作者：IVAN STRAZNICKY，AARON FRANK

所有用于惡劣國防和航空航天環(huán)境的商用現(xiàn)貨 （COTS） 硬件供應商都堅持認為他們的產品既可靠又堅固。但是，如果沒有一致的比較基線，系統(tǒng)集成商幾乎不可能客觀地確認一種 COTS 產品是否比另一種產品更可靠。VITA 47 標準為系統(tǒng)集成商提供了這樣的基準，因為它是美國國家標準協(xié)會 （ANSI） 標準。

ANSI/VITA 47 于 2005 年推出，為用于移動防御和航空航天應用的插入式 COTS 硬件定義了一套嚴格的環(huán)境、設計和施工、安全和質量要求。VITA 47 為系統(tǒng)集成商提供了一個通用標準，他們可以使用該標準來確保他們正在評估的 COTS 模塊提供所需的功能，并滿足環(huán)境和耐用性要求。

VITA 47 標準概述了以下環(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熱循環(huán)

沖擊和振動，包括操作條件和工作臺處理

濕度、海拔和快速減壓

真菌和耐腐蝕性

VITA 47 還包括以下設計、構造、安全和質量要求：

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

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

質量符合 ISO 9001 標準

VITA 47 標準中定義的要求分為類內的級別，每個級別的測試要求越來越嚴格。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)集成商應尋求已通過 VITA 47 標準中最高級別 COTS 產品。

尋求長期可靠性

通過 VITA 47 標準中最高水平的 COTS 產品已被證明可以滿足最具挑戰(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)。對于流行的傳導冷卻形式，VITA 47 級別定義為 ECC1 至 ECC4（表 1）。

表 1：用于傳導冷卻模塊的 VITA 47 測試配置文件。

對于需要評估 COTS 產品長期可靠性的系統(tǒng)集成商來說，溫度（熱）循環(huán)測試尤為重要。即便如此，雖然有證據表明給定的 COTS 產品已經過 VITA 47 ECC4 級別的測試并通過，但系統(tǒng)集成商可以對產品的長期可靠性充滿信心，但它并不一定能提供預期壽命的指示。確定電子產品預期壽命的最佳方法之一是為產品開發(fā)“壽命概況”，然后根據 VITA 47 熱循環(huán)要求評估該曲線的含義。

壽命概況估計電子設備可能經歷的各種環(huán)境場景的循環(huán)次數(shù) - 例如，炎熱天數(shù)，寒冷天數(shù)和地面操作天數(shù)。對于機載系統(tǒng)，當平臺從地面過渡到高海拔環(huán)境并再次返回時，考慮溫度范圍也很重要。然后，可以將循環(huán)總數(shù)轉換為具有相應循環(huán)次數(shù)和極端溫度的加速熱循環(huán)測試。

例如，一項對 11 個國防項目的溫度循環(huán)要求的調查顯示，電子設備每年必須承受 -55 oC 至 +105 oC 的平均 23 次循環(huán)。VITA 47 C4 測試要嚴格得多：它要求電子設備能夠在 -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)境中平均防御計劃大約 21.7 年的使用壽命。

超越 VITA 47

雖然 VITA 47 標準是評估產品耐用性和可靠性的重要衡量標準，但即使是最苛刻的熱循環(huán)測試也無法提供最終的可靠性證明。理想的方法是將 VITA 47 測試與一套全面的可靠性分析、測試和程序相結合，這些分析、測試和程序是在設計、構建和測試 COTS 產品獲得的知識過程中開發(fā)的。

最佳實踐規(guī)定，公司應在其標準生產模塊上運行 VITA 47 測試，驗證是否符合 VITA 47 沖擊、振動和工作溫度要求，作為標準認證流程的一部分。這種合規(guī)性測試涉及將設備推向VITA 47期望的最壞情況。

事實證明，VITA 47 是發(fā)現(xiàn)提供最高級別耐用性和久經考驗的長期可靠性的新方法的關鍵工具之一。例如，測試過程和研究工作導致發(fā)現(xiàn)無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。此外，還發(fā)現(xiàn)無鉛焊料可能在未來為提高可靠性提供機會。使用錫鉛技術時，較小的焊球和較低的組件支座高度往往會降低熱循環(huán)可靠性。使用無鉛焊料，較小的焊點實際上可以提高可靠性。通過測試和研究獲得的這些知識使組件能夠持續(xù)小型化，同時提高功能密度，而不會對可靠性產生負面影響。

另一個例子是PWB互連可靠性的改進。并非所有 PWB 都是平等的：PWB 越復雜，電路板上的互連就越小?；ミB越小，它們就越容易斷裂。PWB設計人員和制造商必須了解電子設備在惡劣條件下隨時間推移的行為背后的物理原理，以確?；ミB不會打開或破裂。

通過研究最低級別的故障物理場，COTS 供應商可以了解如何設計、分析、測試和制造具有高度可靠互連的 PWB，即使在極其復雜的高密度互連設計中也是如此。

可靠性測試的結果揭示了如何在PWB上最好地實現(xiàn)微孔。有關互連密度和互連可靠性之間權衡的詳細了解使 COTS 供應商能夠以超越其他供應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 測試與詳細的調試和深入的根本原因分析相結合，使設計人員能夠在故障對現(xiàn)場造成后果之前識別并消除故障。捕獲和糾正在嵌入式系統(tǒng)中部署之前可能不會暴露的設計缺陷是廣泛分析和測試的重要優(yōu)勢。

尋找高級可靠性測試

評估用于國防和航空航天系統(tǒng)的 COTS 產品的系統(tǒng)集成商應仔細研究每個供應商的可靠性設計、分析和測試程序。只有投入大量資源、專業(yè)知識和時間來了解故障的物理特性并將由此產生的知識系統(tǒng)地整合到其產品中的供應商才能提供始終如一的可靠性。VITA 47 標準為系統(tǒng)集成商提供了一個基線，通過該基線可以客觀地比較來自不同供應商的 COTS 產品的可靠性。通過VITA 47標準最高級別的產品可在最極端的環(huán)境中提供最高級別的可靠性。

審核編輯：郭婷