品達溫度濕度振動三綜合試驗箱應(yīng)力篩選

 掃頻正弦振動應(yīng)力

3.4.1  掃頻正弦振動應(yīng)力的篩選度計算

　　　　SS =1－exp[－0.000727(G)0.863 ·t]     (2-3-7)

式中：G—高于交越頻率的加速度量值，g；

　　　t—振動時間，min。

　　按式(2-3-7)計算的結(jié)果見表2-3-4。

3.4.2  掃頻正弦振動應(yīng)力的故障率

　　　　λD = [－Ln (1－SS ) ] / t             (2-3-8)

式中：λD —故障率，次／h；

      SS—篩選度；

　　　t—時間，h。

按式(2-3-8)計算的結(jié)果也見表2-3-4。

表2-3-4  溫度濕度振動三綜合試驗箱掃頻振動篩選度和故障率

3.4.3  掃頻正弦振動應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響

    使結(jié)構(gòu)部件、引線或元器件接頭產(chǎn)生疲勞，特別是導(dǎo)線上有微裂紋或類似缺陷的情況下；

    使電纜磨損，如在松馳的電纜結(jié)處存在尖緣似的缺陷時；

    使制造不當?shù)穆葆斀宇^松馳；

    使安裝加工不當?shù)腎C離開插座；

    使受到高壓力的匯流條與電路板的釬焊接頭的薄弱點故障；

    溫度濕度振動三綜合試驗箱使未充分消除應(yīng)力的可作相對運動的橋形連接的元器件引線造成損壞，例如電路板前板的發(fā)光二極管或背板散熱板上的功率晶體管；

    已受損或安裝不當?shù)拇嘈越^緣材料出現(xiàn)裂紋。

3.5  隨機振動應(yīng)力

3.5.1  隨機振動應(yīng)力的參數(shù)

    隨機振動應(yīng)力的參數(shù)有：

    頻率范圍、加速度功率譜密度(PSD)、振動時間、振動軸向數(shù)。

    其振動譜可參閱圖2.3.3。

3.5.2  隨機振動應(yīng)力篩選度

    隨機振動應(yīng)力篩選度的計算式如下：

　　　　SS=1－exp[－0.0046(G_rms )^1.71 t]         (2-3-9)

式中：G_rms—加速度均方根值，g；

　　　Grms =（A1 ＋A2 ＋A3 ）^1/2 ；               (2-3-10)

      A1 、A2 、A3 ——隨機振動譜的面積，g2 (見圖2.3.3)；

　　　t—動時間，min。

2-3-5  隨機振動篩選度和故障率

3.5.4  溫度濕度振動三綜合試驗箱隨機振動應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響

    隨機振動應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響與正弦掃頻振動應(yīng)力相同，但故障機理更復(fù)雜，發(fā)展故障的速度要比掃頻正弦振動應(yīng)力快得多，這是由于隨機振動能同時激勵許多共振點的作用結(jié)果。

3.6  篩選效果對比

3.6.1  溫度應(yīng)力對比

    a) 對恒定高溫應(yīng)力的分析

    溫度濕度振動三綜合試驗箱恒定高溫篩選的篩選度與溫度增量、篩選時間密切相關(guān)，但其量值很小，由表2-3-1查得當溫度增量為zui大(80℃)、老煉篩選時間zui長(200h)時，篩選度為0.9912。恒定高溫的故障率只與溫度增量有關(guān)，其值也很小，同樣從表2-3-1查得溫度增量zui大(80℃)時故障率為平均0.0237次／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(chǎn)品以45℃(溫度增量為20℃)高溫進行老煉篩選的話，其故障率為0.0104次/h，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(chǎn)品的使用壽命。

    故障率低和可能影響產(chǎn)品的使用壽命是恒定高溫篩選應(yīng)力的致命缺點。

    b) 對溫度循環(huán)應(yīng)力的分析

　　溫度循環(huán)應(yīng)力的篩選度與溫度范圍、循環(huán)次數(shù)有關(guān)，并且與溫度變化速率關(guān)系zui密切，即溫度升降速率越大，其篩選度也越大。由表2-3-2可查得溫度范圍為180℃、循環(huán)次數(shù)為4、溫度變化速率為20℃/min時，篩選度為0.9907。歸一化后其故障率與溫度變化范圍和溫度變化速率成正相關(guān)。由表2-3-3可查得,當溫度變化范圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min時溫度循環(huán)應(yīng)力的故障率平均為0.2020次/循環(huán)，一般每個循環(huán)時間在3.5～4.0小時之間，因此該應(yīng)力的故障率相當于平均0.0505次/h～0.0577次/h之間。

