1 環(huán)境應(yīng)力篩選的目的和原理
1.1 環(huán)境應(yīng)力篩選的目的
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(shí)便進(jìn)入隨機(jī)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
環(huán)境應(yīng)力篩選是通過(guò)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。
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(cè)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(shí)間內(nèi)加速變?yōu)楣收希粰z測(cè)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(lái)，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(cè)試過(guò)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(duì)可修復(fù)產(chǎn)品通常也稱為故障。對(duì)設(shè)備而言，任一質(zhì)量特征不符合規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(rèn)為偶然故障表現(xiàn)為隨機(jī)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(jì)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(jì)缺陷則包含電路設(shè)計(jì)缺陷、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、工藝設(shè)計(jì)缺陷等內(nèi)容。
圖2.1.1 電子裝備故障原因分解示意
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(jī)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(lái)看，產(chǎn)生缺陷的主要工藝類型有：焊接、無(wú)焊連接、電線與電纜、多余物、防短路間隙、接點(diǎn)、印制電路板、零件制造安裝、元器件、纏繞、標(biāo)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(duì)設(shè)備的使用、維修、運(yùn)輸、保管等人員會(huì)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(jī)、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(yán)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(huì)降低設(shè)備使用性能或不符合規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)設(shè)備的使用或操作影響不大的缺陷。
可視缺陷是指通過(guò)人的視覺(jué)器官可直接觀察到的，或采用簡(jiǎn)單工具對(duì)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(yàn)人員對(duì)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(jìn)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 篩選應(yīng)力及其效應(yīng)表達(dá)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(biāo)和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。篩選方法是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，篩選中不估計(jì)產(chǎn)品引入的缺陷數(shù)量，也不知道所用應(yīng)力強(qiáng)度和檢測(cè)效率的定量值，對(duì)篩選效果好壞和費(fèi)用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期失效為目標(biāo)。篩選后的產(chǎn)品不一定到達(dá)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(biāo)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(guò)程中從元器件和制造工藝兩個(gè)方面引進(jìn)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(cè)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：
DR=DIN—F
=DIN(1—TS) (2-3-1)
TS=SS×DE (2-3-2)
式中：DR——殘留缺陷密度，平均個(gè)/產(chǎn)品；
DIN ——裝備引入的缺陷密度，平均個(gè)/產(chǎn)品；
F——境應(yīng)力篩選析出的缺陷量，平均個(gè)/產(chǎn)品；
TS——篩選檢出度；
SS——篩選度；
DE——檢測(cè)效率。
在進(jìn)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(biāo)值DRG，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇篩選應(yīng)力種類及其量值的大小、檢測(cè)方法、篩選所在等級(jí)等參數(shù)設(shè)計(jì)篩選大綱。實(shí)施此大綱時(shí)，要進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，確定DIN、SS、DR的觀察值，并與設(shè)計(jì)估計(jì)值比較，以便及時(shí)采取措施保證實(shí)現(xiàn)定量篩選目標(biāo)，并使經(jīng)濟(jì)有效。定量環(huán)境應(yīng)力篩選的控制過(guò)程請(qǐng)參閱圖2.3.2。
3.2 恒定高溫應(yīng)力
3.2.1 參數(shù)的計(jì)算
3.2.1.1 篩選度計(jì)算
設(shè)恒定高溫篩選的應(yīng)力參數(shù)是溫度Tu 、篩選時(shí)間t、環(huán)境溫度TE (一般取25℃)，其篩選度SS的表達(dá)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(shí)間，h。
按公式(2-3-1)計(jì)算的恒定高溫篩選度數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-3-1。
F=DIN×TS
圖 2.3.2 定量環(huán)境應(yīng)力篩選變量關(guān)系示意
3.2.2 篩選故障率計(jì)算
恒定高溫篩選時(shí)缺陷的故障率表達(dá)式如下：
λD ＝[－ln(1－SS)]/t (2-3-4)
式中：λD ——故障率，次／小時(shí)；
SS——篩選度;
根據(jù)式(2-3-4)計(jì)算的恒定高溫故障率(λD )見(jiàn)表2-3-1
表2-3-1 恒定高溫篩選度(SS)和故障率(λD )
| 時(shí)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(hù)的金屬表面氧化，導(dǎo)致接觸不良或機(jī)械卡死，在螺釘連接操作時(shí)用力不當(dāng)或保護(hù)涂層上有小孔和裂紋都會(huì)出現(xiàn)這種未防護(hù)的表面。
加速金屬之間的擴(kuò)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(kuò)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(jī)械力作用下，則產(chǎn)生蠕變；
使某些保護(hù)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(guò)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(jì)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，℃；
TL ——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(duì)數(shù)的底。
按式(2-3-5)計(jì)算的溫度循環(huán)應(yīng)力篩選度見(jiàn)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(jì)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(duì)應(yīng)的故障率見(jiàn)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(xì)裂紋擴(kuò)大；使粘接不好的接頭松馳；使螺釘連接或鉚接不當(dāng)?shù)慕宇^松馳；使機(jī)械張力不足的壓配接頭松馳；使質(zhì)量差的焊點(diǎn)接觸電阻加大或開(kāi)路；粒子污染；密封失效。
表2-3-3 溫度循環(huán)故障率(λD )
| 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 |
3.4 掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力
3.4.1 掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力的篩選度計(jì)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(dòng)時(shí)間，min。
按式(2-3-7)計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表2-3-4。
3.4.2 掃頻正弦振動(dòng)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(shí)間，h。
按式(2-3-8)計(jì)算的結(jié)果也見(jiàn)表2-3-4。
表2-3-4 掃頻振動(dòng)篩選度和故障率
| 時(shí) 間 | 加 速 度 量 值 （g） | |
| Min | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 7.0 |
| 5 | .0020 | .0036 | .0051 | .0066 | .0080 | .0099 | .0107 | .0120 | .0132 | .0145 | .0157 | .0169 | .0181 | .0193 |
