品達高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選試驗

品達高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選試驗

 



 

 

1  高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選的目的和原理 

 

1.1  高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選的目的

    高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選的目的在于發(fā)現(xiàn)和排除產(chǎn)品的早期失效，使其在出廠時便進入隨機失效階段，以固有的可靠性水平交付用戶使用。

1.2  環(huán)境應(yīng)力篩選的原理

    高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選是通過向電子裝備施加合理的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速變成故障，以便人們發(fā)現(xiàn)并排除。

    高低溫試驗箱環(huán)境應(yīng)力篩選是裝備研制生產(chǎn)的一種工藝手段，篩選效果取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平和檢測儀表的能力。施加應(yīng)力的大小決定了能否將潛在的缺陷在預(yù)定時間內(nèi)加速變?yōu)楣收?；檢測能力的大小決定了能否將已被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來，以便加以排除。因此，環(huán)境應(yīng)力篩選又可看作是產(chǎn)品質(zhì)量控制檢查和測試過程的延伸。

 

2  缺陷分類

2.1  通用定義

    產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能稱失效。對可修復(fù)產(chǎn)品通常也稱為故障。對設(shè)備而言，任一質(zhì)量特征不符合規(guī)定的技術(shù)標準即構(gòu)成缺陷。

    絕大多數(shù)電子裝備的失效都稱為故障，以故障原因?qū)ζ溥M行分解可以參閱圖2.1.1。從圖中可知，裝備故障分為偶然失效型故障和缺陷型故障兩大類。人們認為偶然故障表現(xiàn)為隨機失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、裝配工藝缺陷、設(shè)計缺陷引起，元器件缺陷本身又由結(jié)構(gòu)、工藝、材料等缺陷造成，設(shè)計缺陷則包含電路設(shè)計缺陷、結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷、工藝設(shè)計缺陷等內(nèi)容。

 

 

2.2  電子設(shè)備可視缺陷分類

    按照GJB 2082《電子設(shè)備可視缺陷和機械缺陷分類》，從影響與后果方面缺陷分為致命缺陷、重缺陷、輕缺陷；從可視的角度來看，產(chǎn)生缺陷的主要工藝類型有：焊接、無焊連接、電線與電纜、多余物、防短路間隙、接點、印制電路板、零件制造安裝、元器件、纏繞、標記等，其中多數(shù)都可能產(chǎn)生致命缺陷或重缺陷，輕缺陷比較普遍。

    致命缺陷是指對設(shè)備的使用、維修、運輸、保管等人員會造成危害或不安全的缺陷，或可能妨礙某些重要裝備（如艦艇、坦克、大型火炮、飛機、蛋蛋等）的戰(zhàn)術(shù)性能的缺陷。

    重缺陷是指有可能造成故障或嚴重降低設(shè)備使用性能，但又不構(gòu)成致命缺陷的缺陷。

    輕缺陷是指不構(gòu)成重缺陷，但會降低設(shè)備使用性能或不符合規(guī)定的技術(shù)標準，而對設(shè)備的使用或操作影響不大的缺陷。

    可視缺陷是指通過人的視覺器官可直接觀察到的，或采用簡單工具對設(shè)備質(zhì)量特征所能判定的缺陷。

    承制單位的質(zhì)量檢驗人員對大多數(shù)可視缺陷都可以發(fā)現(xiàn)并交有關(guān)部門排除，唯有不可視缺陷需要進行環(huán)境應(yīng)力篩選或其它方法才能被發(fā)現(xiàn)，否則影響產(chǎn)品可靠性。

 

3  高低溫試驗箱篩選應(yīng)力及其效應(yīng)表達式

3.1  常規(guī)篩選與定量篩選

    常規(guī)篩選是指不要求篩選結(jié)果與產(chǎn)品可靠性目標和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。篩選方法是憑經(jīng)驗確定的，篩選中不估計產(chǎn)品引入的缺陷數(shù)量，也不知道所用應(yīng)力強度和檢測效率的定量值，對篩選效果好壞和費用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期失效為目標。篩選后的產(chǎn)品不一定到達其故障率恒定的階段。