    因此，故障率高、篩選效率高、不會影響產(chǎn)品使用壽命是溫度循環(huán)應(yīng)力的特點。

    c) 溫度應(yīng)力的比較

    由上分析可知，溫度變化范圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min的溫度循環(huán)應(yīng)力的故障率是溫度增量為80℃的恒定高溫應(yīng)力的2倍多(0.0505與0.0237之比)。而且在工程上要實現(xiàn)前者比后者容易得多。溫度增量為80℃的恒定高溫應(yīng)力要讓產(chǎn)品經(jīng)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。而溫度循環(huán)應(yīng)力，通常采用溫度交變試驗箱，此類設(shè)備對溫度范圍為80℃（由－35℃變化到＋45℃）、溫變速率為5℃/min的性能參數(shù)是zui低的要求，輕易便可實現(xiàn)，此應(yīng)力可使產(chǎn)品平均篩選20小時便可以暴露1個故障，比恒定高溫應(yīng)力的篩選效率高很多。

　　為了進一步提高溫度循環(huán)應(yīng)力的篩選效率，可以通過提高溫度變化率的應(yīng)力參數(shù)來實現(xiàn)。由表2-3-2可知，當溫度范圍仍為80℃、溫度變化速率由5℃/min提高到20℃/min時，其故障率由平均0.2020次/循環(huán)提高到平均0.7212次/循環(huán)，后者是前者的3.5倍多，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(xiàn)20℃/min的溫變速率，需要大幅度地增加升降溫系統(tǒng)的功率，甚至要在機械致冷的基礎(chǔ)上加裝液態(tài)氮致冷系統(tǒng)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(chǎn)品壽命的影響，提高溫變速率是的方法，為此而增加投入也是適宜的。

3.6.2 振動應(yīng)力對比

    一般說來，振動應(yīng)力是定量環(huán)境應(yīng)力篩選方法才采用的應(yīng)力，它可以暴露溫度循環(huán)暴露不了的某些缺陷。據(jù)統(tǒng)計，對電子設(shè)備而言，溫度應(yīng)力平均可以暴露79％的缺陷，而振動應(yīng)力平均可以暴露21％的缺陷。因此，振動是*的篩選應(yīng)力。掃頻正弦振動臺和隨機振動臺都可以作為振動環(huán)境應(yīng)力篩選的設(shè)備，但由表2-3-4和表2-3-5的數(shù)據(jù)可以比較它們的故障率(即篩選效率)。

　　我們按照GJB 1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選》標準要求的典型的隨機振動譜(見圖2.3.3)算得其加速度均方根值為7.2g，取為7g；設(shè)持續(xù)時間為5min，查表2-3-5得篩選度為0.478、故障率為7.692次/小時。同樣設(shè)掃頻正弦振動的加速度為7g、持續(xù)時間為5min，查表2-3-4可得篩選度為0.0193、故障率為0.2339次/小時。兩種振動應(yīng)力的故障率相差甚大，隨機振動是掃頻振動的33倍！幾種應(yīng)力的篩選度和故障率的對比見表2-3-6。

表2-3-6 溫度濕度振動三綜合試驗箱篩選應(yīng)力效果對比

　　當然，只有隨機振動控制設(shè)備和與之配套的電磁振動臺才能提供隨機振動應(yīng)力，其設(shè)備價格要比掃頻振動臺昂貴，但是為了提高篩選效率，zui大限度地消除早期故障，這個投入還是合算的。

3.6.3  溫度濕度振動三綜合試驗箱結(jié)論

    a) 經(jīng)典的老煉工藝與常規(guī)的恒溫篩選對暴露產(chǎn)品的缺陷有一定的作用，但其篩選度和故障率數(shù)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(chǎn)品的使用壽命，有必要改用定量環(huán)境應(yīng)力篩選方法。

    b) 如果采用常溫考機的辦法作為產(chǎn)品出廠的依據(jù)，在幾百小時內(nèi)暴露不了一個缺陷，也說明不了產(chǎn)品的可靠性有什么樣的水平，此法意義不大。

    c) 定量環(huán)境應(yīng)力篩選，需要采用溫度循環(huán)應(yīng)力，其效率已比恒定高溫老煉篩選大為提高；就溫度循環(huán)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(chǎn)品使用壽命影響的*方法，我們要為此項篩選創(chuàng)造條件。

    d) 定量環(huán)境應(yīng)力篩選，需要采用振動應(yīng)力，其中又可以采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*的應(yīng)力。為了提高篩選效率、減少振動應(yīng)力篩選對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件壽命的影響，應(yīng)創(chuàng)造條件采用隨機振動方式。