| 10 | .0040 | .0072 | .0103 | .0131 | .0519 | .0186 | .0212 | .0238 | .0263 | .0287 | .0312 | .0355 | .0359 | .0382 |
| 15 | .0060 | .0108 | .0154 | .0196 | .0289 | .0278 | .0316 | .0354 | .0391 | .0428 | .0464 | .0499 | .0534 | .0568 |
| 20 | .0080 | .0144 | .0204 | .0261 | .0316 | .0368 | .0420 | .0470 | .0519 | .0566 | .0614 | .0660 | .0705 | .0750 |
| 25 | .0099 | .0180 | .0255 | .0325 | .0393 | .0458 | .0522 | .0584 | .0644 | .0703 | .0761 | .0818 | .0874 | .0929 |
| 30 | .0119 | .0216 | .0305 | .0389 | .0470 | .0547 | .0623 | .0696 | .0768 | .0838 | .0906 | .0937 | .1039 | .1101 |
| 35 | .0139 | .0251 | .0355 | .0452 | .0546 | .0636 | .0723 | .0807 | .0890 | .0970 | .1049 | .1122 | .1201 | .1275 |
| 40 | .0159 | .0287 | .0404 | .0515 | .0621 | .0723 | .0822 | .0917 | .1010 | .1101 | .1189 | .1276 | .1361 | .1444 |
| 45 | .0178 | .0322 | .0454 | .0578 | .0696 | .0810 | .0919 | .1026 | .1129 | .1230 | .1328 | .1424 | .1517 | .1609 |
| 50 | .0198 | .0357 | .0503 | .0640 | .0770 | .0895 | .1016 | .1133 | .1246 | .1357 | .1464 | .1569 | .1671 | .1771 |
| 55 | .0217 | .0392 | .0552 | .0701 | .0844 | .0980 | .1112 | .1239 | .1362 | .1482 | .1598 | .1711 | .1822 | .1980 |
| 60 | .0237 | .0427 | .0600 | .0763 | .0917 | .1065 | .1207 | .1344 | .1476 | .1605 | .1730 | .1852 | .1970 | .2089 |
| λD | .0240 | .0436 | .0619 | .0793 | .0962 | .1126 | .1286 | .1443 | .1597 | .1749 | .1899 | .2048 | .2194 | .2339 |
3.4.3 掃頻正弦振動(dòng)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(shí)；
使制造不當(dāng)?shù)穆葆斀宇^松馳；
使安裝加工不當(dāng)?shù)腎C離開(kāi)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(diǎn)故障；
使未充分消除應(yīng)力的可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dāng)?shù)拇嘈越^緣材料出現(xiàn)裂紋。
3.5 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力
3.5.1 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的參數(shù)
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的參數(shù)有：
頻率范圍、加速度功率譜密度(PSD)、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)軸向數(shù)。
其振動(dòng)譜可參閱圖2.3.3。
3.5.2 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選度
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選度的計(jì)算式如下：
SS=1－exp[－0.0046(Grms )1.71 t] (2-3-9)
式中：Grms—加速度均方根值，g；
Grms =（A1 ＋A2 ＋A3 ）1/2 ； (2-3-10)
A1 、A2 、A3 ——隨機(jī)振動(dòng)譜的面積，g2 (見(jiàn)圖2.3.3)；
t—動(dòng)時(shí)間，min。
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的故障率計(jì)算式如下：
λD = [－Ln (1-SS)] / t (2-3-11)
式中：λD —故障率，平均次／h；
SS—篩選度；
t—時(shí)間，h。
按照式(2-3-9)計(jì)算的篩選度和按照式(2-3-11)計(jì)算的故障率數(shù)值見(jiàn)表2-3-5。
表2-3-5 隨機(jī)振動(dòng)篩選度和故障率
| 時(shí)間 | 加 速 度 均 方 根 值 (g) | |
| min | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 7.0 |
| 5 | .007 | .023 | .045 | .012 | .104 | .140 | .178 | .218 | .260 | .303 | .346 | .389 | .431 | .478 |
| 10 | .014 | .045 | .088 | .140 | .198 | .260 | .324 | .389 | .452 | .514 | .572 | .627 | .677 | .723 |
| 15 | .021 | .067 | .129 | .202 | .282 | .363 | .444 | .522 | .595 | .661 | .720 | .772 | .816 | .854 |
| 20 | .028 | .088 | .168 | .260 | .356 | .452 | .543 | .626 | .700 | .764 | .817 | .861 | .896 | .923 |
| 25 | .035 | .109 | .206 | .314 | .424 | .529 | .625 | .708 | .778 | .835 | .880 | .915 | .941 | .959 |
| 30 | .041 | .129 | .241 | .363 | .484 | .595 | .691 | .772 | .836 | .885 | .922 | .948 | .966 | .979 |
| 35 | .048 | .149 | .275 | .409 | .538 | .651 | .746 | .882 | .878 | .920 | .949 | .968 | .981 | .989 |
| 40 | .055 | .168 | .308 | .452 | .586 | .700 | .791 | .860 | .910 | .944 | .966 | .981 | .989 | .994 |
| 45 | .061 | .187 | .339 | .492 | .629 | .742 | .829 | .891 | .933 | .961 | .978 | .988 | .994 | .997 |
| 50 | .068 | .205 | .369 | .529 | .668 | .778 | .859 | .915 | .951 | .973 | .986 | .993 | .996 | .998 |
| 55 | .074 | .224 | .397 | .563 | .702 | .809 | .884 | .938 | .964 | .981 | .991 | .996 | .998 | .999 |
| 60 | .081 | .241 | .424 | .595 | .734 | .836 | .905 | .948 | .973 | .987 | .994 | .997 | .999 | 1.00 |
| λD | .084 | .276 | .552 | .903 | 1.32 | 1.80 | 2.35 | 2.95 | 3.61 | 4.32 | 5.09 | 5.90 | 6.77 | 7.69 |
3.5.4 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力激發(fā)的故障模式或影響與正弦掃頻振動(dòng)應(yīng)力相同，但故障機(jī)理更復(fù)雜，發(fā)展故障的速度要比掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力快得多，這是由于隨機(jī)振動(dòng)能同時(shí)激勵(lì)許多共振點(diǎn)的作用結(jié)果。
3.6 篩選效果對(duì)比
3.6.1 溫度應(yīng)力對(duì)比
a) 對(duì)恒定高溫應(yīng)力的分析
恒定高溫篩選的篩選度與溫度增量、篩選時(shí)間密切相關(guān)，但其量值很小，由表2-3-1查得當(dāng)溫度增量為(80℃)、老煉篩選時(shí)間最長(zhǎng)(200h)時(shí)，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(80℃)時(shí)故障率為平均0.0237次／h。即為了暴露1個(gè)缺陷，用溫度增量為80℃的恒定高溫進(jìn)行篩選平均需要42個(gè)小時(shí)。如果按有些產(chǎn)品以45℃(溫度增量為20℃)高溫進(jìn)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(shí)才能暴露1個(gè)缺陷。因此可見(jiàn)，為了達(dá)到消除早期失效的目的，用恒定高溫的老煉篩選時(shí)間要很長(zhǎng)，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(diǎn)。
b) 對(duì)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)系最密切，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(shí)，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(dāng)溫度變化范圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min時(shí)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(gè)循環(huán)時(shí)間在3.5～4.0小時(shí)之間，因此該應(yīng)力的故障率相當(dāng)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(huì)影響產(chǎn)品使用壽命是溫度循環(huán)應(yīng)力的特點(diǎn)。
