Use of stress screening in electrical system production quality control

Abstract

The contemporary complex electrical and electronic systems set high demands on production quality control to enable meeting customer expectations and to minimize costs caused by field failures. Product reliability in the context of safety-critical systems is particularly essential.

This thesis studied the applicability of highly accelerated stress screening (HASS) for an electrical system manufacturer to improve quality and reliability of products. The objective was to find cost-effective screening methods by using published literature and prior research conducted by the Manufacturer. Screen proofing was not within the scope of this thesis.

A study was conducted on HASS and related topics of product reliability, environmental stresses and economic considerations of screening based on literature to allow for an understandable report. HASS was then applied on an industrial system in a case study. The current state of system reliability was analyzed and suitable methods and product levels of stress screening were mapped to enable improvement. Based on the information initial stress screening profiles were defined for the case products and present and proposed production testing processes were compared. Proposals were given on how to proceed with screening specifications.

From the results HASS was found to be capable of improving product reliability and quality. The determination of reliability objectives for the products, the quality of failure analyses and the verification of product monitoring ability were recognized as the most important opportunities of development.

Nykyaikaiset monimutkaiset sähköiset ja elektroniset järjestelmät asettavat korkeat vaatimukset tuotannon laadunvalvonnalle, jotta tuotteet vastaavat käyttäjien odotuksia ja asennuksen tai käytön aikana ilmenneiden vikojen kustannukset pysyvät mahdollisimman alhaisina. Tuotteiden luotettavuus on erityisen oleellista turvallisuuskriittisten järjestelmien kohdalla.

Opinnäytetyössä tutkittiin vahvasti kiihdytetyn rasitusseulonnan (highly accelerated stress screening, HASS) sovellettavuutta erään sähköjärjestelmän valmistajan tuotteiden laadun ja luotettavuuden parantamiseen. Tavoitteena oli löytää tehokkuuden ja taloudellisuuden osalta tasapainotetut seulontamenetelmät hyödyntämällä julkaistua kirjallisuutta sekä valmistajan omia aiempia tutkimuksia. Seulonnan koestus oli rajattu työn ulkopuolelle.

Työssä koostettiin kirjallisuuteen perustuva HASS-tutkimus, jossa käsiteltiin ymmärrettävän lopputuloksen vuoksi myös aiheeseen läheisesti liittyviä muita asiakokonaisuuksia. Lisäksi menetelmiä sovellettiin teolliseen järjestelmään tapaustutkimuksessa. Järjestelmän luotettavuuden nykytila analysoitiin ja soveltuvat testimenetelmät ja tasot, joilla tuote tulisi testata, kartoitettiin. Tuloksina määriteltiin alustavat rasitusseulontaprofiilit kohdetuotteille sekä vertailtiin nykyisen ja ehdotetun tuotantotestauksen ominaisuuksia. Seulonnan käytännön määrittelyyn annettiin ohjeita jatkoa varten.

Tulosten perusteella todettiin, että tuotteiden luotettavuutta ja laatua on mahdollista parantaa HASS-menetelmillä. Tärkeimmiksi kehityskohteiksi määriteltiin tuotteiden luotettavuustavoitteiden selvittäminen, vikaantumisanalyysien tarkentaminen sekä testinaikaisen valvontakyvyn varmistaminen.