電子產品可靠性試驗(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ——隨機振動譜的面積，g 2 ()；　　　t—動時間，min。 隨機振動應力故障率計算 隨機振動應力的故障率計算式如下：　　　　λ D = [－L n (1SS)] / t (2311)式中：λ D —故障率，平均次／h； SS—篩選度；　　　t—時間，h。按照式(239)計算的篩選度和按照式(2311)計算的故障率數值見表235。表235 隨機振動篩選度和故障率時間 加 速 度 均 方 根 值 (g)min 5 .007 .023 .045 .012 .104 .140 .178 .218 .260 .303 .346 .389 .431 .47810 .014 .045 .088 .140 .198 .260 .324 .389 .452 .514 .572 .627 .677 .72315 .021 .067 .129 .202 .282 .363 .444 .522 .595 .661 .720 .772 .816 .85420 .028 .088 .168 .260 .356 .452 .543 .626 .700 .764 .817 .861 .896 .92325 .035 .109 .206 .314 .424 .529 .625 .708 .778 .835 .880 .915 .941 .95930 .041 .129 .241 .363 .484 .595 .691 .772 .836 .885 .922 .948 .966 .979加速度功率譜 密度 g 2/Hz +3db/oct －3db/oct A1 A2 A3 頻率H Z 0 20 80 350 2022 隨機振動譜示意9 / 4535 .048 .149 .275 .409 .538 .651 .746 .882 .878 .920 .949 .968 .981 .98940 .055 .168 .308 .452 .586 .700 .791 .860 .910 .944 .966 .981 .989 .99445 .061 .187 .339 .492 .629 .742 .829 .891 .933 .961 .978 .988 .994 .99750 .068 .205 .369 .529 .668 .778 .859 .915 .951 .973 .986 .993 .996 .99855 .074 .224 .397 .563 .702 .809 .884 .938 .964 .981 .991 .996 .998 .99960 .081 .241 .424 .595 .734 .836 .905 .948 .973 .987 .994 .997 .999 λ D .084 .276 .552 .903 隨機振動應力激發的故障模式或影響 隨機振動應力激發的故障模式或影響與正弦掃頻振動應力相同，但故障機理更複雜，發展故障的速度要比掃頻正弦振動應力快得多，這是由於隨機振動能同時激勵許多共振點的作用結果。 篩選效果對比 溫度應力對比 a) 對恒定高溫應力的分析 恒定高溫篩選的篩選度與溫度增量、篩選時間密切相關，但其量值很小，由表231查得當溫度增量為最大(80℃)、老煉篩選時間最長 (200h)時。恒定高溫的故障率只與溫度增量有關，其值也很小，同樣從表231查得溫度增量最大(80℃)／ h。即為了暴露1個缺陷，用溫度增量為80℃的恒定高溫進行篩選平均需要42個小時。如果按有些產品以45℃ (溫度增量為20℃)高溫進行老煉篩選的話，需要平均老煉100小時才能暴露1個缺陷。因此可見，為了達到消除早期失效的目的，用恒定高溫的老煉篩選時間要很長，不僅篩選效率低下，而且有可能要影響產品的使用壽命。 故障率低和可能影響產品的使用壽命是恒定高溫篩選應力的致命缺點。 b) 對溫度迴圈應力的分析　　溫度迴圈應力的篩選度與溫度範圍、迴圈次數有關，並且與溫度變化速率關係最密切，即溫度升降速率越大，其篩選度也越大。由表232可查得溫度範圍為180℃、迴圈次數為 溫度變化速率為20℃/min時， 。