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(shí)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(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程，平均42小時(shí)才能暴露1個(gè)故障。而溫度循環(huán)應(yīng)力，通常采用溫度交變?cè)囼?yàn)箱，此類設(shè)備對(duì)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)是的要求，輕易便可實(shí)現(xiàn)，此應(yīng)力可使產(chǎn)品平均篩選20小時(shí)便可以暴露1個(gè)故障，比恒定高溫應(yīng)力的篩選效率高很多。
為了進(jìn)一步提高溫度循環(huán)應(yīng)力的篩選效率，可以通過(guò)提高溫度變化率的應(yīng)力參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由表2-3-2可知，當(dāng)溫度范圍仍為80℃、溫度變化速率由5℃/min提高到20℃/min時(shí)，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(gè)小時(shí)便可以暴露1個(gè)缺陷。
當(dāng)然，溫度交變?cè)囼?yàn)箱要實(shí)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(jī)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(duì)產(chǎn)品壽命的影響，提高溫變速率是方法，為此而增加投入也是適宜的。
3.6.2 振動(dòng)應(yīng)力對(duì)比
一般說(shuō)來(lái)，振動(dòng)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(jì)，對(duì)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(dòng)應(yīng)力平均可以暴露21％的缺陷。因此，振動(dòng)是的篩選應(yīng)力。掃頻正弦振動(dòng)臺(tái)和隨機(jī)振動(dòng)臺(tái)都可以作為振動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)要求的典型的隨機(jī)振動(dòng)譜(見(jiàn)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(shí)間為5min，查表2-3-5得篩選度為0.478、故障率為7.692次/小時(shí)。同樣設(shè)掃頻正弦振動(dòng)的加速度為7g、持續(xù)時(shí)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(shí)。兩種振動(dòng)應(yīng)力的故障率相差甚大，隨機(jī)振動(dòng)是掃頻振動(dòng)的33倍！幾種應(yīng)力的篩選度和故障率的對(duì)比見(jiàn)表2-3-6。
表2-3-6 篩選應(yīng)力效果對(duì)比
| 項(xiàng) 目 | 恒溫45℃ | 恒溫105℃ | 交變80℃
5℃/min | 交變80℃
20℃/min | 掃頻 7g
5min | 隨機(jī) rms7g
5/min |
| SS | 0.8761 | 0.9912 | 中等 | 高 | 0.0193 | 0.478 |
| λD(1/h) | 0.0104 | 0.0237 | 0.2020 | 0.7212 | 0.2339 | 70.692 |
| H/次故障 | 100 | 42 | 5 | 2 | 40.3 | 0.13(70.8min) |
| 影響壽命 | 較大 | 較大 | 基本不影響 | 不影響 | 不影響 | 不影響 |
| 試驗(yàn)設(shè)備造價(jià) | 低 | 低 | 較低 | 較高 | 低 | 較高 |
當(dāng)然，只有隨機(jī)振動(dòng)控制設(shè)備和與之配套的電磁振動(dòng)臺(tái)才能提供隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力，其設(shè)備價(jià)格要比掃頻振動(dòng)臺(tái)昂貴，但是為了提高篩選效率，限度地消除早期故障，這個(gè)投入還是合算的。
3.6.3 結(jié)論
a) 經(jīng)典的老煉工藝與常規(guī)的恒溫篩選對(duì)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(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到消除早期失效(缺陷)的效果，因而可能會(huì)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(jī)的辦法作為產(chǎn)品出廠的依據(jù)，在幾百小時(shí)內(nèi)暴露不了一個(gè)缺陷，也說(shuō)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(jìn)一步提高篩選效率、減少篩選對(duì)產(chǎn)品使用壽命影響的方法，我們要為此項(xiàng)篩選創(chuàng)造條件。
d) 定量環(huán)境應(yīng)力篩選，需要采用振動(dòng)應(yīng)力，其中又可以采用掃頻正弦振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)方式，但從篩選效率對(duì)比可知，隨機(jī)振動(dòng)方式是的應(yīng)力。為了提高篩選效率、減少振動(dòng)應(yīng)力篩選對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件壽命的影響，應(yīng)創(chuàng)造條件采用隨機(jī)振動(dòng)方式。
4. 環(huán)境應(yīng)力篩選方案設(shè)計(jì)
4.1 設(shè)計(jì)原則
環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原則是：使篩選應(yīng)力能激發(fā)出由于潛在設(shè)計(jì)缺陷、制造缺陷、元器件缺陷引起的故障；所施加的應(yīng)力不必模擬產(chǎn)品規(guī)定的壽命剖面、任務(wù)剖面、環(huán)境剖面；在試驗(yàn)中，應(yīng)模擬設(shè)計(jì)規(guī)定的各種工作模式。
根據(jù)條件和是否必要來(lái)確定常規(guī)篩選或是定量篩選；根據(jù)不同階段和產(chǎn)品的特征制訂篩選方案。
4.1.1 研制階段的篩選
研制階段一般按照經(jīng)驗(yàn)得到的篩選方法進(jìn)行常規(guī)篩選.，其主要作用是：一方面用于收集產(chǎn)品中可能存在的缺陷類型、數(shù)量及篩選方法效果等信息；另一方面，在可靠性增長(zhǎng)和工程研制試驗(yàn)前進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)，可節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和資金；同時(shí)利于設(shè)計(jì)成熟快捷的研制試驗(yàn)方法。
研制階段的常規(guī)篩選要為生產(chǎn)階段的定量篩選收集數(shù)據(jù)，為定量篩選作準(zhǔn)備,設(shè)計(jì)定量篩選的大綱。
4.1.2 生產(chǎn)階段的篩選
生產(chǎn)階段的篩選主要是實(shí)施研制階段設(shè)計(jì)的定量篩選大綱；并通過(guò)記錄缺陷析出量和設(shè)計(jì)估計(jì)值的比較，提出調(diào)整篩選和制造工藝的措施；參考結(jié)構(gòu)和成熟度相似產(chǎn)品的定量篩選經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，*或重新制訂定量篩選大綱。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要有：
故障率高的元器件和組件型號(hào)；故障率高的產(chǎn)品供貨方；元器件接收檢驗(yàn)、測(cè)試和篩選的數(shù)據(jù)；以往篩選和測(cè)試的記錄；可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)記錄；其它試驗(yàn)記錄。
4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)
4.2.1 依據(jù)產(chǎn)品缺陷確定篩選應(yīng)力
4.2..1.1 影響產(chǎn)品缺陷數(shù)量的因素
如前所述，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程引入的缺陷主要是：設(shè)計(jì)缺陷、工藝缺陷、元器件缺陷。這些缺陷可歸納為兩種類型，一是固有缺陷，它是存在于產(chǎn)品內(nèi)部的缺陷，如材料缺陷、外購(gòu)元器（部）件缺陷和設(shè)計(jì)缺陷；二是誘發(fā)缺陷，它是人們?cè)谏a(chǎn)或修理過(guò)程中引入的缺陷，如虛焊、連接不良等。這些缺陷的可視缺陷或用常規(guī)檢測(cè)手段便可發(fā)現(xiàn)缺陷，可在生產(chǎn)中被排除；除此之外的缺陷便成為潛在缺陷，構(gòu)成裝備的早期故障根源。裝備的早期故障一般要經(jīng)過(guò)100小時(shí)以內(nèi)的工作才能暴露，從而被排除。
影響產(chǎn)品缺陷數(shù)量的主要因素有：
產(chǎn)品的復(fù)雜程度。產(chǎn)品越復(fù)雜，包含的元器件類型和數(shù)量越多、接頭類型和數(shù)量越多，則設(shè)計(jì)和裝焊的難度越大，設(shè)計(jì)制造中引入缺陷的可能性越大。同時(shí)也增加環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)的難度。
元器件質(zhì)量水平。元器件質(zhì)量水平是裝備缺陷的主要來(lái)源，元器件質(zhì)量水平包括質(zhì)量等級(jí)和缺陷率指標(biāo)兩個(gè)方面，后者用PPM表示，一般生產(chǎn)廠要在說(shuō)明書(shū)中表示。這是定量篩選方案設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。
組裝密度。組裝密度高，元器件排列擁擠，裝焊操作難度大，易碰傷元器件，工作中散熱條件差，易引入工藝缺陷和使缺陷加速擴(kuò)大。
設(shè)計(jì)和工藝成熟程度。設(shè)計(jì)和工藝的成熟程度的提高，可以大大地減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷和工藝缺陷的種類及其數(shù)量。一般，在研制階段，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定型之前，設(shè)計(jì)缺陷占主導(dǎo)地位；在生產(chǎn)階段，設(shè)計(jì)缺陷減少，元器件缺陷和工藝缺陷比例增加，并且隨著設(shè)計(jì)的改進(jìn)和工藝的不斷成熟，元器件缺陷將占主導(dǎo)地位。
