge stressorer udgør en del af den elektriske Mission Profile, som et produkt oplever i sin levetid. Data til mission profile kan for eksempel hentes fra en omfattende logning udført af Dansk Energi, hvor transienter fra samlet 70 års observationstid er dokumenteret siden Nogle produkter gennemlever hele deres liv med meget stabil forsyningskvalitet, mens andre oplever både transienter, forvrænget kurveform og måske tusindvis af tænd/slukoperationer eller spændingsudfald. Gennem en række aktiviteter har både AAU og FORCE Technology arbejdet med at analysere konkrete cases med elektrisk stressor. Fremgangsmåden med at opstille accelerationsmodellen for en varistor er gennemført med transientstrøm som stressor. ACCELERATIONSMODEL OG LEVETIDSBEREGNING Test af pålidelighed og estimering af levetid er meget omkostningstungt. Levetidsestimering ved hjælp af computermodeller er på vej ind, og analysen kan være et fremtidigt værktøj ved udvikling af bl.a. effektelektronik. AAU (Aalborg Universitet) har sammen med industrien i CORPE-samarbejdet udviklet et estimeringsværktøj for state-of-the-art matematisk modellering af elektriske og termiske forhold. Værktøjet kan benyttes til at vurdere de mest betydende stressorer for udslidning af effektelektronik. Værktøjet anvendes på aktive komponenter så som IGBT er og MOSFET s, men udvides nu også med vigtige passive komponenter som sikringer og metaloxid varistorer (MOV er). Påvirkning fra parametre som temperatur, spænding og fugtighed anvendes som mission profile, og modellerne udbygges løbende. Levetidsvurdering af komponenter i effektelektronik udføres med kendskab til accelerationsmodeller, der beskriver indvirkningen fra hver stresstilstand, og aggregerer det samlede slid fra alle disse. Accelerationsmodellerne er udledt fra praktisk gennemførte levetidstests, og kan derfor anvendes med god nøjagtighed for en given komponentopbygning og den tilhørende fysiske fejlmekanisme. 4 For en varistor er det ikke så relevant at se på en evt. lang anvendelsestid. Det er mere relevant at se på, hvor mange events (transienter) af høj amplitude, som varistoren udsættes for. De korte, dynamiske hændelser med stor effekt og stor temperaturstigning er helt dominerende for nedbrydningen af varistoren, mens en fast, nominel forsyningsspænding kun medvirker ubetydeligt. Accelerationsmodellen er derfor nødt til at være baseret på en mission profile bestående af events. Accelerationsmodellen gælder for det meste kun for en enkelt fejlmekanisme. Man behøver mange serier input data og dermed langvarigt testarbejde for at få etableret accelerationsmodeller med både temperatur, impulsstrøm og forsyningsspænding. EN CASE MED TRANSMISSIONSLINJEASPEKTER Figuren nedenfor viser, hvordan dynamikken er ved transientpåvirkning. En transient på 1500 V og 10 μs varighed indkobles i en streng af gadelamper installeret med luftledninger. De farvede kurver viser spændingen over hver af de 9 lamper, der er adskilt med hver 54 m og har hver sin varistor indbygget. Transienten er indkoblet i den ene ende af strengen, så man kunne forvente, at transientamplituden ville falde gradvist langs med lampestrengen. Modelleringen viser dog, at de to sidste lamper udsættes for en højere amplitude på grund af refleksionen fra den uafsluttede ledningsstreng. Dette forhold bør medtages i vurdering af lampernes levetid. Mere simple beregninger viser endvidere, at hvis transientamplituden øges over 2 kv, vil en indbygget smeltesikring (Træg 3,15 A) i hver lampedriver brænde af og frakoble lampen. Sikringen kan ikke udskiftes, så lampen er ude af funktion, indtil en ny lampedriver