歸一化後其故障率與溫度變化範圍和溫度變化速率成正相關。由表233 可查得,當溫度變化範圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min時溫度迴圈應力的故障率平均 /迴圈，～，因此該應力的故障率相當於平均～ 。 因此，故障率高、篩選效率高、不會影響產品使用壽命是溫度迴圈應力的特點。 c) 溫度應力的比較 由上分析可知，溫度變化範圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min的溫度迴圈應力的故障率是溫度增量為80℃ 的恒定高溫應力的2倍多( )。而且在工程上要實現前者比後者容易得多。溫度增量為80℃的恒定高溫應力要讓產品經受105℃（80＋25）高溫的相當長時間的工作過程，平均42小時才能暴露1個故障。而溫度迴圈應力，通常採用溫度交變試驗箱，此類設備對溫度範圍為80℃ （由－ 35℃變化到＋45℃）、溫變速率為5℃/min的性能參數是最低的要求，輕易便可實現，此應力可使產品平均篩選20小時便可以暴露 1個故障，比恒定高溫應力的篩選效率高很多。　　為了進一步提高溫度迴圈應力的篩選效率，可以通過提高溫度變化率的應力參數來實現。由表232可知，當溫度範圍仍為80℃、溫度變化速率由 5℃/min提高到20℃/min時，其故障率由平均，即平均5個小時便可以暴露1個缺陷。　　當然，溫度交變試驗箱要實現20℃ /min的溫變速率，需要大幅度地增加升降溫系統的功率，甚至要在機械致冷的基礎上加裝液態氮致冷系統及其控制裝置。這需要增加投入。為了提高篩選效率、減少篩選對產品壽命的影響，提高溫變速率是最好的方法，為此而增加投入也是適宜的。 振動應力對比 一般說來，振動應力是定量環境應力篩選方法才採用的應力，它可以暴露溫度迴圈暴露不了的某些缺陷。據統計，對電子設備而言，溫度應力平均可以暴露79％的缺陷，而振動應力平均可以暴露21 ％的缺陷。因此，振動是不可缺少的篩選應力。掃頻正弦振動臺和隨機振動臺都可以作為振動環境應力篩選的設備，但由表234和表235的資料可以比較它們的故障率(即篩選效率 )。10 / 45　　我們按照GJB 1032《電子產品環境應力篩選》標準要求的典型的隨機振動譜()算得，取為7g；設持續時間為5min，、故障率為。同樣設掃頻正弦振動的加速度為7g、持續時間為5min，查表234可得篩選度為、。兩種振動應力的故障率相差甚大，隨機振動是掃頻振動的 33倍！幾種應力的篩選度和故障率的對比見表236。表 236 篩選應力效果對比項 目 恒溫 45℃ 恒溫 105℃ 交變80℃5℃/min交變 80℃20℃ /min掃頻 7g5min隨機 rms7g5/minSS 中等 高 λ D(1/h) H/次故障 100 42 5 2 ()影響壽命 較大 較大 基本不影響 不影響 不影響 不影響試驗設備造價 低 低 較低 較高 低 較高　　當然，只有隨機振動控制設備和與之配套的電磁振動臺才能提供隨機振動應力，其設備價格要比掃頻振動臺昂貴，但是為了提高篩選效率，最大限度地消除早期故障，這個投入還是合算的。 結論 a) 經典的老煉工藝與常規的恒溫篩選對暴露產品的缺陷有一定的作用，但其篩選度和故障率數值很小，效率十分低，需要用相當長的時間才能達到消除早期失效(缺陷 )的效果，因而可能會影響產品的使用壽命，有必要改用定量環境應力篩選方法。 b) 如果採用常溫考機的辦法作為產品出廠的依據，在幾百小時內暴露不了一個缺陷，也說明不了產品的可靠性有什麼樣的水準，此法意義不大。 c) 定量環境應力篩選，需要採用溫度迴圈應力，其效率已比恒定高溫老煉篩選大為提高；就溫度迴圈篩選而言，提高溫變速率又是進一步提高篩選效率、減少篩選對產品使用壽命影響的最佳方法，我們要為此項篩選創造條件。 d) 定量環境應力篩選，需要採用振動應力，其中又可以採用掃頻正弦振動或隨機振動方式，但從篩選效率對比可知，隨機振動方式是最佳的應力。為了提高篩選效率、減少振動應力篩選對產品結構件壽命的影響，應創造條件採用隨機振動方式。4. 環境應力篩選方案設計 設計原則 環境應力篩選試驗方案的設計原則是：使篩選應力能激發出由於潛在設計缺陷、製造缺陷、元器件缺陷引起的故障；所施加的應力不必類比產品規定的壽命剖面、任務剖面、環境剖面；在試驗中，應模擬設計規定的各種工作模式。 