    定量篩選是要求篩選的結(jié)果與產(chǎn)品的可靠性目標和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選有關(guān)的主要變量是引入缺陷密度、篩選檢出度、析出量或殘留缺陷密度。引入缺陷密度取決于制造過程中從元器件和制造工藝兩個方面引進到產(chǎn)品中的潛在缺陷數(shù)量；篩選檢出度取決于篩選的應(yīng)力把引入的潛在缺陷加速發(fā)展成為故障的能力和所用的檢測儀表把這些故障檢出的能力；殘留缺陷密度和缺陷析出量則取決于引入缺陷密度和篩選檢出度。定量環(huán)境應(yīng)力篩選關(guān)系式如下：

        D_R=D_IN—F

          =D_IN(1—TS)                         (2-3-1)

        TS=SS×DE                            (2-3-2)

式中：D_R——殘留缺陷密度，平均個/產(chǎn)品；

      D_IN ——裝備引入的缺陷密度，平均個/產(chǎn)品；

      F——境應(yīng)力篩選析出的缺陷量，平均個/產(chǎn)品；

      TS——篩選檢出度；

      SS——篩選度；

      DE——檢測效率。

    在進行定量篩選之前，首先要按照可靠性要求確定殘留缺陷密度的目標值D_RG，然后通過適當?shù)剡x擇篩選應(yīng)力種類及其量值的大小、檢測方法、篩選所在等級等參數(shù)設(shè)計篩選大綱。實施此大綱時，要進行監(jiān)測和評估，確定D_IN、SS、DR的觀察值，并與設(shè)計估計值比較，以便及時采取措施保證實現(xiàn)定量篩選目標，并使之有效。定量環(huán)境應(yīng)力篩選的控制過程請參閱圖2.3.2。

3.2  恒定高溫應(yīng)力

3.2.1  參數(shù)的計算

3.2.1.1  篩選度計算

    設(shè)恒定高溫篩選的應(yīng)力參數(shù)是溫度Tu 、篩選時間t、環(huán)境溫度TE (一般取25℃)，其篩選度SS的表達式為：

　　　　SS＝1－exp[-0.0017(R＋0.6)0.6 t]      (2-3-3)

式中：R＝Tu－TE ＝Tu－25  ——溫度變化范圍，℃；

　　　t——恒定高溫的持續(xù)時間，h。

　　按公式(2-3-1)計算的恒定高溫篩選度數(shù)據(jù)見表2-3- 

 

3.2.2  篩選故障率計算

    恒定高溫篩選時缺陷的故障率表達式如下：

　　λ_D ＝[－ln(1－SS)]/t  　             (2-3-4)

式中：λ_D ——故障率，次／小時；

　　　SS——篩選度;

根據(jù)式(2-3-4)計算的恒定高溫故障率(λ_D )見表2-3-1

表2-3-1 恒定高溫篩選度(SS)和故障率(λ_D )