制造過(guò)程控制。制造過(guò)程控制主要是質(zhì)量控制，包括采用*的工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，管理控制得越嚴(yán)格，引入缺陷的機(jī)會(huì)就越少。
4.2.1.2 環(huán)境應(yīng)力對(duì)缺陷的影響
現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)力是影響缺陷發(fā)展成故障的主要因素。任何缺陷發(fā)展成為故障都需要受到一定強(qiáng)度應(yīng)力經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的作用，產(chǎn)品只有受到能產(chǎn)生等于或大于閾值的環(huán)境應(yīng)力才能使某些缺陷變?yōu)楣收希辉谀承睾偷沫h(huán)境應(yīng)力中，許多缺陷不會(huì)發(fā)展為故障。因此，只有選擇能暴露某些缺陷的應(yīng)力作為篩選的條件，才能達(dá)到篩選的目的。常用的應(yīng)力所能發(fā)現(xiàn)的典型缺陷見(jiàn)表2-4-1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，溫度應(yīng)力可篩選出80％的缺陷，振動(dòng)應(yīng)力可篩選出20％左右的缺陷。
表2-4-1 常用應(yīng)力能發(fā)現(xiàn)的典型缺陷
| 溫度循環(huán)應(yīng)力 | 振動(dòng)應(yīng)力 | 溫度加振動(dòng)應(yīng)力 |
元器件參數(shù)漂移
電路板開(kāi)路、短路 | 粒子污染 | 焊接缺陷 |
| 壓緊導(dǎo)線磨損 | 硬件松脫 |
| | 晶體缺陷 | |
| 元器件安裝不當(dāng) | 混裝 | 元器件缺陷 |
| 錯(cuò)用元器件 | 鄰近板摩擦 | 緊固件問(wèn)題 |
| 密封失效 | 相鄰元器件短路 | 元器件破損 |
| | 導(dǎo)線松脫 | 電路板蝕刻缺陷 |
| 導(dǎo)線束端頭缺陷 | 元器件粘接不良 | |
| 夾接不當(dāng) | 機(jī)械性缺陷 | |
| | 大質(zhì)量元器件緊固不當(dāng) | |
4.2.2 根據(jù)缺陷分布確定篩選等級(jí)
4.2.2.1 缺陷分布
缺陷在裝備研制生產(chǎn)的不同階段的類別和分布是變化的，因此在制定篩選大綱時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品缺陷的分布確定篩選等級(jí)。在研制階段，設(shè)計(jì)缺陷的比例；在生產(chǎn)初期，設(shè)計(jì)缺陷比例下降，工藝缺陷比例增加，占比例；在生產(chǎn)成熟階段，設(shè)計(jì)和工藝趨于成熟，個(gè)人操作熟練，元器件缺陷比例變得，此時(shí)設(shè)計(jì)缺陷一般只占5％以下，工藝缺陷在30％以下，而元器件缺陷可占60％以上。表2-4-2是不同裝備在單元或模塊組裝等級(jí)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選暴露的缺陷比例，反映了缺陷的分布情況，可作參考。
表2-4-2 各種產(chǎn)品篩選的缺陷比例
| 硬件類型 | 篩選組裝等級(jí) | 溫度篩選故障% | 振動(dòng)篩選故障% |
| 飛機(jī)發(fā)電機(jī) | 單元 | 55 | 45 |
| 計(jì)算機(jī)電源 | 單元 | 88 | 12 |
| 航空設(shè)備計(jì)算機(jī) | 單元 | 87 | 13 |
| 艦載計(jì)算機(jī) | 單元 | 93 | 7 |
| 接收處理機(jī) | 單元 | 71 | 29 |
| 慣性導(dǎo)航裝置 | 單元 | 77 | 23 |
| 接收系統(tǒng) | 單元 | 87 | 13 |
| 機(jī)載計(jì)算機(jī) | 模塊 | 87 | 13 |
| 控制指示器 | 單元 | 78 | 27 |
| 接收、發(fā)射機(jī) | 模塊 | 74 | 26 |
| 平均 | 綜合 | 79 | 21 |
4.2.2.2 篩選組裝等級(jí)的選擇
為了保證基本消除裝備的早期故障，在各個(gè)裝配等級(jí)上都安排環(huán)境應(yīng)力篩選。任何篩選都不可能代替高一裝配等級(jí)上的篩選。而任何高一級(jí)的篩選雖然可以代替低一級(jí)的篩選，但篩選效率會(huì)降低，篩選成本要提高。一般裝備分成設(shè)備或系統(tǒng)級(jí)（包括電纜和采購(gòu)的單元）、單元級(jí)（包括采購(gòu)的組件和布線）、組件級(jí)（包括印制電路板和布線）、元器件等4個(gè)級(jí)別。據(jù)經(jīng)驗(yàn)介紹，對(duì)元器件的篩選成本需要1～5個(gè)貨幣單位的話，組件級(jí)篩選則需要30～50貨幣單位，單元級(jí)需要250～500貨幣單位，設(shè)備或系統(tǒng)級(jí)需要500～1000貨幣單位。
根據(jù)多數(shù)單位的情況來(lái)看，設(shè)計(jì)篩選取組件級(jí)及以下和取單元級(jí)及以上的較多。
從綜合的角度來(lái)看，組件級(jí)篩選的優(yōu)點(diǎn)是：每檢出一個(gè)缺陷的成本低，尺寸小、不通電可進(jìn)行成批篩選、效率高；組件的熱慣性低，可進(jìn)行更高溫度變化率的篩選，篩選效率提高。其缺點(diǎn)是：由于不通電，難以檢測(cè)性能，篩選尋找故障的效率低；如果改成通電篩選檢測(cè)，需要專門設(shè)計(jì)設(shè)備，成本高；不能篩選出該組裝等級(jí)以上的組裝引入的缺陷。
單元級(jí)以上的篩選優(yōu)點(diǎn)是：篩選過(guò)程易于安排通電監(jiān)測(cè)，檢測(cè)效率高；通常不用專門設(shè)計(jì)檢測(cè)設(shè)備；單元中各組件的接口部分也得到篩選，能篩選各組件級(jí)引入的潛在缺陷。其缺點(diǎn)是：由于熱慣性較大，溫度變化速率不能大，溫度循環(huán)時(shí)間需要加長(zhǎng)；單元級(jí)包含了各種元部件，溫度變化范圍較小，會(huì)降低篩選效率；每檢出一個(gè)缺陷的成本高。
4.2.3 根據(jù)檢測(cè)效率確定定量篩選目標(biāo)
檢測(cè)效率是環(huán)境應(yīng)力篩選工作的重要因素。給產(chǎn)品施加應(yīng)力把潛在缺陷變成明顯的故障后，能否準(zhǔn)確定位和消除,就要取決于檢測(cè)手段及其能力。當(dāng)選擇在較高組裝等級(jí)進(jìn)行篩選時(shí)，有可能利用較現(xiàn)成的測(cè)試系統(tǒng)或機(jī)內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)；在選擇高組裝級(jí)篩選時(shí)，能準(zhǔn)確地模擬各種功能接口，也便于規(guī)定合理的驗(yàn)收準(zhǔn)則，容易實(shí)現(xiàn)高效率的檢測(cè)，提高檢測(cè)效率。表2-4-3列出了不同組裝等級(jí)情況的檢測(cè)效率，表2-4-4列出了各種測(cè)試系統(tǒng)的檢測(cè)效率范圍，可用于計(jì)算析出量的估計(jì)值。需要指出的是，綜合利用各種檢測(cè)系統(tǒng)能提高檢測(cè)效率。
表2-4-3 不同組裝等級(jí)情況的檢測(cè)效率
| 組裝等級(jí) | 測(cè)試方式 | 檢測(cè)效率 |
| 組件 | 生產(chǎn)線工序間合格測(cè)試 | 0.85 |
| 組件 | 生產(chǎn)線電路測(cè)試 | 0.90 |
| 組件 | 高性能自動(dòng)測(cè)試 | 0.95 |
| 單元 | 性能合格鑒定測(cè)試 | 0.90 |
| 單元 | 工廠檢測(cè)測(cè)試 | 0.95 |
| 單元 | 最終驗(yàn)收測(cè)試 | 0.98 |
| 系統(tǒng) | 在線性能監(jiān)測(cè)測(cè)試 | 0.90 |
| 系統(tǒng) | 工廠檢測(cè)測(cè)試 | 0.95 |
| 系統(tǒng) | 定購(gòu)方最終驗(yàn)收測(cè)試 | 0.99 |
表2-4-4 不同測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)效率范圍(%)
電 路
類 型 | 負(fù)載板短路測(cè)試
(LBS) | 電路分析儀
(ICT) | 電路測(cè)試儀
(ICT) | 功能板測(cè)試儀
(FBT) |
| 數(shù)字式 | 45～65 | 50～75 | 85～94 | 90～98 |
| 模擬式 | 35～55 | 70～2 | 90～96 | 80～90 |
| 混合式 | 40～0 | 60～0 | 87～94 | 83～95 |
4.2.4 元器件缺陷率的確定
確定環(huán)境應(yīng)力篩選的定量目標(biāo)必須確定產(chǎn)品的元器件缺陷率。可以按以下方法確定元器件缺陷率。
4.2.4.1 查表法
國(guó)產(chǎn)元器件由GJB 299《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定質(zhì)量等級(jí)，當(dāng)產(chǎn)品選定某個(gè)等級(jí)的元器件后，按照使用環(huán)境條件，可以從GJB/Z34《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》的附錄A的相應(yīng)表中查得不同質(zhì)量等級(jí)、不同使用環(huán)境的各種電子元器件的缺陷率數(shù)據(jù)（以PPM表示）。進(jìn)口元器件問(wèn)題較復(fù)雜，我們不可能查得每一個(gè)國(guó)家每一種元器件的缺陷率，只能參考美國(guó)MIL－HDBK－217E查出質(zhì)量等級(jí)，然后從GJB/Z34中查出進(jìn)口元器件的缺陷率。
4.2.4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證法
當(dāng)所用的元器件質(zhì)量等級(jí)無(wú)法從手冊(cè)中查得缺陷率數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)GJB/Z34《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》提供的方法對(duì)元器件進(jìn)行抽樣篩選，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得該元器件的缺陷率。
4.2.4.3 推算法
當(dāng)具備足夠的失效率、缺陷率、環(huán)境系數(shù)、質(zhì)量系數(shù)等數(shù)據(jù)時(shí)，可以按照以下步驟推算同類元器件在同種環(huán)境中其它質(zhì)量等級(jí)下的缺陷率。
4.2.4.3.1 根據(jù)質(zhì)量系數(shù)推算同類元器件在同種環(huán)境中其它質(zhì)量等級(jí)下的缺陷率
a) 基本信息
某類元器件的缺陷率DP ，包括在生產(chǎn)廠發(fā)現(xiàn)的缺陷率DPF和在現(xiàn)場(chǎng)使用中發(fā)現(xiàn)的缺陷率DPU，即DP=DPF+DPU，用PPM表示。
