电子产品环境应力筛选方法及其应用研究(整理件)

2.3 筛选应力的确定
环境应力筛选主要作为一种工艺，其暴露出的缺陷也具有明显的工艺 特性。例如：大部分缺陷是由于装配连接或坚固操作不当，或工艺方 法不当造成的。常见的缺陷是虚焊、松脱、短路和开路等。 国内外已发表的环境应力筛选调查统计结果表明，在常用的 13 种环 境应力中，温度循环、随机振动和高温老炼是最有效的 3 种筛选应力， 如图 2 所示【5】。温度和振动由于其作用机理的不同，筛选出的缺陷也 可能不同，振动爽半是筛选出机械性的缺陷，而温度循环则还能Leabharlann Baidu现 元器件性能漂移、密封失效和污染等缺陷。通电老炼对于工艺制造过 程中可能存在的潜在缺陷，如表沾污、引线焊接不良、沟道漏电、硅 片裂纹和氧化层针孔等均有较好的筛选效果；此外还可促使电性能参 数稳定并对参数不稳定的产品有一定的筛选作用。某型雷达整机在研
制阶段过程应用 HALT 获得工作极限和破坏极限的产品。HASS 技术目 前在国际上虽然已开始越来越广地应用，但并没有制订相应的标准。 这一技术在国内基本还处于应用探索阶段【6】。综上所述，某型雷达整 机由天馈分系统、伺服分系统和信号处理分系统组成的复杂电子设 备，很难采用定量和高加速环境应力筛选的方法，在工程研制中采用 GJB 1032-90《电子产品环境应力筛选方法》规定的常规环境应力筛 选方案。
1 环境应力筛选的目的和意义
GJB 451-90《可靠性维修性术语》将环境应力筛选定义为：为发现和 排除不良零件、元器件、工艺缺陷和防止出现早期失效，在环境应力 下民优势的一系列试验。环境应力筛选的目的在于已知产品在实际使 用中将会遇到的主要环境，以及其应力强度，选择其最能激发在研制 中的缺陷的环境和应力，强调以剔除元器件、部件的早期失效及暴露 设计和制造工艺的不足而采取的有效措施。环境应力筛选（工作项目 401）是国家军用标准 GJB 450A-2004《装备可靠性工作通用要求》
Abstract: Environmental stress screening is an effective way to ensure the product operational reliability. The paper discusses the purpose and significance of environmental stress screening, analyzes the key techniques in scheme planning of environmental stress screening, and explains how to develop the program and procedures of environmental stress screening for the electronic products. Meanwhile, a design and application example has been given in this paper based on the environmental stress screening of a certain radar. Key words: environmental stress screening; temperature circulation; random vibration; burn-in
2 环境应力筛选方案设计
环境应力筛选方案设计是环境应力筛选成功的关键，而筛选类型、筛 选组装层次、筛选应力、筛选程序和要求是方案设计的核心。
2.1 筛选类型的确定
环境应力筛选可分为 3 种类型：常规环境应力筛选、定量环境应力筛 选和高加速环境应力筛选。常规环境应力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。筛选所使用的方法 是凭经验确定的，对筛选效果的好坏和费用是否合理不作定量分析， 仅以能筛选出早期故障为目标。常规环境应力筛选现行标准是 GJB 1032-90《电子产品环境应力筛选方法》，它的特点是易以掌握和应用， 它是目前应用最广泛、时间最长的筛选类型。定量环境应力筛选是指 要求筛选的效果和成本与产品的可靠性指标和现场的故障修理费用 之间建立定量关系的筛选。