時間	溫	度	增	量	(	D	t	）	℃
H	0	10	20	30	40	50	60	70	80
10	0.0124	0.0677	0.0991	0.1240	0.1452	0.1639	0.1809	0.1964	0.2108
20	0.0247	0.1808	0.1885	0.2326	0.2693	0.3010	0.3290	0.3542	0.3772
30	0.0368	0.1896	0.2689	0.3278	0.3754	0.4256	0.4504	0.4810	0.5084
40	0.0488	0.2445	0.3414	0.4112	0.4661	0.5114	0.5498	0.5830	0.6121
50	0.0606	0.2956	0.4067	0.4842	0.5436	0.5915	0.6312	0.6649	0.6938
60	0.0723	0.3433	0.4655	0.5481	0.6099	0.6584	0.6979	0.7807	0.7884
70	0.0839	0.3877	0.5185	0.6042	0.6665	0.7144	0.7525	0.7836	0.8093
80	0.0953	0.4292	0.5663	0.6533	0.7149	0.7612	0.7973	0.8261	0.8495
90	0.1065	0.4678	0.6093	0.6963	0.7563	0.8004	0.8339	0.8602	0.8812
100	0.1176	0.5038	0.6480	0.7339	0.7917	0.8331	0.8640	0.8877	0.9063
110	0.1286	0.5374	0.6829	0.7669	0.8219	0.8605	0.8880	0.9097	0.9260
120	0.1394	0.5687	0.7144	0.7968	0.8478	0.8833	0.9087	0.9275	0.9416
130	0.1501	0.5979	0.7427	0.8211	0.8699	0.9025	0.9252	0.9417	0.9539
140	0.1607	0.6251	0.7687	0.8433	0.8888	0.9184	0.9388	0.9532	0.9639
150	0.1711	0.6505	0.7912	0.8628	0.9049	0.9318	0.9498	0.9624	0.9713
160	0.1814	0.6742	0.8119	0.8798	0.9187	0.9430	0.9589	0.9697	0.9774
170	0.1916	0.6962	0.8305	0.8947	0.9325	0.9523	0.9663	0.9757	0.9821
180	0.2017	0.7168	0.8473	0.9077	0.9406	0.9602	0.9724	0.9805	0.9859
190	0.2116	0.7360	0.8625	0.9192	0.9492	0.9667	0.9774	0.9843	0.9889
200	0.2214	0.7538	0.8761	0.9292	0.9566	0.9721	0.9815	0.9874	0.9912
λD	0.0013	0.0070	0.0104	0.0132	0.0157	0.0179	0.0199	0.0219	0.0237

 

3.2.3  恒定高溫應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響

    恒定高溫能激發(fā)的故障模式(或?qū)Ξa(chǎn)品的影響)主要有：

    使未加防護的金屬表面氧化，導(dǎo)致接觸不良或機械卡死，在螺釘連接操作時用力不當或保護涂層上有小孔和裂紋都會出現(xiàn)這種未防護的表面。

    加速金屬之間的擴散，如基體金屬與外包金屬，釬焊焊料與元件，以及隔離層薄弱的半導(dǎo)體與噴鍍金屬之間的擴散；

    使液體干涸，如電解電容和電池因高溫造成泄漏而干涸；

    使熱塑料軟化，如該熱塑料件處于太高的機械力作用下，則產(chǎn)生蠕變；

    使某些保護性化合物與灌封蠟軟化或蠕變；

    提高化學(xué)反應(yīng)速度，加速與內(nèi)部污染物的反應(yīng)過程；

    使部分絕緣損壞處絕緣擊穿。

3.3  溫度循環(huán)應(yīng)力

3.3.1  溫度循環(huán)應(yīng)力參數(shù)

    溫度循環(huán)應(yīng)力參數(shù)有：上限溫度、下限溫度、循環(huán)次數(shù)、溫度變化速率。

3.3.2  溫度循環(huán)應(yīng)力篩選度計算

　　　  SS＝1－exp－0.0017(R＋0.6)^0.6 [Ln(e＋v)]³ ．N       (2-3-5)                                                             

    式中：R=Tu－TL ，——溫度變化范圍，℃；

       　Tu ——上限溫度，℃；

　       T_L ——下限溫度，℃；

　       V ——溫度變化速率，℃／min；

　  　   N ——循環(huán)次數(shù)；

　       e =2.71828，——自然對數(shù)的底。

　　按式(2-3-5)計算的溫度循環(huán)應(yīng)力篩選度見表2-3-2。

  

