Методы испытаний электронных изделий

А. В. МОРОЗ
В. Е. ФИЛИМОНОВ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 

ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Йошкар-Ола

ПГТУ
2022

УДК 621.38(076)
ББК 32.85я73

М 80

Рецензенты:

доцент кафедры электромеханики Марийского государственного 

университета, канд. техн. наук А. И. Орлов;

доцент кафедры радиотехнических и медико-биологических систем 

Поволжского технологического государственного университета,

канд. техн. наук С. А. Охотников

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ

Мороз, А. В.

М 80  
Методы испытаний электронных изделий: лабораторный практикум / 
А. В. Мороз, В. Е. Филимонов. – Йошкар-Ола: Поволжский 
государственный технологический университет, 2022. – 106 с.
ISBN 978-5-8158-2268-9

Представлены теоретические сведения, касающиеся современных методов 
проведения климатических и механических испытаний электронных 
изделий. Приведены содержание и порядок выполнения лабораторных работ 
по дисциплине «Контроль и испытания приборов и устройств электроники 
и наноэлектроники», контрольные вопросы по каждой теме.

Для студентов радиотехнических направлений подготовки.

УДК 621.38(076)

ББК 32.85я73

ISBN 978-5-8158-2268-9
© Мороз А. В., Филимонов В. Е., 2022
© Поволжский государственный 

технологический университет, 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..................................................................................................6

Список сокращений .....................................................................................8

Введение ........................................................................................................9

Лабораторная работа № 1
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ.............................................................11

1.1. Теоретические сведения...............................................................11

1.1.1. Виды вибрации и ее параметры....................................11
1.1.2. Процесс проведения испытаний...................................17
1.1.3. Испытательное оборудование.......................................20
1.1.4. Измерение параметров вибрации.................................24
1.1.5. Пьезоэлектрические преобразователи.........................26
1.1.6. Крепление акселерометров......................................... 28
1.1.7. Виброметр. Структурная схема и принцип работы ..29

1.2. Содержание работы ......................................................................31
1.3. Порядок выполнения работы ......................................................32
1.4. Содержание отчета........................................................................34
1.5. Контрольные вопросы..................................................................34

Лабораторная работа № 2
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА УДАРНУЮ ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ....................36

2.1. Теоретические сведения...............................................................36

2.1.1. Удар и его параметры.....................................................36
2.1.2. Методика проведения испытаний................................37
2.1.3. Испытательное оборудование.......................................39
2.1.4. Измерение параметров ударного импульса................41

2.2. Содержание работы ......................................................................43
2.3. Порядок выполнения работы ......................................................43
2.4. Содержание отчета........................................................................46
2.5. Контрольные вопросы..................................................................47

Лабораторная работа № 3
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
НА ХОЛОДОУСТОЙЧИВОСТЬ.........................................................48

3.1. Теоретические сведения...............................................................48

3.1.1. Воздействие пониженной температуры
на аппаратуру и её элементы................................................ 48
3.1.2. Методика проведения испытаний
на холодоустойчивость.............................................................50
3.1.3. Испытательное и контрольно-измерительное 
оборудование ......................................................................... 50
3.1.4. Устройство, технические характеристики 
и обслуживание шкафа переменной температуры Т25/1.1 ....53

3.2. Содержание работы.......................................................................56
3.3. Порядок выполнения работы ......................................................56
3.4. Содержание отчета........................................................................57
3.5. Контрольные вопросы..................................................................57

Лабораторная работа № 4
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ.............................................................59

4.1. Теоретические сведения...............................................................59

4.1.1. Влияние повышенной температуры на материалы, 
элементы и аппаратуру в целом..............................................59
4.1.2. Методика проведения испытания ................................60
4.1.3. Испытательное и контрольно-измерительное 
оборудование ......................................................................... 61
4.1.4. Статистическая обработка экспериментальных 
данных.........................................................................................69

4.2. Содержание работы ......................................................................72
4.3. Порядок выполнения работы ......................................................73
4.4. Содержание отчета........................................................................74
4.5. Контрольные вопросы..................................................................74

Лабораторная работа № 5
ГРАНИЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ.....76

5.1. Теоретические сведения...............................................................76

5.1.1. Основные понятия метода граничных испытаний....76
5.1.2. Этапы проведения граничных испытаний..................79
5.1.3. Определение частных областей 
безотказной работы...................................................................80
5.1.4. Построение обобщенной области 
безотказной работы ЭС ............................................................81
5.1.5. Корректировка параметров электронного средства..82

5.2. Содержание работы .....................................................................83
5.3. Порядок выполнения работы .....................................................83
5.4. Содержание отчета.......................................................................84
5.5. Контрольные вопросы.................................................................84

Лабораторная работа № 6
МАТРИЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ....86

6.1. Теоретические сведения...............................................................86

6.1.1. Методика проведения матричных испытаний.......... 86

6.2. Содержание работы......................................................................89
6.3. Порядок выполнения работы......................................................89
6.4. Содержание отчета.......................................................................90
6.5. Контрольные вопросы .................................................................90