定量筛选是通过定量地选择所用应力的强 度和检测仪表的检测率，正好把计算得到的制造过程所引入的产品的 缺陷全部剔除，从而使产品的早期故障率达到规定的定量目标值，现 行标准是 GJB/Z 34-93《电子产品定量环境应力筛选指南》。由于定 量筛选的应用需要提供正确的元器件和工艺的缺陷率、应力强度和检 测设备检出能力的数据，而且筛选方案设计和方案调整过程非常繁 杂，标准中提供的国内外这方面的数据不够完整且准确度差，所以应 用较少。高加速应力筛选（HASS）是近年来在高加速极限试验（HALT） 的基础上发展起来的一种新筛选类型，这种方法的特点是使用的应力 大，需要的时间短。HASS 应力强度比常规 ESS 大得多，只适用于研
中规定的可靠性工作项目，其目的是为研制和生产的产品建立并实施 环境应力筛选（ESS）程序，以便发现和排除由不良元器件、制造工 艺和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障【3-4】。我国颁布了 GJB、 1032-90《电子产品环境应力筛选方法》和 GJB/Z 34-93 《电子产品 定量环境应力筛选指南》 2 个通用标准，它可用于海、陆、空等 6 类军事装备，也适用于机载、舰载等战术导弹，以及有批量的战略导 弹。对于运载火箭、卫星等无批量的产品，环境应力筛选亦适用。在 研制阶段使用环境应力筛选，可以发现设计问题，以采取有效的纠正 措施，这样不仅能大大节省以后的试验时间和费用，还能提高产品的 固有可靠性。鉴定试验前采用环境应力筛选，可以消除由制造工艺不 当和有缺陷的元件造成的故障，从而使环境鉴定试验和可靠性鉴定试 验的结果正确、有效，消除非设计问题对鉴定试验的干扰。生产阶段 对产品进行环境应力筛选，使产品的早期故障消灭在出厂前，从而大 大提高产品现场可靠性和减少现场维修费用。使用阶段的故障产品在 修复后，也要进行环境应力筛选，以消除更换件和维修操作可能引入 的故障。特别地，航天系统产品所施加的筛选应力是和环境验收试验 结合在一起考虑而不是单独进行的【5】。因此，环境应力筛选作为一项 重要的可靠性保证措施，在产品研制生产的全过程切实地贯彻实施， 对提高产品可靠性、降低成本有重要意义。
Doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2015.02.0005
Research on Electronic Products Environmental Stress Screening Method and Its Application ZHU Yong
(No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230000, China)
电子产品环境应力筛选方法及其应用研究★
朱永
（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230000）
★ 基金项目：国家科技支撑计划项目“机场场面监视雷达系统” （No.2011BAHB05）资助
收稿日期：2014-10-20 作者简介：朱永（1981- ），男，安徽泗县人，中国电子科技集团公 司第三十八研究所工程师，硕士，主要从事雷达质量与可靠性研究工 作。
2.2 筛选组装层次的选择
为了保证能够彻底地消除早期故障，应在各个组装等级安排环境应力 筛选，任何一级中的筛选不能代替高一级所进行的筛选，这是因为， 在将低组装等级的各种产品组装成高一级产品时，由于使用了外购件 及组装工艺，会引入新缺陷。但是，随着组装等级的提高，其筛选检 出度将降低，而筛选成本亦会随着提高。只有从低层次到高层次各级 产品都进行环境应力筛选，才能保证整机产品的可靠性。雷达整机产 品的研制经验表明，若只在高层次上进行环境应力筛选，则很难分析 故障（缺陷）的原因，找到根治缺陷的办法，而且花费也很大。因此， 从经济原则和易以实施考核，环境应力筛选应尽量在低层次产品上进 行。不从低层次产品开始做环境应力筛选，往往会适得其反。某型雷 达整机从结构层次上划分，包括伺服平台、发射机、接收机和控制与 信号处理单元 4 个分机，每个分机由元器件、印制板、电路模块（或 组件）和电线电缆等组成，筛选组装层次的确定如图 1 所示。