已知缺陷率和質(zhì)量等級(jí)的元器件的質(zhì)量系數(shù)πQ1和未知質(zhì)量等級(jí)的缺陷率元器件的系數(shù)πQ2。
b) 計(jì)算公式
失效率與質(zhì)量系數(shù)成正比的元器件，其缺陷率為
DPC=(πQ2/ πQ1 )×DPO =(πQ2/ πQ1 )×(Dpfo+Dpuo) (2-4-1)
式中： DPC——要計(jì)算的缺陷率，PPM；
DPO——已知質(zhì)量等級(jí)元器件的總?cè)毕萋剩琍PM；
πQ1——已知質(zhì)量等級(jí)元器件的質(zhì)量系數(shù)，可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中查得；
πQ2——要計(jì)算其缺陷率的質(zhì)量等級(jí)元器件的質(zhì)量系數(shù)，可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得；
Dpfo——已知質(zhì)量等級(jí)元器件工廠缺陷率，PPM；
Dpuo——已知質(zhì)量等級(jí)元器件現(xiàn)場(chǎng)使用中發(fā)現(xiàn)的缺陷率，PPM。
c) 示例
已知：某進(jìn)口晶體管的質(zhì)量等級(jí)為JAN級(jí)，缺陷率為D P（JAN）=346PPM；求取：質(zhì)量等級(jí)為JANTX進(jìn)口晶體管的缺陷率。
步驟：從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得：
πQ（JΑΝ）=1.2
πQ（JΑΝTX）=2.4
按式（2-4-1）計(jì)算
DP(JANTX)=(πQ(JANTX)/ πQ(JAN) )×DP(JAN)
=(0.24/1.2)×346
=69.2 (PPM)
4.2.4.3.2 根據(jù)環(huán)境系數(shù)推算同類元器件同一質(zhì)量等級(jí)在其它環(huán)境中的缺陷率
其一：失效率與環(huán)境系數(shù)成正比的元器件
a) 基本信息
某質(zhì)量等級(jí)的元器件在給定環(huán)境中的缺陷率DP，包括在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷率DPf和現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境中的缺陷率DPU，在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷率實(shí)際上就是地面固定環(huán)境（GF）的缺陷率。
給定環(huán)境的相應(yīng)環(huán)境系數(shù)πE1。
求取缺陷率所處環(huán)境相應(yīng)的環(huán)境系數(shù)πE2。
b) 計(jì)算公式
DPC=Dpf+(πE2/ πE1 )×Dpu (2-4-2)
式中：DPC——要計(jì)算的缺陷率，PPM；
Dpf——已知的在工廠的缺陷率，PPM；
Dpu——已知的在使用現(xiàn)場(chǎng)的缺陷率，PPM；
πE1——已知缺陷率所在環(huán)境的環(huán)境系數(shù)，可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得；
πE2 ——要計(jì)算的缺陷率所在環(huán)境的環(huán)境系數(shù)，可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得。
c) 示例
已知：進(jìn)口的質(zhì)量等級(jí)為JAN的晶體管在地面固定環(huán)境（GF）中的缺陷率為346PPM，其中工廠缺陷率為60PPM，使用環(huán)境缺陷率為286PPM；
求取：該等級(jí)晶體管在地面移動(dòng)環(huán)境(GM)中的缺陷率。
步驟：從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得兩種環(huán)境的環(huán)境系數(shù)：
πE1=πE(GF)=5.3
πE2=πE(GM)=18
應(yīng)用公式(2-4-2)計(jì)算:
DPC=Dpf+(πE2/ πE1 )×Dpu
=60+(18/5.3)×286
=60+971
=1031 (PPM)
其二：失效率與環(huán)境系數(shù)不成正比的元器件，以半導(dǎo)體集成電路為主
a) 基本信息：
半導(dǎo)體集成電路的質(zhì)量等級(jí)；半導(dǎo)體集成電路的總量；半導(dǎo)體集成電路工廠缺陷率，PPM；半導(dǎo)體集成電路現(xiàn)場(chǎng)工作小時(shí)數(shù)；半導(dǎo)體集成電路現(xiàn)場(chǎng)失效率。
b) 確定失效率模型
半導(dǎo)體集成電路失效模型為：
λP=πQ×[C1×πT×πV×πPT＋(C2＋C3)×πE]×πL (2-4-3)
式中：λP——工作失效率；
πQ——質(zhì)量系數(shù)；
πT——溫度應(yīng)力系數(shù)；
πV——電應(yīng)力系數(shù)；
πE——環(huán)境系數(shù)；
C1，C2——電路復(fù)雜度失效率；
C3——封裝復(fù)雜度失效率；
πL——器材成熟系數(shù)；
πPT可編程工藝系數(shù)，除可編程序的只讀存儲(chǔ)器外，其余為一。
可根據(jù)半導(dǎo)體集成電路的質(zhì)量系數(shù)和有關(guān)技術(shù)，確定πE、πQ、πT、πV、πPT 和C1，把它們和已知的現(xiàn)場(chǎng)失效率數(shù)據(jù)一并代入式(2-4-3)，可求得C1×πT×πV×πPT 和C2＋C3的值，并分別令其為K1、K2，式(2-4-3)簡(jiǎn)化為：
λP=πQ×(K1＋K2×πE)×πL (2-4-4)
式中：K1=C1×πT×πV×πTP
K2=C2+C3
c) 導(dǎo)出現(xiàn)場(chǎng)缺陷率計(jì)算公式
現(xiàn)場(chǎng)缺陷率等于現(xiàn)場(chǎng)失效率與現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間的乘積除以元器件總數(shù)。從基本信息可得到現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間和元器件總數(shù) ，再利用式(2-4-3)求得的失效率數(shù)據(jù),就可導(dǎo)出缺陷率計(jì)算公式：
DPU=λΡ×Τ／Ν (2-4-5)
式中：DPU——現(xiàn)場(chǎng)缺陷率；
λΡ——統(tǒng)計(jì)得到的工廠缺陷率；
Τ——現(xiàn)場(chǎng)工作總時(shí)間；
Ν——統(tǒng)計(jì)的元器件總數(shù)。
令K3=T/N，合并式(2-4-3)、(2-4-4)、(2-4-5)得：
DPU=DPf+Dpu
=Dpf+K3×πQ×(K1＋K2×πE)×πL (2-4-6)
式中： DPU——要計(jì)算的缺陷率；
Dpf——統(tǒng)計(jì)得到的工廠缺陷率；
πQ——質(zhì)量系數(shù)；
πE——環(huán)境系數(shù)；
πL ——器材成熟系數(shù)；
K1、K2、K3——根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的常數(shù)。
d) 示例
已知：進(jìn)口集成電路的質(zhì)量等級(jí)為C－1，統(tǒng)計(jì)的集成電路數(shù)量N為624087個(gè)，統(tǒng)計(jì)的工廠缺陷率 Dpf為160PPM，現(xiàn)場(chǎng)總工作時(shí)間T為8580×106h，現(xiàn)場(chǎng)失效率為0.025×10－6/h；求取：該質(zhì)量等級(jí)集成電路的失效率計(jì)算公式和缺陷率計(jì)算公式。
步驟：根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定某些值為：
πQ=13.0 C1=0.0053 πT=0.032 πV=1.0
πPT=1.0 πE=4.0 πL=1.0
代入式(2-4-3)： λP=πQ×[C1×πT×πV×πPT＋(C2＋C3)×πE]×πL 有：
0.025=13.0[(0.0053×0.032×1.0×1.0)+(C2+C3)4.0]1.0
則：C2+C3=K2=0.00044
C1×πT×πV×πTP=K1=0.00017
將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-4)得到失效率計(jì)算公式：
λP=πQ×(0.00017+0.00044πE)
現(xiàn)場(chǎng)缺陷率計(jì)算公式為：
DPU=λΡ×Τ／Ν
=λΡ×8580×106/624087
=[πQ×(0.00017+0.00044πE)]×0.0137481
=πQ×(2.3372+6.0492πE)×10-6
=πQ×(2.3372+6.0492πE) (PPM)
總?cè)毕萋视?jì)算公式為：
DPU=DPf+Dpu
=160＋πQ×(2.3372+6.0492πE) (PPM)
用此公式可以推算其它質(zhì)量等級(jí)和環(huán)境下元器件的缺陷率。
4.2.4.3 根據(jù)某元器件的缺陷率和失效率求取另一失效率已知的元器件缺陷率
此方法的前提是：假設(shè)失效率類似的元器件,其缺陷率也類似。
a) 基本信息
要計(jì)算的元器件的失效率λ1；已知缺陷率為DPO的元器件的失效率λ２；
b) 計(jì)算公式
DPC=DPO×λ２/ λ1 (2-4-7)
式中：DPC——要求解的缺陷率，PPM；
DPO——已知的缺陷率，PPM；
λ1——已知缺陷率的元器件的失效率；
λ2——要求解缺陷率的元器件的失效率。
此式求解的缺陷率是指某質(zhì)量等級(jí)的該類元器件在某種環(huán)境條件下的缺陷率，如果要求解的元器件是在不同環(huán)境條件和不同質(zhì)量等級(jí)的缺陷率，則可用本節(jié)相應(yīng)的其它方法求解。其總關(guān)系式為：
DPC=(πQ2/πQ1 )[DPU×(πE2/πE1)+DPf] (2-4-8)
式中：DPC——要計(jì)算的缺陷率，PPM；
πQ1——已知缺陷率的元器件的質(zhì)量系數(shù)；
πQ2 ——要求取缺陷率的元器件的質(zhì)量系數(shù)；
DPU——已知的現(xiàn)場(chǎng)缺陷率，PPM；
πE1——已知缺陷率的元器件的環(huán)境系數(shù)；
πE2——要求取缺陷率的元器件的環(huán)境系數(shù)；
DPf——已知的工廠中缺陷率，PPM。
c) 示例
已知：質(zhì)量為M等級(jí)的進(jìn)口元器件在地面固定環(huán)境中的失效率為0.00207×10-6；C-1級(jí)進(jìn)口集成電路在地面固定環(huán)境的失效率為0.05123×10-6，總?cè)毕萋蕿?03.2PPM，工廠缺陷率為160PPM。
求取：質(zhì)量等級(jí)為M的電阻器在地面固定環(huán)境中的缺陷率。
步驟：
DPC=DPO×λ２/ λ1
=503.2×10-6×(0.00207×10-6/0.5123×10-6)
=(160+343.2)×10-6×(0.00207/0.5123)
=6.46+13.87 (PPM)
=20.33 (PPM)
求取其它質(zhì)量等級(jí)和環(huán)境中的缺陷率公式為：
DPC=(πQ2/πQ1 )[13.87×(πE2/πE1)+6.46] PPM