Заключение..................................................................................................92

Список литературы ....................................................................................93

Приложение 1. Примеры электрических принципиальных схем 
для моделирования.....................................................................................94
Приложение 2. Указания по технике безопасности
при выполнении лабораторных работ ...............................................100

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данный лабораторный практикум по курсу «Испытания и контроль 
качества электронных изделий» предназначен для студентов, 
обучающихся по направлениям подготовки 11.04.04 «Электроника 
и наноэлектроника», 11.04.03 «Конструирование и технология 
электронных средств». Издание может быть полезно также 
для студентов, обучающихся по другим направлениям подготовки: 
12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»; 11.04.01. – «Радиотехника»; 
27.03.04 – «Управление в технических системах»; 
11.04.02 «Информационные технологии и системы связи».

Настоящее издание охватывает вопросы, связанные с проведением 
испытаний электронных приборов как при помощи лабораторных 
испытаний, так и математического моделирования.

Данное издание включает в себя шесть лабораторных работ:
• испытание электронных изделий на виброустойчивость;
• испытание электронных изделий на ударную прочность и 

устойчивость;

• испытание электронных изделий на холодоустойчивость;
• испытание электронных изделий на теплоустойчивость;
• граничные испытания электронных изделий;
• матричные испытания электронных изделий.
Каждая лабораторная работа состоит из двух частей: теорети-

ческой и практической. 

Теоретическая часть содержит всю основную необходимую 

студенту информацию для успешного выполнения и защиты лабо-
раторной работы. 

В практической части представлены содержание и порядок вы-

полнения работы, требования к содержанию отчета по ней. 

Контрольные вопросы, дифференцированные по уровням зна-

ний, позволяют обучающемуся провести самоконтроль усвоения
материала по каждой теме. 

В приложении 1 даны примеры электрических принципиаль-

ных схем для моделирования (по вариантам). Приложение 2 со-
держит правила по технике безопасности, которые необходимо 

знать, а главное – соблюдать при выполнении лабораторных ра-
бот.

Поскольку темы, рассматриваемые в лабораторных работах, 

включают в себя сведения по междисциплинарным отраслям, то 
полное описание всего теоретического материала по этим вопро-
сам в данном издании не представляется возможным, поэтому 
«продвинутые» и интересующиеся студенты посредством изуче-
ния материала из приведенного библиографического списка могут 
более полно погрузиться в ту или иную тему. 

Обучающиеся при выполнении лабораторных работ закреп-

ляют на практике теоретические знания, полученные на лекцион-
ных занятиях и в ходе самостоятельного изучения материала, при-
обретают и закрепляют необходимые практические навыки испы-
тания электронных изделий.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВЧ – высокочастотное (устройство)
ИК – инфракрасное (устройство)
ПИ – программа испытаний
РЭА – радиоэлектронная аппаратура
РЭС – радиоэлектронное средство
СУ – стенд ударный
т.е.д.с. – термоэлектродинамическая сила
ТКЛР – температурный коэффициент линейного расширения
ТУ – технические условия
УУ – ударная установка
УУЭ – ударная установка электродинамическая
ЭИ – электронное изделие
ЭС – электронное средство

ВВЕДЕНИЕ

Контроль выступает средством повышения качества электрон-

ных средств. 

Под качеством электронных изделий (ЭИ) понимают совокуп-

ность свойств, определяющих способность изделий удовлетворять 
заданным требованиям потребителя. Качество ЭИ обусловливает 
их конструктивные, технологические, экономические, эргономи-
ческие и другие параметры. 

Качество как свойство закладывается в процессе разработки и 

изготовления ЭИ, а объективно оценивается в процессе эксплуата-
ции. Однако получаемая при этом информация является, во-пер-
вых, недостаточной, поскольку не все параметры электронного 
средства, необходимые для оценки качества, измеряются в усло-
виях эксплуатации, а во-вторых – запоздалой, так как на изготов-
ление ЭИ уже затрачены большие средства. 

Данная проблема усугубляется по мере дальнейшей микроми-

ниатюризации электронных изделий, когда целые блоки выполня-
ются в виде интегральных схем (ИС), которые являются неремон-
топригодными. 

Испытания как основная форма контроля ЭС представляют со-

бой экспериментальное определение при различных воздействиях 
количественных и качественных характеристик изделий при их 

функционировании. При этом как сами испытываемые изделия, 
так и воздействия могут быть смоделированы.

Цели испытаний на разных этапах проектирования и изготов-

ления электронных изделий различны. 

К основным целям испытания, общим для всех ЭИ, можно от-

нести: 

• выбор оптимальных конструктивно-технологических реше-

ний при создании новых изделий; 

• доводку изделий до необходимого уровня качества; 
• объективную оценку качества изделий при их постановке на 

производство, в процессе производства и при техническом обслу-
живании;

• гарантирование качества изделий при международном това-

рообмене. 

Программа и методы проведения испытаний определяются 

конкретными видом и назначением ЭИ, а также условиями эксплу-
атации. 