存在，即在 20~2000Hz 范围内沿振轴方向的传递函数必须保持平 坦，其不平坦允许偏差不得超过±3 dB（设计如有困难，500~2000 Hz 允许放宽到±3 dB，但累计带宽应在 300Hz 以内）【8】；试验条件 允许偏差应符合 GJB 1032-90 中 4.4 节的规定。 b) 随机振动试验时，元器件应进行点封或固封。受试产品与夹具或 振动台台面的连接应模拟产品实际的安装状态，包括受力方式、 连接件数量及尺寸等，不允许使用设计上没有的附加固定；有支 架或减震器的单机原则上应去除支架和减震器，试验应尽量采用 多点平均控制，控制点应选在产品与振动台台面或夹具的连接面 上，靠近产品底板处；故障修复后再试验的时间与故障前的试验 时间（在 0.04g2/Hz 功率谱密度值下）的总和建议控制在 20min 以 内。 c) 温度循环试验以高温工况开始，以高温工况结束。试验时应采取 措施，防止产品受潮，如试验箱吹干燥风等；同时，为保证筛选 效果，如雷达分机温循时应开盖进行。
0 引言
在电子产品的制造过程中，由于经历了大量的、复杂的操作工艺或者 误用了不合格的元器件，从而会引入各种明显的缺陷和潜在的缺陷。 明显的缺陷通过常规的检验手段，如目检、常温功能测试和其他质量 保证工序即可排除；潜在的缺陷用常规的检验手段无法检查出来，这 些潜在的缺陷如果在工厂中不被剔除掉，最终将在使用期间的应力作 用下以早期故障的形式暴露出来。在研制阶段和生产期间，产品的样 本最终应通过 GJB 899 中规定的可靠性鉴定和验收试验，产品样本通 过可靠性鉴定试验仅说明其设计的固有可靠性达到了规定的要求，产 品的样本通过了可靠性验收试验并不表明该生产批中所有的其他产 品均具有与其相同的可靠性【1-2】。如何针对产品特点，制定有效的环 境应力筛选方法，快速地消除早期故障，把缺陷暴露和消除在出厂前， 是产品可靠性工作的重要内容。
图 2 筛选应力的类型
2.4 筛选试验程序和要求
环境应力筛选试验程序由初始性能检测、缺陷剔除试验、无故障检验 及最后性能检测组成。试验前，对受筛产品进行初始性能检测：按有 关标准和技术文件进行外观、机械及电气性能检测并记录。凡检测不
合格者，则不能继续进行环境应力筛选。在试验过程中，按要求施加 应力，一般顺序为：1）第一次随机振动；2）温度循环；3）第二次 随机振动；4）功率老炼。试验后，对受筛产品的性能进行检测。 尽管环境应力筛选试验已广泛地应用在电子产品的研制、生产等各个 阶段，但在实际应用时，为防止产品出现过应力或欠应力，确保试验 成功有效，需要注意以下试验要求。 a) 试验夹具在规定的功率谱密度频率上限 2000Hz 以内不应有振频率
电子产品可靠性与环境试验 可靠性与环境试验技术及评价 Vol.33 No.2 Apr., 2015
摘要：环境应力筛选是保证产品使用可靠性的重要途径。论述了环 境应力筛选的目的和意义，分析了环境应力筛选方案设计的关键技 术，阐述了电子产品如何制定环境应力筛选的方案及程序，并结合某 雷达环境应力筛选给出设计和应用实例。 关键词：环境应力筛选；温度循环；随机振动；老炼 中图分类号：TB 24 文献标志码：A 文章编号：1672-5468 （2015） 02-0026-05
制过程中涉及元器件装焊、电路板装配和电缆连接等多种工序，采用 在相应的筛选组装层次上组合应用温度循环、随机振动和高温老炼 3 种应力：印制板（或模块）级，其主要工序为元器件装焊，采用温度 循环筛选；分机级，主要为电路板装配和电缆焊装工序，采用温度循 环和随机振动相结合的方法进行筛选；整机级，主要为电缆连接和机 械安装，同时整机涉及功能和性能指标的测试和验证，采用验收振动 和老炼相结合的方法进行筛选。温度循环、随机振动和高温老炼的应 力值设计参照 GJB 1032-90《电子产品环境应力筛选方法》、GJB/Z 34-93《电子产品定量环境应力筛选指南》和 QJ 908A-98《电子产品 老炼试验方法》中规定的原则进行，即不能超过产品的设计极限且不 应明显地影响产品的寿命和技术性能。
元器件
印制板/ 模块
分机
整机
图 1 某型雷达筛选层次 在雷达整机的研制中，对选用的国产元器件筛选方法和要求（包括温 度、机械和电等多种应力）在产品规范中明确并由厂家实施，委托方 下厂监制和验收；对于进口元器件委托有资质的单位按产品筛选标准 进行了二次筛选，合格后装机使用【7】。无法测试、筛选的元器件采取 相应的质量保证措施及整机试验验证。本文重点讨论板级（或模块级） 以上层次的产品筛选。