4.2.5 依據(jù)殘留缺陷密度的相關(guān)性
4.2.5.1 殘留缺陷密度與平均故障間隔時(shí)間的關(guān)系
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前良好的元器件的平均失效率在10-6/h至10-7/h之間，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中由潛在缺陷造成的故障率合理范圍是大于10-3/h。假定裝備交付時(shí)故障率比規(guī)定的故障率λ0大10％是可接受的，且假定潛在缺陷造成的故障率λD為10-3/h，根據(jù)GJB/Z34提供的故障率與殘留缺陷密度的關(guān)系式：
DR=100λ0 (2-4-9)
DR=100/MTBF (2-4-10)
式中： DR——殘留在產(chǎn)品中的缺陷密度；
λ0——產(chǎn)品規(guī)定的故障率，1/h。
根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)提供的關(guān)系式計(jì)算得的缺陷密度與MTBF的關(guān)系數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-4-5。
表 2-4-5 殘留缺陷密度與MTBF的關(guān)系
(前提條件：λD為10-3/h，交付時(shí)允許故障率比規(guī)定的高0.1)
| 故障率λ0 | 0.1 | 0.01 | 0.005 | 0.002 | 0.001 | 0.0005 | 0.0002 | 0.0001 | 0.00001 |
| MTBF | 10 | 100 | 200 | 500 | 1000 | 2000 | 5000 | 10000 | 100000 |
| DR | 10 | 1 | 0.5 | 0.2 | 0.1 | 0.05 | 0.02 | 0.01 | 0.001 |
4.2.5.2 殘留缺陷密度與篩選成品率的關(guān)系
篩選成品率是指提交驗(yàn)收時(shí)產(chǎn)品中可篩選的潛在缺陷數(shù)為零的概率。其關(guān)系式為：
Y=e －DR (2-4-11)
式中：Y——篩選成品率；
DR——殘留缺陷密度。
置信度不同，篩選成品率的下限YL也不同，它是缺陷故障率與試驗(yàn)時(shí)間的乘積、缺陷故障率與規(guī)定故障率的比值的函數(shù)，表2-4-6列出了置信度為90%的篩選成品率下限數(shù)據(jù)，其它參數(shù)的數(shù)據(jù)可參閱GJB/Z34。
表2-4-6 置信度為90%的篩選成品率下限值(λD/λ0=0.1-1.0)
| 故 障 (失 效) 率 比 值 λD/λ0 | |
| λDT | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.40 | 0.50 | 0.60 | 0.70 | 0.80 | 0.90 | 1.00 |
| 0.1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 0.2 | 0.25 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 0.3 | 1.00 | 0.10 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 0.4 | 1.00 | 0.54 | 0.14 | 0.07 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.03 | 0.02 | 0.02 |
| 0.5 | 1.00 | 1.00 | 0.38 | 0.20 | 0.13 | 0.10 | 0.09 | 0.08 | 0.07 | 0.06 |
| 0.6 | 1.00 | 1.00 | 0.69 | 0.38 | 0.26 | 0.21 | 0.17 | 0.15 | 0.14 | 0.13 |
| 0.7 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.58 | 0.41 | 0.33 | 0.28 | 0.24 | 0.22 | 0.21 |
| 0.8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.78 | 0.56 | 0.45 | 0.39 | 0.35 | 0.32 | 0.29 |
| 0.9 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.96 | 0.71 | 0.58 | 0.50 | 0.45 | 0.41 | 0.38 |
| 1.0 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.84 | 0.69 | 0.60 | 0.54 | 0.50 | 0.47 |
| 1.1 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 | 0.79 | 0.69 | 0.63 | 0.58 | 0.55 |
| 1.2 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.88 | 0.78 | 0.71 | 0.66 | 0.62 |
| 1.3 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 | 0.85 | 0.78 | 0.73 | 0.69 |
| 1.4 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.91 | 0.83 | 0.78 | 0.74 |
| 1.5 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.96 | 0.88 | 0.83 | 0.79 |
| 1.6 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.93 | 0.88 | 0.84 |
| 1.7 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.96 | 0.91 | 0.87 |
| 1.8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.99 | 0.94 | 0.91 |
| 1.9 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.97 | 0.93 |
| 2.0 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.99 | 0.95 |
4.3 試驗(yàn)剖面的確定
4.3.1 應(yīng)力類型
定量環(huán)境應(yīng)力篩選一般選用溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力,對(duì)電子產(chǎn)品而言,一般都可以滿足篩選要求。某些產(chǎn)品有特殊要求的可選用特定的篩選應(yīng)力。
4.3.2 應(yīng)力組成
溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力各自激發(fā)的缺陷類型是不相同的,因此不能互相取代。然而，它們?cè)诩ぐl(fā)缺陷的能力上卻可以互相補(bǔ)充和加強(qiáng)，由振動(dòng)加速發(fā)展的缺陷可能在溫度循環(huán)中以故障的形式暴露出來(lái)；同樣，由溫度循環(huán)加速發(fā)展的缺陷也可能在振動(dòng)中以故障形式暴露出來(lái)。因此，環(huán)境應(yīng)力篩選的試驗(yàn)剖面應(yīng)把溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)組合起來(lái)，即隨機(jī)振動(dòng)—溫度循環(huán)—隨機(jī)振動(dòng)或溫度循環(huán)—隨機(jī)振動(dòng)—溫度循環(huán)。可以參閱GJB 1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》。
4.3.3 應(yīng)力量值
篩選應(yīng)力的量值以不能超過(guò)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)極限，能激發(fā)潛在缺陷又不損壞產(chǎn)品中完好的部分為原則。
4.3.3.1 溫度循環(huán)參數(shù)的選擇
a) 確定溫度循環(huán)的上下限溫度：
采用加電檢測(cè)性能的篩選方案時(shí)，溫度循環(huán)的上下限溫度不高于和低于設(shè)計(jì)的和的工作溫度。
采用非加電檢測(cè)性能的篩選方案時(shí)，溫度循環(huán)的上下限溫度不高于和低于產(chǎn)品貯存的高溫和低溫。
采用只在上限（或下限）溫度加電和檢測(cè)性能的篩選方案時(shí)，溫度循環(huán)的上限（或下限）溫度不高于（不低于）設(shè)計(jì)的（）工作溫度，另一側(cè)的溫度不低于（或高于）貯存溫度。示意圖見(jiàn)2-4-1。
1 產(chǎn)品加電篩選時(shí)檢測(cè)性能的溫度循環(huán)范圍
2 產(chǎn)品不加電篩選時(shí)的溫度循環(huán)范圍
3 產(chǎn)品加電篩選時(shí)檢測(cè)性能的上限溫度循環(huán)范圍
4 產(chǎn)品加電篩選時(shí)檢測(cè)性能的下限溫度循環(huán)范圍
圖2-4-1 溫度循環(huán)篩選溫度范圍示意
只對(duì)組件進(jìn)行篩選時(shí)，要找出組件中分組件（元器件）各自的和工作溫度、和貯存溫度，溫度循環(huán)的上下限溫度以這些高溫中的者和低溫中的者為溫度組，參照上述原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般設(shè)計(jì)的工作溫度和貯存溫度離設(shè)計(jì)的極限溫度還有一定距離，為了提高篩選效率，有時(shí)擴(kuò)大溫度變化幅度，向設(shè)計(jì)的極限溫度靠攏。
示例:某組件由5個(gè)分組件組成，其設(shè)計(jì)的各項(xiàng)溫度列于下表，確定其定量環(huán)境應(yīng)力篩選溫度。
從表中可得到篩選的工作溫度組為60℃和－30℃，貯存的溫度組為80℃和－40℃。
| 分組件號(hào) | 設(shè)計(jì)工作高溫 | 低溫（℃） | 設(shè)計(jì)貯存高溫 | 低溫（℃） |
| 1 | 80 | －40 | 100 | －55 |
| 2 | 90 | －45 | 100 | －50 |
| 3 | 100 | －50 | 120 | －40 |
| 4 | 110 | －30 | 150 | －55 |
| 5 | 60 | －50 | 80 | －55 |
b) 確定溫度變化速率：
溫度變化速率對(duì)篩選效果影響極大，應(yīng)盡可能加快溫度變化速率。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備或部件篩選的溫度變化速率不小于5℃/min。由于受篩選產(chǎn)品本身的熱慣性，產(chǎn)品的實(shí)際溫度變化速率遠(yuǎn)低于試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣溫變平均速率，因此要根據(jù)試驗(yàn)箱的能力盡量提高溫度變化速率。
