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1、1 环境应力筛选试验 1 环境应力筛选的目的和原理 1.1 环境应力筛选的目的 环境应力筛选的目的在于发现和排除产品的早期失效，使其在出厂时便进入随机失效阶段，以 固有的可靠性水平交付用户使用。 1.2 环境应力筛选的原理 环境应力筛选是通过向电子装备施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成 故障，以便人们发现并排除。 环境应力筛选是装备研制生产的一种工艺手段，筛选效果取决于施加的环境应力、电应力水平 和检测仪表的能力。施加应力的大小决定了能否将潜在的缺陷在预定时间内加速变为故障；检测能 力的大小决定了能否将已被应力加速变成故障的潜在缺陷找出来，以便加以排除。因此，环境应力 筛选
2、又可看作是产品质量控制检查和测试过程的延伸。 2 缺陷分类 2.1 通用定义 产品丧失规定的功能称失效。对可修复产品通常也称为故障。对设备而言，任一质量特征不符 合规定的技术标准即构成缺陷。 绝大多数电子装备的失效都称为故障，以故障原因对其进行分解可以参阅图2.1.1。从图中可 知，装备故障分为偶然失效型故障和缺陷型故障两大类。人们认为偶然故障表现为随机失效，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、装配工艺缺陷、设 计缺陷引起，元器件缺陷本身又由结构、工艺、材料等缺陷造成，设计缺陷则包含电路设计缺陷、 结构设计缺陷、工艺设计缺陷等内容。 结构 工艺 材料 电
3、路设计 结构设计 工艺设计 缺陷 缺陷 缺陷 缺陷 缺陷 缺陷 元器件缺陷 设计缺陷 原材料 装配工艺 缺陷 缺陷 缺陷型故障缺陷型故障 偶然失效型故障偶然失效型故障 电子装备故障电子装备故障 图2.1.1 电子装备故障原因分解示意 2.2 电子设备可视缺陷分类 按照GJB 2082电子设备可视缺陷和机械缺陷分类，从影响与后果方面缺陷分为致命缺陷、 重缺陷、轻缺陷；从可视的角度来看，产生缺陷的主要工艺类型有：焊接、无焊连接、电线与电缆、 多余物、防短路间隙、接点、印制电路板、零件制造安装、元器件、缠绕、标记等，其中多数都可 能产生致命缺陷或重缺陷，轻缺陷比较普遍。 致命缺陷是指对设备的使用、维
4、修、运输、保管等人员会造成危害或不安全的缺陷，或可能妨 碍某些重要装备（如舰艇、坦克、大型火炮、飞机、导弹等）的战术性能的缺陷。 重缺陷是指有可能造成故障或严重降低设备使用性能，但又不构成致命缺陷的缺陷。 轻缺陷是指不构成重缺陷，但会降低设备使用性能或不符合规定的技术标准，而对设备的使用 或操作影响不大的缺陷。 可视缺陷是指通过人的视觉器官可直接观察到的，或采用简单工具对设备质量特征所能判定的 缺陷。 承制单位的质量检验人员对大多数可视缺陷都可以发现并交有关部门排除，唯有不可视缺陷需 要进行环境应力筛选或其它方法才能被发现，否则影响产品可靠性。 3 筛选应力及其效应表达式 3.1 常规筛选与定
5、量筛选 2 常规筛选是指不要求筛选结果与产品可靠性目标和成本阈值建立定量关系的筛选。筛选方法是 凭经验确定的，筛选中不估计产品引入的缺陷数量，也不知道所用应力强度和检测效率的定量值， 对筛选效果好坏和费用是否合理不作定量分析，仅以能筛选出早期失效为目标。筛选后的产品不一 定到达其故障率恒定的阶段。 定量筛选是要求筛选的结果与产品的可靠性目标和成本阈值建立定量关系的筛选。定量筛选有 关的主要变量是引入缺陷密度、筛选检出度、析出量或残留缺陷密度。引入缺陷密度取决于制造过 程中从元器件和制造工艺两个方面引进到产品中的潜在缺陷数量；筛选检出度取决于筛选的应力把 引入的潜在缺陷加速发展成为故障的能力和所
6、用的检测仪表把这些故障检出的能力；残留缺陷密度 和缺陷析出量则取决于引入缺陷密度和筛选检出度。定量环境应力筛选关系式如下： DR=DINF =DIN(1TS) (2-3-1) TS=SSDE (2-3-2) 式中：DR残留缺陷密度，平均个/产品； DIN 装备引入的缺陷密度，平均个/产品； F境应力筛选析出的缺陷量，平均个/产品； TS筛选检出度； SS筛选度； DE检测效率。 在进行定量筛选之前，首先要按照可靠性要求确定残留缺陷密度的目标值DRG，然后通过适当地 选择筛选应力种类及其量值的大小、检测方法、筛选所在等级等参数设计筛选大纲。实施此大纲时， 要进行监测和评估，确定DIN、SS、DR
7、的观察值，并与设计估计值比较，以便及时采取措施保证实现 定量筛选目标，并使之最经济有效。定量环境应力筛选的控制过程请参阅图2.3.2。 3.2 恒定高温应力 3.2.1 参数的计算 3.2.1.1 筛选度计算 设恒定高温筛选的应力参数是温度Tu 、筛选时间t、环境温度TE (一般取25)，其筛选度SS 的表达式为： SS1exp-0.0017(R0.6)0.6 t (2-3-3) 式中：RTuTE Tu25 温度变化范围，； t恒定高温的持续时间，h。 按公式(2-3-1)计算的恒定高温筛选度数据见表2-3-1。 3.2.2 筛选故障率计算 恒定高温筛选时缺陷的故障率表达式如下： 加工引入的
8、缺陷 DIN加 制造 筛选 产品 元器件 材料 缺陷 DIN元 DIN SSDE DR DIN = TS = DR= DIN元DIN加 SSDE DINF F=DINTS 图 2.3.2 定量环境应力筛选变量关系示意 3 D ln(1SS)/t (2-3-4) 式中：D 故障率，次小时； SS筛选度; 根据式(2-3-4)计算的恒定高温故障率(D )见表2-3-1 表2-3-1 恒定高温筛选度(SS)和故障率(D ) 时间 温度增量 ( t ） H01020304050607080 100.0124 0.0677 0.0991 0.1240 0.1452 0.1639 0.1809 0.196