monteres. Praktisk test er anvendt for at se, hvor mange strømimpulser der skal til at nedbryde en varistor ved en række temperaturer og strømamplituder. På baggrund af testen er der opstillet en matematisk accelerationsmodel. Ved brug af accelerationsmodellen kan levetiden i form af antal strømimpulser beregnes ved forskellige strømme og temperaturer. NY STRESSOR - KENDTE UDFORDRINGER Erfaringerne med levetidsmodel for elektrisk stressor har vist sig at byde på de samme udfordringer som for de klassiske termiske og mekaniske stressorer, bl.a.: Accelerationskurven kan være meget stejl, så der nærmest ingen udslidning sker ved lav strømamplitude, mens destruktion (afbrænding/ eksplosion og dermed en overstress fejlmekanisme) sker ved blot lidt højere strømamplitude. Fig. 1. Simulering af kurveformer ved 1500 V transient i 9 gadelamper. Fotoet til højre viser hotspot på en varistor efter en impuls. 5

4 Foto: Harry Trip, Balver Zinn Cobar. COATING OG NO-CLEAN FLUX Af Kim A. Schmidt og Susanne Otto, FORCE Technology Moderne no-clean flux gør produktionsprocessen lettere, men kan være forbundet med en vis risiko, hvis produktet anvendes i et fugtigt miljø. Coating kan være løsningen til en øget fugtmæssig beskyttelse. Flusmiddel er nødvendig for at sikre en god intermetallisk forbindelse under lodning. Moderne no-clean flux gør produktionsprocessen lettere, men flus-rester på print kombineret med anvendelse i fugtigt miljø er en potentiel risiko. Metal, ionforurening, fugt og potentialeforskel genererer elektrokemisk migration og dendritvækst, der yderligere accelereres, hver gang dugpunktet passeres. HVORNÅR ER DET RELEVANT AT COATE PRINT? Dette spørgsmål har ikke et trivielt og entydigt svar. En korrekt valgt og udført coating kan give en drastisk forbedring med hensyn til elektronikkens chance for at overleve i fugtige omgivelser. Men der er også både økonomiske ressourcer, procesmæssige udfordringer og kvalitetsvalideringsmæssige udfordringer forbundet med coating. Hvis printet ikke er passende rent, inden det coates, kan coatingen faktisk gøre det værre, end hvis man slet ikke coatede. Nyligt afdøde coatingspecialist Harry Trip fra Balver Zinn Cobar mindede de deltagende specialister på seminaret Climatic reliability of electronics om udfordringerne ved at coate elektronik med rester af no-clean flux under sin præsentation på DTU i januar 2017, men han sagde også, at coating af print med no-clean flux trods alt har været gjort i mange år. Coating er ikke the one and only solution for at opnå en høj fugtmæssig robusthed. Det er fx vigtigt at gøre sig klart, hvor i produktet man ønsker at lægge den primære beskyttelse overfor fugt i omgivelserne. Coating kan opfattes som en sidste bastion. Skal alle print coates? Overhovedet ikke. Langt det største antal print, som fremstilles, bruges i produkter og applikationer, hvor der ikke er de store fugt- og forureningsmæssige udfordringer. MILJØER MED FUGTMÆSSIGE UDFORDRINGER Til gengæld er fugtmæssige udfordringer uomgængelige i applikationer, som fx anvendes under disse forhold: Udendørs brug Mobilt brug (hyppige skift mellem indendørs og udendørs brug) Udstyr der konstant er neddyppet under vand. Coating omtales ofte som Conformal Coating. Denne betegnelse dækker over, at selve coating materialet kan tilpasse sig ( conforme ) til omridset af de enkelte komponenter på printet. Ved en egentlig indstøbning ( moulding eller potting ) fylder man som regel et helt hulrum mellem elektronikken og dets omgivende kabinet ( enclosure ) med en passende støbemasse. COATING OMKRING STIKFORBINDELSER Der vil altid være en udfordring ved at