在條件不具備，進(jìn)行非定量環(huán)境應(yīng)力篩選時(shí)，可采用兩箱法進(jìn)行溫度沖擊篩選。
在定量環(huán)境應(yīng)力篩選過(guò)程中，可按定量要求和觀察到的故障數(shù)調(diào)節(jié)已選定的溫度變化速率，以保證實(shí)現(xiàn)定量目標(biāo)。
c) 確定上、下限溫度的持續(xù)時(shí)間：
溫度循環(huán)中上、下限溫度的持續(xù)時(shí)間取決于產(chǎn)品在此溫度下達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間和檢測(cè)性能所需的時(shí)間，可通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的熱測(cè)定和對(duì)試驗(yàn)箱溫度穩(wěn)定時(shí)間的測(cè)定后確定。
d) 確定溫度循環(huán)次數(shù)：
溫度循環(huán)次數(shù)實(shí)際就是篩選的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)電子設(shè)備早期故障一般在交付的前50～100小時(shí)暴露，它與產(chǎn)品的復(fù)雜程度有關(guān)。一般，初始篩選和單元級(jí)的篩選采用10～20個(gè)循環(huán)，組件級(jí)篩選采用20～40個(gè)循環(huán)。
4.3.3.2 振動(dòng)應(yīng)力的選擇
a) 確定振動(dòng)量值
篩選的振動(dòng)量值一般應(yīng)低于產(chǎn)品環(huán)境鑒定試驗(yàn)的合格值，以不損壞產(chǎn)品為準(zhǔn)。常規(guī)篩選的隨機(jī)振動(dòng)量值一般可用0.04g2/Hz，把握不大的產(chǎn)品可根據(jù)通過(guò)測(cè)定摸清產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)特性，由低到高適當(dāng)調(diào)整，最后確定振動(dòng)量值。
b) 確定隨機(jī)振動(dòng)頻譜
隨機(jī)振動(dòng)頻譜應(yīng)采用GJB 1032或GJB/Z34標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻譜，頻率范圍為20～2000HZ，對(duì)少數(shù)情況可縮小到100～1000HZ。
應(yīng)對(duì)受篩選產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)測(cè)定，確定產(chǎn)品共振頻率、優(yōu)勢(shì)頻率，對(duì)產(chǎn)品響應(yīng)大的頻率段、要減少輸入，反之加大輸入，以保證不損壞產(chǎn)品和實(shí)施規(guī)定量值的篩選。
c) 確定軸向和時(shí)間
隨機(jī)振動(dòng)一般要在三個(gè)軸向上進(jìn)行，每個(gè)軸向振動(dòng)5～10min，最少不少于5min。如果產(chǎn)品中多數(shù)印制板呈同一個(gè)方向排列，則可僅在垂直于印制板方向進(jìn)行10 min的隨機(jī)振動(dòng)。正弦振動(dòng)也應(yīng)在三個(gè)軸向上進(jìn)行，一般進(jìn)行30min，不超過(guò)60min。
隨機(jī)振動(dòng)的效果發(fā)生在15～20min內(nèi)，延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間不僅無(wú)益于篩選，反而會(huì)引起疲勞損傷,一般用0.04g2/Hz振動(dòng)20min。我們可按此數(shù)據(jù)進(jìn)行等效振動(dòng)時(shí)間的計(jì)算：
T=20(W0/W1)3 (2-4-12)
式中：T——等效時(shí)間，min；
W0——0.04 g2/Hz；
W1——所用振動(dòng)量值，g2/Hz。
表2-4-7列出按式(2-4-12)計(jì)算的數(shù)據(jù)。
表2-4-7 功率譜密度、加速度均方根值和等效時(shí)間對(duì)照
| 加速度均方根值grms | 功率譜密度g2/Hz | 等效時(shí)間min |
| 6.06 | 0.04 | 20 |
| 5.2 | 0.03 | 47 |
| 4.24 | 0.02 | 160 |
| 3.0 | 0.01 | 1280 |
4.3.3.3 加電和性能檢測(cè)時(shí)間的選擇
a) 一般原則
為保證篩選效果，篩選中應(yīng)盡量進(jìn)行加電和性能檢測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)間歇故障和電應(yīng)力缺陷。從可能和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，一般在高裝配等級(jí)篩選時(shí)進(jìn)行間歇加電和性能檢測(cè)，低裝配等級(jí)可能不具備性能檢測(cè)的條件，需專門設(shè)計(jì)制造一套檢測(cè)儀表費(fèi)用太大，篩選時(shí)只好不進(jìn)行加電和性能檢測(cè)。
b) 溫度循環(huán)的加電和性能檢測(cè)
為了不影響降溫速率，在降溫過(guò)程不加電，為了發(fā)現(xiàn)間歇性故障也可加電；盡量在其它溫度段加電，期間如果不能做到連續(xù)進(jìn)行性能檢測(cè)，也應(yīng)盡量頻繁的進(jìn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和節(jié)省篩選時(shí)間。
c) 隨機(jī)振動(dòng)的加電和性能檢測(cè)
在振動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)加電和進(jìn)行性能檢測(cè)，以保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、不漏檢間歇故障；如果出現(xiàn)故障后不影響加電和檢測(cè)，則在振動(dòng)結(jié)束后再修理。
4.4 驗(yàn)證試驗(yàn)
4.4.1 驗(yàn)證試驗(yàn)的作用
篩選是環(huán)境應(yīng)力篩選的一個(gè)重要步驟，是在完成暴露缺陷的篩選試驗(yàn)之后安排一段試驗(yàn)，要求不再發(fā)生因缺陷引起的故障，以便證明篩選目的已經(jīng)達(dá)到，暴露的故障已經(jīng)排除，證明能在規(guī)定的置信度下滿足定量篩選的目標(biāo)。因此又稱篩選為驗(yàn)收篩選試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)中發(fā)生缺陷型故障時(shí)，應(yīng)重新試驗(yàn)，以保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生缺陷性故障。其作用是：作為篩選圓滿程度的度量，作為修復(fù)是否完成的度量。
4.4.2 篩選應(yīng)力的確定
篩選所用應(yīng)力一般與環(huán)境應(yīng)力篩選應(yīng)力相同，有條件的也可模擬工作環(huán)境應(yīng)力。
4.4.3 篩選時(shí)間的確定
驗(yàn)收的篩選試驗(yàn)時(shí)間T的確定方法如下：
a) 搜集信息
受篩選產(chǎn)品預(yù)計(jì)的（規(guī)定值）失效率λ０；
在選定的篩選應(yīng)力作用下的缺陷故障率λD；
受篩選產(chǎn)品的缺陷平均故障率與規(guī)定的故障率之比：λD／λ0；
在給定的置信度下篩選成品率下限值YL。
b) 步驟
篩選時(shí)間T的確定過(guò)程參閱圖2-4-2。
具體如下：
根據(jù)產(chǎn)品規(guī)定的可靠性值MTBF確定定量篩選目標(biāo)DRG：DRG=100λ０，λ０=1/MTBF；
計(jì)算系統(tǒng)級(jí)的缺陷目標(biāo)DIN；
選定驗(yàn)收的篩選應(yīng)力，一般與缺陷篩選應(yīng)力相同；
確定所需的篩選檢出度TS=1－DRG/DIN；
確定所用的檢測(cè)設(shè)備及其檢測(cè)效率DE；
計(jì)算所需的篩選度SS=TS/DE；
從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得所用篩選應(yīng)力參數(shù)和篩選度對(duì)應(yīng)的λD；
將λD除以λ0值；
根據(jù)公式Y(jié)L=e－DRG求取篩選成品率YL；
確定篩選成品率的置信度，據(jù)此和 λD/λ0 值,從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查出λDT值；
按T=λDT/λD求得驗(yàn)收篩選時(shí)間T。
5 方案的實(shí)施與應(yīng)用實(shí)例
環(huán)境應(yīng)力篩選是裝備研制生產(chǎn)的工藝過(guò)程，裝備承制方要編制大綱，在不同階段按照大綱實(shí)施。為了收到預(yù)期效果，必須認(rèn)真做好各項(xiàng)工作。
5.1 樣品的準(zhǔn)備
無(wú)論是在那一個(gè)組裝等級(jí)上進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選，一般都要全數(shù)進(jìn)行。因此，篩選前的樣品準(zhǔn)備就是全部產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)準(zhǔn)備。其主要工作就是在該組裝等級(jí)完成裝配之后，根據(jù)產(chǎn)品的不同情況進(jìn)行性能檢測(cè)、性能調(diào)試和電纜連接、機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接和緊固。
5.2 實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選的場(chǎng)所，需要提供滿足大綱要求符合精度的應(yīng)力條件和檢測(cè)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境條件、仲裁大氣環(huán)境條件等。
5.2.1 實(shí)驗(yàn)室大氣環(huán)境條件
實(shí)驗(yàn)室需要提供標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境條件和仲裁大氣環(huán)境條件， 標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境條件，主要用于產(chǎn)品篩選前后的性能檢測(cè)，其溫度為15～35℃，相對(duì)濕度即為實(shí)驗(yàn)室濕度，大氣壓力即為實(shí)驗(yàn)室氣壓，不加控制。仲裁大氣環(huán)境條件，用于必要的產(chǎn)品性能檢測(cè)，以解決有爭(zhēng)議內(nèi)容的仲裁，其溫度為23±2℃，相對(duì)濕度為50±5％RH，大氣壓力為86～106kPa，都需要進(jìn)行控制。
5.2.2 環(huán)境應(yīng)力條件的容差
提供環(huán)境應(yīng)力的設(shè)備必須按規(guī)定進(jìn)行定期計(jì)量，保證篩選應(yīng)力的精度。
a) 溫度容差