9、4 0.2108 200.0247 0.1808 0.1885 0.2326 0.2693 0.3010 0.3290 0.3542 0.3772 300.0368 0.1896 0.2689 0.3278 0.3754 0.4256 0.4504 0.4810 0.5084 400.0488 0.2445 0.3414 0.4112 0.4661 0.5114 0.5498 0.5830 0.6121 500.0606 0.2956 0.4067 0.4842 0.5436 0.5915 0.6312 0.6649 0.6938 600.0723 0.3433 0.4655 0.5481 0
10、.6099 0.6584 0.6979 0.7807 0.7884 700.0839 0.3877 0.5185 0.6042 0.6665 0.7144 0.7525 0.7836 0.8093 800.0953 0.4292 0.5663 0.6533 0.7149 0.7612 0.7973 0.8261 0.8495 900.1065 0.4678 0.6093 0.6963 0.7563 0.8004 0.8339 0.8602 0.8812 1000.1176 0.5038 0.6480 0.7339 0.7917 0.8331 0.8640 0.8877 0.9063 1100.
11、1286 0.5374 0.6829 0.7669 0.8219 0.8605 0.8880 0.9097 0.9260 1200.1394 0.5687 0.7144 0.7968 0.8478 0.8833 0.9087 0.9275 0.9416 1300.1501 0.5979 0.7427 0.8211 0.8699 0.9025 0.9252 0.9417 0.9539 1400.1607 0.6251 0.7687 0.8433 0.8888 0.9184 0.9388 0.9532 0.9639 1500.1711 0.6505 0.7912 0.8628 0.9049 0.9
12、318 0.9498 0.9624 0.9713 1600.1814 0.6742 0.8119 0.8798 0.9187 0.9430 0.9589 0.9697 0.9774 1700.1916 0.6962 0.8305 0.8947 0.9325 0.9523 0.9663 0.9757 0.9821 1800.2017 0.7168 0.8473 0.9077 0.9406 0.9602 0.9724 0.9805 0.9859 1900.2116 0.7360 0.8625 0.9192 0.9492 0.9667 0.9774 0.9843 0.9889 2000.2214 0
13、.7538 0.8761 0.9292 0.9566 0.9721 0.9815 0.9874 0.9912 D0.0013 0.0070 0.0104 0.0132 0.0157 0.0179 0.0199 0.0219 0.0237 3.2.3 恒定高温应力激发的故障模式或影响 恒定高温能激发的故障模式(或对产品的影响)主要有： 使未加防护的金属表面氧化，导致接触不良或机械卡死，在螺钉连接操作时用力不当或保护涂 层上有小孔和裂纹都会出现这种未防护的表面。 加速金属之间的扩散，如基体金属与外包金属，钎焊焊料与元件，以及隔离层薄弱的半导体与 喷镀金属之间的扩散； 使液体干涸，如电解电容和电池因
14、高温造成泄漏而干涸； 使热塑料软化，如该热塑料件处于太高的机械力作用下，则产生蠕变； 使某些保护性化合物与灌封蜡软化或蠕变； 提高化学反应速度，加速与内部污染物的反应过程； 使部分绝缘损坏处绝缘击穿。 3.3 温度循环应力 3.3.1 温度循环应力参数 温度循环应力参数有：上限温度、下限温度、循环次数、温度变化速率。 3.3.2 温度循环应力筛选度计算 SS1exp0.0017(R0.6)0.6 Ln(ev)3 N (2-3-5) 式中：R=TuTL ，温度变化范围，； Tu 上限温度，； TL 下限温度，； V 温度变化速率，min； N 循环次数； 4 e =2.71828，自然对数的底。
15、 按式(2-3-5)计算的温度循环应力筛选度见表2-3-2。 表2-3-2 温度循环应力筛选度 次速率 温 度 范 围 数 /m20406080100120140160180 250.16830.23490.28860.33240.36970.40230.43120.4572 0.4809 2100.20970.40310.48120.54100.58910.62900.66290.6920 0.7173 2150.39110.52540.61240.67520.72320.76120.79200.8175 0.8388 2200.47070.61550.70340.76360.80750.84070.86650.8871 0.9037 450.29980.41470.49390.55430.60270.64270.67650.7054 0.7305 4100.49690.64370.73080.78930.83120.86240.88630.9051 0.9201 4150.62920.77480.84980.89450.92340.94300.95670
