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    2014年10月29日
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溫度老化,環(huán)境應(yīng)力篩選,快速溫變,環(huán)境試驗箱
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昆山試驗機網(wǎng)
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資料簡介

ESS-環(huán)境應(yīng)力篩選介紹
                  一、概念                
                  環(huán)境應(yīng)力篩選(Environment Stress
                  Screen,ESS)是一種工藝手段,是通過向電子產(chǎn)品施加合理的環(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,并通過檢驗發(fā)現(xiàn)和排除故障的過程。
                  ESS旨在激發(fā)并排除早期故障,使產(chǎn)品的可靠性接近設(shè)計的固有可靠性水平。應(yīng)力水平以能激發(fā)出缺陷但不損壞產(chǎn)品為原則。ESS分為常規(guī)篩選和定量篩選。目前國內(nèi)僅廣泛開展常規(guī)篩選。
                  ESS的對象為元器件和各個組裝等級,
                  二、 典型篩選應(yīng)力
                  各類典型篩選應(yīng)力的強度及費用如下表所列。
                  表1 典型篩選應(yīng)力強度及費用對比
                  應(yīng)力類型 應(yīng)力強度 費用
                  溫度 恒定高溫 低 低
                  溫度循環(huán) 慢速溫變 較高 較高
                  快速溫變 高 高
                  溫度沖擊 較高 適中
                  振動 正弦掃頻 較低 適中
                  隨機振動 高 高
                  綜合 溫度循環(huán)與隨機振動 高 很高
                  下面簡單介紹以上幾種典型篩選應(yīng)力并比較其篩選效果。
                  1. 恒定高溫
                  也稱為高溫老化,使產(chǎn)品在規(guī)定高溫下連續(xù)不斷地工作,激發(fā)出早期故障。篩選方法要根據(jù)受篩產(chǎn)品是否發(fā)熱制定。該篩選廣泛應(yīng)用于元器件的篩選,不適用于組件級(印制線路板、單元或系統(tǒng))篩選。篩選效果遠低于溫度循環(huán)。
                  2. 溫度循環(huán)
                  影響篩選結(jié)果的主要參數(shù)為溫度變化范圍、溫度變化速率及循環(huán)次數(shù)。通常適用于組件級篩選。篩選溫度時間歷程考慮受篩產(chǎn)品通電和不通電兩種情況。激發(fā)的故障模式主要有:
                  a) 使涂層、材料或線頭上各種微觀裂紋擴大。
                  b) 使粘結(jié)不好的接頭松弛。
                  c) 使螺釘連接或鉚接不當(dāng)?shù)慕宇^松弛。
                  d) 使機械張力不足的壓配接頭松弛。
                  e) 使質(zhì)量差的釬焊接觸電阻加大或造成開路。
                  f) 粒子污染。
                  3. 溫度沖擊
                  影響篩選結(jié)果的主要參數(shù)為溫度變化速率、溫度轉(zhuǎn)換時間及溫度沖擊循環(huán)次數(shù)。因其溫度變化率較高,產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大,是篩選元器件,尤其是集成電路器件的有效方法。用于組裝等級時要注意其可能造成的附加損壞。篩選效果類似于溫度循環(huán)。激發(fā)的故障模式類似于溫度循環(huán)。
                  4. 正弦掃頻
                  在一定時間段內(nèi)依次對產(chǎn)品內(nèi)需要重點篩選的元部件的共振頻率進行激勵,產(chǎn)生共振。篩選效果較隨機振動低。激發(fā)的故障模式主要有:
                  a) 結(jié)構(gòu)部件、引線或元件接頭產(chǎn)生疲勞,特別是導(dǎo)線上有裂紋或類似缺陷的情況下。
                  b) 電纜磨損。
                  c) 螺釘接頭松弛。
                  d) 安裝加工不當(dāng)?shù)募呻娐菲x開插座。
                  e) 匯流條及連到電路板上的釬焊接頭受到高應(yīng)力,引起釬焊薄弱點故障。
                  f) 與可作相對運動的部件橋形連接的元器件引線因沒有充分消除應(yīng)力而造成損壞。
                  g) 已受損或安裝不當(dāng)?shù)拇嘈越^緣材料出現(xiàn)裂紋。
                  5. 隨機振動
                  在很寬的頻率范圍上對產(chǎn)品施加振動,產(chǎn)品在不同的頻率上同時受到應(yīng)力,使產(chǎn)品的許多共振點同時受到激勵。篩選效果大大增強,篩選持續(xù)時間也減少到正弦掃頻的1/3-1/5。激發(fā)的故障模式與正弦掃頻的相同,但能激發(fā)的故障機理更復(fù)雜,激發(fā)故障的速度更快。
                  6. 篩選效果對比
                  a) 振動應(yīng)力對于激發(fā)如松弛、碎屑和固定不緊的工藝缺陷更為有效。一般說來,發(fā)現(xiàn)缺陷中約20%是對振動響應(yīng)的結(jié)果。
                  b) 溫度循環(huán)對于發(fā)現(xiàn)參數(shù)漂移、污染之類的元器件缺陷更為有效。一般說來,發(fā)現(xiàn)缺陷中約80%是對溫度響應(yīng)的結(jié)果。