表2-3-2 　溫度循環(huán)應(yīng)力篩選度

次	速率		溫        度         范         圍       ℃
數(shù)		℃/m		20	40	60	80	100	120	140	160	180
2		5		0.1683	0.2349	0.2886	0.3324	0.3697	0.4023	0.4312	0.4572	0.4809
2		10		0.2097	0.4031	0.4812	0.5410	0.5891	0.6290	0.6629	0.6920	0.7173
2		15		0.3911	0.5254	0.6124	0.6752	0.7232	0.7612	0.7920	0.8175	0.8388
2		20		0.4707	0.6155	0.7034	0.7636	0.8075	0.8407	0.8665	0.8871	0.9037
4		5		0.2998	0.4147	0.4939	0.5543	0.6027	0.6427	0.6765	0.7054	0.7305
4		10		0.4969	0.6437	0.7308	0.7893	0.8312	0.8624	0.8863	0.9051	0.9201
4		15		0.6292	0.7748	0.8498	0.8945	0.9234	0.9430	0.9567	0.9667	0.9740
4		20		0.7198	0.8522	0.9120	0.9441	0.9629	0.9746	0.9822	0.9873	0.9907
6		5		0.4141	0.5222	0.6400	0.7025	0.7496	0.7884	0.8160	0.8401	0.8601
6		10		0.6431	0.7873	0.8603	0.9033	0.9306	0.9409	0.9617	0.9708	0.9774
6		15		0.7742	0.8931	0.9418	0.9657	0.9789	0.9864	0.9910	0.9939	0.9958
6		20		0.8517	0.9432	0.9739	0.9868	0.9929	0.9960	0.9976	0.9986	0.9991
8		5		0.5095	0.6574	0.7439	0.8014	0.8422	0.8723	0.8953	0.9132	0.9274
8		10		0.7469	0.8731	0.9275	0.9556	0.9715	0.9811	0.9871	0.9910	0.9936
8		15		0.8625	0.9493	0.9774	0.9889	0.9941	0.9967	0.9981	0.9989	0.9993
8		20		0.9215	0.9781	0.9923	0.9969	0.9986	0.9997	0.9997	0.9998	0.9999
10		5		0.5898	0.7379	0.8178	0.8674	0.9005	0.9273	0.9405	0.9929	0.9623
10		10		0.8204	0.9242	0.9624	0.9796	0.9883	0.9930	0.9956	0.9912	0.9982
10		15		0.9163	0.9759	0.9913	0.9964	0.9984	0.9992	0.9996	0.9998	0.9999
10		20		0.9585	0.9916	0.9977	0.9993	0.9997	0.9999	0.9999	0.9999	0.9999
12		5		0.6568	0.7994	0.8704	0.9115	0.9373	0.9544	0.9661	0.9744	0.9804
12		10		0.8726	0.9548	0.9805	0.9906	0.9852	0.9974	0.9985	0.9991	0.9995
12		15		0.9490	0.9886	0.9966	0.9988	0.9996	0.9998	0.9999	0.9999	0.9999
12		20		0.9780	0.9968	0.9993	0.9998	0.9999	0.9999	0.9999	0.9999	0.9999

 

3.3.3  溫度循環(huán)應(yīng)力故障率計算                   

　　　　λD = [－Ln (1-SS)] / N                (2-3-6)                             

式中：λD ——故障率，平均次／循環(huán)；

      SS ——篩選度；

      N ——循環(huán)次數(shù)。

各參數(shù)組對應(yīng)的故障率見表2-3-3。

3.3.4  溫度循環(huán)應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響

    使涂層、材料或線頭上各種微細裂紋擴大；使粘接不好的接頭松馳；使螺釘連接或鉚接不當?shù)慕宇^松馳；使機械張力不足的壓配接頭松馳；使質(zhì)量差的焊點接觸電阻加大或開路；粒子污染；密封失效。

表2-3-3  溫度循環(huán)故障率(λ_D )

速  率	溫    度    循    環(huán)    范    圍    ℃
		℃/min	20	40	60	80	100	120	140	160		180
		5	0.0891	0.1339	0.1703	0.2020	0.2308	0.2573	0.2821	0.3055		0.3278
		10	0.1717	0.2580	0.3281	0.3893	0.4447	0.4958	0.5436	0.5888		0.6317
		15	0.2480	0.3726	0.4739	0.5623	0.6423	0.7161	0.7852	0.8504		0.9125
		20	0.3181	0.4779	0.6077	0.7212	0.8237	0.9184	1.0070	1.0906		1.7702