根據條件和是否必要來確定常規篩選或是定量篩選；根據不同階段和產品的特徵制訂篩選方案。 研製階段的篩選 研製階段一般按照經驗得到的篩選方法進行常規篩選.，其主要作用是：一方面用於收集產品中可能存在的缺陷類型、數量及篩選方法效果等資訊；另一方面，在可靠性增長和工程研製試驗前進行了常規試驗，可節省試驗時間和資金；同時利於設計成熟快捷的研製試驗方法。 研製階段的常規篩選要為生產階段的定量篩選收集資料，為定量篩選作準備,設計定量篩選的大綱。 生產階段的篩選 生產階段的篩選主要是實施研製階段設計的定量篩選大綱；並通過記錄缺陷析出量和設計估計值的比較，提出調整篩選和製造工藝的措施；參考結構和成熟度相似產品的定量篩選經驗資料，完善或重新制訂定量篩選大綱。這些經驗資料主要有： 故障率高的元器件和元件型號；故障率高的產品供貨方；元器件接收檢驗、測試和篩選的資料；以往篩選和測試的記錄；可靠性增長試驗記錄；其他試驗記錄。 設計依據 依據產品缺陷確定篩選應力.. 影響產品缺陷數量的因素11 / 45 如前所述，產品在設計和製造過程引入的缺陷主要是：設計缺陷、工藝缺陷、元器件缺陷。這些缺陷可歸納為兩種類型，一是固有缺陷，它是存在於產品內部的缺陷，如材料缺陷、外購元器（部）件缺陷和設計缺陷；二是誘發缺陷，它是人們在生產或修理過程中引入的缺陷，如虛焊、連接不良等。這些缺陷的可視缺陷或用常規檢測手段便可發現缺陷，可在生產中被排除；除此之外的缺陷便成為潛在缺陷，構成裝備的早期故障根源。裝備的早期故障一般要經過100小時以內的工作才能暴露，從而被排除。 影響產品缺陷數量的主要因素有： 產品的複雜程度。產品越複雜，包含的元器件類型和數量越多、接頭類型和數量越多，則設計和裝焊的難度越大，設計製造中引入缺陷的可能性越大。同時也增加環境防護設計的難度。 元器件品質水準。元器件品質水準是裝備缺陷的主要來源，元器件品質水準包括品質等級和缺陷率指標兩個方面，後者用PPM表示，一般生產廠要在說明書中表示。這是定量篩選方案設計的重要依據。 組裝密度。組裝密度高，元器件排列擁擠，裝焊操作難度大，易碰傷元器件，工作中散熱條件差，易引入工藝缺陷和使缺陷加速擴大。 設計和工藝成熟程度。設計和工藝的成熟程度的提高，可以大大地減少產品的設計缺陷和工藝缺陷的種類及其數量。一般，在研製階段，在結構設計定型之前，設計缺陷占主導地位；在生產階段，設計缺陷減少，元器件缺陷和工藝缺陷比例增加，並且隨著設計的改進和工藝的不斷成熟，元器件缺陷將占主導地位。 製造程序控制。製造程序控制主要是品質控制，包括採用先進的工藝品質控制標準和管理制度，管理控制得越嚴格，引入缺陷的機會就越少。 環境應力對缺陷的影響 現場環境應力是影響缺陷發展成故障的主要因素。任何缺陷發展成為故障都需要受到一定強度應力經過一定時間的作用，產品只有受到能產生等於或大於閾值的環境應力才能使某些缺陷變為故障；在某些溫和的環境應力中，許多缺陷不會發展為故障。因此，只有選擇能暴露某些缺陷的應力作為篩選的條件，才能達到篩選的目的。常用的應力所能發現的典型缺陷見表241。據統計，溫度應力可篩選出80％的缺陷，振動應力可篩選出20％左右的缺陷。表241 常用應力能發現的典型缺陷溫度迴圈應力 振動應力 溫度加振動應力粒子污染 焊接缺陷元器件參數漂移電路板開路、短路 壓緊導線磨損 硬體松脫晶體缺陷元器件安裝不當 混裝 元器件缺陷錯用元器件 鄰近板摩擦 緊固件問題密封失效 相鄰元器件短路 元器件破損導線松脫 電路板蝕刻缺陷導線束端頭缺陷 元器件粘接不良夾接不當 機械性缺陷大品質元器件緊固不當 根據缺陷分佈確定篩選等級 缺陷分佈缺陷在裝備研製生產的不同階段的類別和分佈是變化的，因此在制定篩選大綱時要根據產品缺陷的分佈確定篩選等級。在研製階段，設計缺陷的比例最大；在生產初期，設計缺陷比例下降，工藝缺陷比例增加，占最大比例；在生產成熟階段，設計和工藝趨於成熟，個人操作熟練，元器件缺陷比例變得最大，此時設計缺陷一般只占5％以下，工藝缺陷在30％以下，而元器件缺陷可占60％以上。表242 是不同裝備在單元或模組組裝等級進行環境應力篩選暴露的缺陷比例，反映了缺陷12 /