В данном лабораторном практикуме представлено, кроме не-

обходимых теоретических сведений, описание методики проведе-
ния наиболее часто проводимых испытаний ЭИ и лабораторного 
оборудования, применяемого при испытаниях. Первые четыре ла-
бораторные работы направлены на получение и закрепление обу-
чающимися практических навыков по проведению испытаний ЭИ. 
Пятая и шестая лабораторные работы посвящены изучению мето-
дов математического и физического моделирования испытаний на
разных этапах разработки электронного изделия.

Лабораторная работа № 1

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 

НА ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ

Цель работы – изучение методик испытаний на виброустой-

чивость виброиспытательного оборудования и контрольно-изме-
рительных приборов, выработка навыков составления программ 
испытаний и их проведения.

1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.1. Виды вибрации и ее параметры

Вибрацией принято называть колебательное движение тела от-

носительно опорного положения равновесия.

В зависимости от характера колебаний различают детермини-

рованную и случайную вибрацию. Детерминированным называют 
процесс, который можно описать математическими соотношени-
ями с высокой степенью приближения. Процессы, протекание ко-
торых во времени не может быть описано аналитическими выра-
жениями, называют случайными.

В свою очередь детерминированная вибрация может быть 

периодической и непериодической.

Периодической вибрацией называют процесс, в котором зна-

чения колебательной величины повторяются через одинаковые 
промежутки времени t в той же последовательности. Периодическая 
вибрация может характеризоваться несколькими колебательными 
величинами одновременно.

К параметрам линейной вибрации относят перемещение, скорость, 
ускорение, резкость, силу, мощность. К параметрам угловой
вибрации – угол поворота, угловую скорость, угловое ускорение, 
угловую 
резкость 
и 
момент 
сил. 
Оба 
вида 
вибрации 

характеризуются также фазой, частотой и коэффициентом нелинейных 
искажений.

Мгновенное значение координаты положения точки при колебательном 
движении называют перемещением и обозначают S(t). 
Первую производную перемещения во времени называют скоростью 
𝑉 =

𝑑𝑠
𝑑𝑡, вторую – ускорением 𝑎 =

𝑑2𝑆(𝑡)

𝑑𝑡2 , третью – резкостью

𝑈 =

𝑑3𝑆(𝑡)

𝑑𝑡3 .

Периодическую вибрацию разделяют на гармоническую и полигармоническую. 
Так как при описании вибрации начальной фазой 
колебаний пренебрегают, то аналитическое выражение для 
гармонической вибрации имеет следующий вид:

𝑆(𝑡) = 𝐴sin2𝜋𝑓𝑡,
(1.1)

где A – амплитуда перемещения,

f – частота колебаний.
Частотный спектр гармонической вибрации состоит из одной 

составляющей амплитуды на данной частоте и называется дискретным 
или линейчатым.

Полигармоническая вибрация может быть представлена как 

сумма ряда гармонических колебаний с различной амплитудой и 
частотой, кратной основной частоте:

𝑆(𝑡) =

𝑎0
2 + ∑
(𝑎𝑛cos2𝜋𝑛𝑓𝑡 + 𝛽𝑛sin2𝜋𝑛𝑓𝑡)
∞
𝑛=1
;
(1.2)

𝑎𝑛 =

2
𝑇 ∫ 𝑆(𝑡)cos2𝜋𝑛𝑓𝑡𝑑𝑡; 𝛽𝑛 =

2
𝑇 ∫ 𝑆(𝑡)sin2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡

𝑇
0

𝑇
0
,

где n = 1,2,… – номер гармоники,

𝛼𝑛, 𝛽𝑛 − коэффициенты Фурье.
При анализе полигармонических вибраций целесообразно 

использовать параметры, непосредственно связанные с энергосодержанием 

колебаний. 
Ими 
являются 
среднее

арифметическое, среднеквадратичное и пиковое значения колебательной 
величины.

Под средним значением понимают среднее арифметическое 

от всех мгновенных значений колебательной величины x(t) за 
период

𝑋0 =

1
𝑇 ∫ 𝑋(𝑡)𝑑𝑡

𝑇
0
.
(1.3)

Среднеквадратичное значение колебательной величины за период 
называют действующим

𝑋д = √1

𝑇 ∫ 𝑋2(𝑡)𝑑𝑡.

𝑇
0
(1.4)

Отношение действующего значения к среднему называют коэффициентом 
формы

𝐾 = 𝑋д

𝑋0

,
(1.5)

а отношение пикового значения к действующему – пикфактором.

𝑙 = 𝑋пик

𝑋д

.
(1.6)

При исследовании полигармонических вибраций указанные 

величины измеряют в определяемом непрерывной совокупностью 
всех частот диапазоне от нижней граничной частоты 𝑓н до верхней 
граничной частоты 𝑓𝛽. Если физическое содержание задачи позво-
ляет разделить рассматриваемый диапазон на участки, то их назы-
вают поддиапазонами или полосами частот. Ширину полосы