                  三、 針對不同組裝等級的ESS
                  根據(jù)圖1可知,組裝等級分為組件級、單元級和系統(tǒng)(設(shè)備)級。下面介紹組件級和單元級的優(yōu)缺點及可篩選出的主要缺陷。
                  1. 組件級
                  優(yōu)點:尺寸小,不通電測試,成本低;熱慣性小,溫度變化率較高;能進行比單元級的溫度變化幅度更大的篩選,篩選效率高。
                  缺點:不通電導(dǎo)致尋找故障效率低;如要通電檢測,則需專門測試設(shè)備,成本將增加;無法篩選單元級、系統(tǒng)級引入的缺陷。
                  缺陷:漏檢的元器件缺陷;元器件和電路板焊接點分離;焊接缺陷;參數(shù)漂移、超出容差。
                  2. 單元級及以上組裝級
                  優(yōu)點:因為不需要專門設(shè)計檢測系統(tǒng),篩選期間易進行通電和檢測,檢測效率高;單元中各級間的接口也能得到篩選;能篩選出各種類型的潛在缺陷;能發(fā)現(xiàn)某些設(shè)計缺陷。
                  缺點:熱慣性大,溫度變化速率小,溫度循環(huán)時間需加長;要考慮多種元部件的溫度極限,篩選溫度變化幅度減小,篩選率降低;成本高。
                  缺陷:組件級的連接缺陷;導(dǎo)線連接缺陷;輸入/輸出連接缺陷;單元內(nèi)部電纜缺陷;組裝中使用了以前未經(jīng)篩選組件(如采購的組件等)引入的缺陷。
                  小結(jié):理論上應(yīng)當(dāng)對各個組裝等級進行逐級ESS,實際工作中則要權(quán)衡技術(shù)和成本等各方面因素,結(jié)合產(chǎn)品確定*的篩選方案。如果根據(jù)產(chǎn)品使用情況和其他試驗信息得知故障主要出現(xiàn)在某一組裝等級,則可僅針對該組裝等級進行ESS。通常較為實用的方法是對組件進行溫度循環(huán)篩選,對單元以上等級進行隨機振動試驗。
                  四、 主要工作
                  ESS是提高批產(chǎn)品可靠性的重要工序,是進行其他可靠性試驗的前提條件。后續(xù)工作如下。
                  1. 對需篩選產(chǎn)品的各類故障信息進行統(tǒng)計分析,盡可能確定故障主要出現(xiàn)的組裝等級。故障信息主要包括:
                  1) 研制階段的故障信息,特別是故障類型分布和數(shù)量,以及故障所在部位的信息。
                  2) 各類試驗,如性能試驗、環(huán)境試驗、可靠性試驗等中的故障信息。
                  3) 產(chǎn)品使用過程中的故障信息。
                  2.收集受篩選產(chǎn)品對溫度和振動響應(yīng)的特征信息,主要包括產(chǎn)品中各重要元器件的熱點、溫度穩(wěn)定時間、產(chǎn)品的共振點、產(chǎn)品中振動響應(yīng)zui大的部位等。
                  3. 收集產(chǎn)品使用的元器件和其他外構(gòu)件質(zhì)量水平信息。主要包括出廠前是否進行ESS、批生產(chǎn)采用的ESS篩選應(yīng)力等。
                  4. 根據(jù)以上收集到的信息進行評估分析,權(quán)衡ESS效果、試驗設(shè)備能力及成本等因素,初步設(shè)計ESS大綱。
                  5. 按規(guī)定的設(shè)計準(zhǔn)則對大綱進行適當(dāng)調(diào)整,并根據(jù)實際情況實時調(diào)整,使ESS更為經(jīng)濟有效

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