coate i nærheden af stikforbindelser, idet man på den ene side ønsker maksimal beskyttelse med coating flest mulige steder, men på den anden side ikke ønsker, at coating materialet kommer ind i selve stikket, hvorved man risikerer at øge kontaktmodstanden, mindske kontakttrykket eller på anden måde forringe eller decideret ødelægge den ønskede elektriske forbindelse. FAGSPECIALISTER DRØFTEDE PÅLIDELIGHED I KØBENHAVN Af Lars Bo Hammer, Brüel & Kjær På ARDC-konferencen blev forskning og teori indenfor pålidelighed på fin vis kombineret med konkrete og anvendelige cases. Deltagerne blev beriget med spændende ny viden og et boost af deres faglige netværk. Ingeniørens Hus i København åbnede dørene til sine flotte omgivelser, da ca. 200 faginteresserede fra hele Europa i april mødtes til pålidelighedskonferencen ARDC Europe. Konferencens indhold bød på en fin kombination af teori, forskning og praksis under overskriften Connecting the Engineering Community. ARDC-konferencen formår på fornem vis at bringe internationale fagspecialister sammen i et forum, hvor man kan høre om den sidste nye forskning inden for pålidelighed og samtidig få indblik i konkrete virksomhedscases om anvendt pålidelighed. Det faglige indhold var opdelt i 3 spor med præsentationer, workshops, tutorials og paneldiskussioner, hvilket betød, at der var noget interessant og relevant for alle både praktikere og teoretikere. Netop det anvendelsesorienterede fokus er ARDC-konferencens styrke, og der var mange gode eksempler blandt indlæggene, man kunne lade sig inspirere af og med fordel tage med sig hjem i bagagen. implementeret et system til predictive maintenance af produktionsudstyr. Udgangspunktet er, at nedetid for produktionsudstyr er en bekostelig affære. Det betyder, at hvis man kan forudsige nedbrud af en komponent og planlægge at udskifte den, før nedbruddet sker, så er der mange penge at spare. Virksomheder kan med fordel lade sig inspirere af TetraPak AB s case ved at opsamle og analysere historiske data om fejlrater og nedbrud på deres produktionsudstyr. Denne form for fejlrateanalyse kan give et godt input til det forebyggende vedligehold af ens produktionsapparat. Man kan samtidigt proaktivt bygge målesensorer ind i sit udstyr, som giver early warnings og dermed mulighed for udskiftning af slidte dele, før et ikke-planlagt nedbrud forekommer. Et andet spændende indlæg kom fra Peter de Place Rimmen fra Danfoss A/S om etablering af learning loops fra markedet tilbage til designfasen. Ved aktivt at opbygge formelle learning loops fra markedsførte produkter, kan man bringe værdifuld læring fra markedet tilbage til produktudvikling og produktion og derved konstant forbedre ens produkter. SPM var også formelt repræsenteret på ARDC, som én af 6 udvalgte udstillere. SPM s stand var en god anledning til at vise fagspecialister fra hele verden, hvem SPM er og derigennem skabe grobund for nye samarbejder og kontakter. Blandt de øvrige udstillere var CORPE-Ålborg Universitet og HBM Prenscia. Se mere på om ARDC-konferencen, foredragsholderne og deres indlæg på Et emne, der er meget oppe i tiden, er preventive maintenance. TetraPak AB holdt et interessant indlæg om emnet, hvor de fortalte, hvordan de har 6 7

5 En bestseller bliver tilgængelig for SPM s medlemmer Genoptryk af ECR-205 "Design til vibrations- og chokkrav". Der har været stor efterspørgsel efter ældre rapporter, særligt ECR-205 Design til vibrationsog chokkrav, der er en af de bedst sælgende ECR-rapporter (ElektronikCentralen Rapport) med 3 oplag. Derfor bliver denne og andre udvalgte rapporter gjort tilgængelige for SPM s medlemmer. Der findes et utal af lærebøger om vibration og chok, som blandt andet bruges ved uddannelse af ingeniører. Men når man studerer disse lærebøger, mødes man af en uendelig række af lange formler, integraler og grafer med underlige akser. Man får måske det indtryk, at det med vibration og chok er vældig kompliceret og ikke til at forstå for almindeligt dødelige ingeniører, der skal bruge resultaterne til noget så praktisk som at svare på: Hvordan skal jeg designe mit produkt, så det kan holde til de givne vibrations- og chokkrav? ret store gab mellem teori og praksis. For selvom der nok ikke findes en formel i ECR-205, som ikke også kan findes i en lærebog, forstår ECR-205 alligevel at gemme den langhårede fysik bag nogle ret enkle formler med en meget praktisk vinkel på input og output. Desuden indeholder den en lang række praktiske guidelines i form af checklister, enkle grafer med overbliksværdier og et par beregningseksempler. ECR-205 blev udarbejdet for over 30 år siden og er skrevet på dansk. Selvom der ikke er væsentlige ændringer i selve formlerne, kan man alligevel godt se på beskrivelserne af de praktiske eksempler, at der er sket en vis udvikling af elektronikken i de sidste 30 år. Derfor er der efterspørgsel efter en opdatering af ECR-205 og meget gerne i en engelsk udgave denne gang. Måske det kan blive emne for et kommende SPM-projekt. SPM s bestyrelse Jørn Landkildehus Formand Danfoss Drives A/S Søren Valentin Stentoft Næstformand Oticon A/S Lars Bo Hammer Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Lars Rimestad Grundfos A/S Lisbeth Reindel Brüel & Kjær Tommy Vestermark Terma A/S Frede Blaabjerg Aalborg Universitet Der er ingen tvivl om, at vibration og chok er kompliceret, når man skal helt til bunds i emnet. Men det er nok her, at ECR-205 rammer lige ned i det Hvem er SPM SPM er en forening for elektronikvirksomheder, komponentleverandører og for de mange virksomheder, der benytter elektronik i deres produkter. Medlemmerne udgør et nordisk netværk, der udveksler erfaringer og igangsætter fælles undersøgelser. Deltagelse i SPM skaber et stærkt og vigtigt fundament for virksomhedernes bestræbelser på at være konkurrencedygtige, at sikre markedsadgang og at sikre produktsikkerheden. FORENINGENS HOVEDAKTIVITETER Erfaringsudveksling i erfa-grupper, hvor de enkelte virksomheders specialister indenfor gruppens tema mødes tre-fire gange årligt og holder hinanden ajour med den nyeste udvikling indenfor deres specialområde. Gennemførelse af SPM-projekter, hvor projekterne finansieres via kontingentet, evt. suppleret med midler fra fonde o.a. SPM-projekter gennemføres prioriteret efter medlemmernes ønsker. Forslagene formuleres i reglen direkte i erfa-grupperne, og bestyrelsen igangsætter de projekter, der skal gennemføres. Kontingentet udgør årligt DKK 8.000,- samt DKK 1.000,- pr. erfa-gruppeplads. En kontingentstruktur der sikrer, at de der har størst gavn af foreningen betaler mest. Yderligere oplysninger om foreningen findes på SPM s hjemmeside Her er desuden en oversigt over eksisterende erfa-grupper og en fortegnelse over SPM s medlemsvirksomheder samt rapporter, der er udgivet. Rapporterne sendes automatisk til kontaktpersonen hos medlemsvirksomhederne. Kontakt vores sekretariat, hvis du ønsker at vide, hvem der er kontaktperson i din virksomhed. Ekstra rapporter kan købes hos SPM s sekretariat. Reliability Management SPM Magasinet Udgives af: SPM, Reliability Management SPM s Sekretariat FORCE Technology Venlighedsvej Hørsholm Tlf.: spm@force.dk Hjemmeside: Redaktør: Nanna Bastved Layout: Sune Nordtorp Jørgensen Tryk: FORCE Technology Oplag: 500 stk. 8