除必要的支持點(diǎn)外，受篩產(chǎn)品應(yīng)被試驗(yàn)箱內(nèi)空氣所包圍，受篩產(chǎn)品周圍的溫度梯度應(yīng)小于1℃/m，箱內(nèi)溫度不得超過(guò)試驗(yàn)溫度±2℃的范圍。
b) 隨機(jī)振動(dòng)容差
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力條件的容差，GJB 1032作了規(guī)定，參閱表2-5-1。容差的dB數(shù)按公式(2-5-1)計(jì)算。
dB=10lg(W/W0) (2-5-1)
式中：W—實(shí)測(cè)的加速度功率譜密度，g2/Hz；
W0—規(guī)定的加速度功率譜密度，g2/Hz。
均方根加速度容差不大于1.5dB，其容差的分貝數(shù)（dB）由公式(2-5-2)計(jì)算。
dB=20lg(GRMS/GRMS0) (2-5-2)
式中：GRMS—實(shí)測(cè)的均方根加速度，g；
GRMS0—規(guī)定的均方根加速度，g。
表2-5-1 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力容差范圍
| 頻率范圍Hz | 分析帶寬Hz | 容差規(guī)定dB | 容差放寬備注 |
| 20～200 | 25 | ±3 | |
| 200～500 | 50 | ±3 | |
| 500～1000 | 50 | ±3 | -6dB，累計(jì)帶寬100Hz之內(nèi) |
| 1000～2000 | 100 | ±6 | -9dB，累計(jì)帶寬300Hz之內(nèi) |
c) 試驗(yàn)時(shí)間容差
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)時(shí)間的容差為±１％。
5.2.3 試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備
a) 篩選試驗(yàn)所用的溫度循環(huán)試驗(yàn)箱應(yīng)按以下要求進(jìn)行準(zhǔn)備：
產(chǎn)品除必要的安裝支點(diǎn)外，都能全部暴露在傳熱的空氣介質(zhì)之中；
滿足高低溫范圍要求，溫度變化速率平均不低于5℃/min；
試驗(yàn)箱內(nèi)沒(méi)有直接到達(dá)產(chǎn)品的輻射熱；
控制箱溫的溫度傳感器應(yīng)只采集箱內(nèi)循環(huán)氣流的溫度，而不受產(chǎn)品和箱的輻射熱的影響；
箱內(nèi)氣流應(yīng)使樣品周圍的溫度場(chǎng)分布均勻，并能在樣品和箱壁之間自由循環(huán)；
能控制箱內(nèi)氣流的溫度和濕度，保證在試驗(yàn)期間樣品上不出現(xiàn)凝露。
b) 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備及其夾具的準(zhǔn)備
隨機(jī)振動(dòng)設(shè)備必須滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)力要求；
夾具在規(guī)定的功率譜密度上限頻率2000Hz以內(nèi)不應(yīng)有共振頻率存在，即在20～2000Hz范圍內(nèi)沿振軸方向的傳遞函數(shù)必須保持平坦；，不平坦容差不得超過(guò)±3dB，如有困難，在500～2000Hz頻率范圍內(nèi)允許放寬到±6dB，但累計(jì)帶寬在300Hz以內(nèi)。
c) 通用儀表的準(zhǔn)備
通用儀表應(yīng)有計(jì)量合格的證明，測(cè)試準(zhǔn)確度不應(yīng)低于測(cè)試參數(shù)容差的1/3。
d) 篩選記錄的準(zhǔn)備
為了保證在篩選期間能有效地采集數(shù)據(jù)、分析故障、記錄糾正措施，必須準(zhǔn)備相應(yīng)的記錄表，同時(shí)參加人員必須熟悉產(chǎn)品性能、接口、檢測(cè)儀表、試驗(yàn)裝置、篩選程序、操作規(guī)定等內(nèi)容。
5.3 環(huán)境應(yīng)力篩選管理
5.3.1 環(huán)境應(yīng)力篩選的計(jì)劃管理
裝備承制方要在產(chǎn)品研制的方案階段就根據(jù)產(chǎn)品可靠性要求和試驗(yàn)條件制定環(huán)境應(yīng)力篩選大綱和計(jì)劃，并與產(chǎn)品研制計(jì)劃相協(xié)調(diào)，納入研制生產(chǎn)計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)之中，隨著產(chǎn)品研制生產(chǎn)的進(jìn)度適時(shí)安排各項(xiàng)篩選工作。環(huán)境應(yīng)力篩選需要耗費(fèi)資源，要占用一定時(shí)間，要使用技術(shù)力量，因此要在研制生產(chǎn)周期和費(fèi)用的預(yù)算方面，在人員安排方面綜合考慮這些因素。這樣才能使環(huán)境應(yīng)力篩選工作得以落實(shí)。
5.3.2 環(huán)境應(yīng)力篩選條件的剪裁
環(huán)境應(yīng)力篩選條件一般按照GJB 1032標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選大綱的規(guī)定設(shè)計(jì)。在篩選過(guò)程中，還要根據(jù)產(chǎn)品的工藝成熟程度及使用信息對(duì)篩選條件進(jìn)行調(diào)整，甚至采用簡(jiǎn)化或抽樣的篩選方案。
a) 簡(jiǎn)化原則
當(dāng)產(chǎn)品制造工藝成熟，其MTBF數(shù)值很大，接收概率接近100％，且得到定購(gòu)方的認(rèn)可，環(huán)境應(yīng)力篩選條件才可以在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化。
b) 簡(jiǎn)化方案的選擇
其一，抽樣篩選方案：抽樣按GJB 8052標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行，要求在整個(gè)篩選過(guò)程中不發(fā)生失效，才能判定該批產(chǎn)品通過(guò)環(huán)境應(yīng)力篩選，簡(jiǎn)化有效，否則不能采用簡(jiǎn)化方案。因此選擇抽樣篩選方案風(fēng)險(xiǎn)較大。
其二，簡(jiǎn)化篩選程序方案：篩選的檢驗(yàn)階段的程序時(shí)間，可從缺陷剔除試驗(yàn)階段就開(kāi)始計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的120小時(shí)范圍內(nèi)，有連續(xù)40小時(shí)以上的時(shí)間。如果程序的前40小時(shí)不出現(xiàn)故障，則可以免去其后的程序時(shí)間。
5.3.3 環(huán)境應(yīng)力的篩選程序
無(wú)論是一般環(huán)境應(yīng)力篩選還是定量環(huán)境應(yīng)力篩選，其程序由初始性能檢測(cè)、缺陷剔除試驗(yàn)、檢驗(yàn)及最后性能檢測(cè)等組成。過(guò)程示意參閱圖2-5-1。
初始性能檢測(cè) Þ環(huán) 境 應(yīng) 力 篩 選 Þ最后性能檢測(cè)
缺 陷 剔 除 ® 檢 驗(yàn)
隨機(jī) 溫度 溫度 隨機(jī)
振動(dòng)® 循環(huán) 循環(huán) ® 振動(dòng)
5min 40h 40～80h 5～15min
至少連續(xù)40h
圖2-5-1 環(huán)境應(yīng)力篩選程序示意
初始性能檢測(cè)在標(biāo)準(zhǔn)大氣（即實(shí)驗(yàn)室大氣溫度環(huán)境）條件下進(jìn)行，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件進(jìn)行外觀、機(jī)械和電氣性能檢測(cè)并記錄。凡檢測(cè)不合格的不能進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選。
環(huán)境應(yīng)力篩選包括缺陷剔除試驗(yàn)和檢驗(yàn)試驗(yàn)兩個(gè)階段：
缺陷剔除試驗(yàn)，對(duì)樣品施加規(guī)定的隨機(jī)振動(dòng)和溫度循環(huán)應(yīng)力，*行隨機(jī)振動(dòng)，后進(jìn)行溫度循環(huán)。對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的所有故障都要詳細(xì)記錄，在隨機(jī)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的故障要待振動(dòng)結(jié)束后排除，在溫度循環(huán)中發(fā)現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)即時(shí)中斷試驗(yàn)，排除后繼續(xù)試驗(yàn)，并從發(fā)現(xiàn)故障的循環(huán)起點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算試驗(yàn)時(shí)間（即扣除發(fā)現(xiàn)故障該循環(huán)的試驗(yàn)時(shí)間）。
檢驗(yàn)試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證篩選的有效性，*行溫度循環(huán)，后進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)。應(yīng)力量級(jí)可與缺陷剔除試驗(yàn)相同，溫度循環(huán)時(shí)間增加到80小時(shí)，隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)到15分鐘。檢驗(yàn)試驗(yàn)始終要對(duì)樣品進(jìn)行功能監(jiān)測(cè)，在溫度循環(huán)中，應(yīng)有連續(xù)40小時(shí)；在隨機(jī)振動(dòng)中，應(yīng)有連續(xù)5分鐘，驗(yàn)證試驗(yàn)才算通過(guò)。如在溫度循環(huán)的前40小時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，允許排除后繼續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)；在隨機(jī)振動(dòng)的分鐘出現(xiàn)故障，也允許在排除故障后繼續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)情況同樣要作詳細(xì)記錄。
最后性能檢測(cè)是將通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)的樣品在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境條件下，按其技術(shù)條件逐項(xiàng)檢測(cè)并記錄，將結(jié)果與初始檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較，根據(jù)規(guī)定的驗(yàn)收極限值對(duì)產(chǎn)品作出評(píng)價(jià)。
整個(gè)環(huán)境應(yīng)力篩選過(guò)程結(jié)束后，要編制環(huán)境應(yīng)力篩選報(bào)告，作為裝備可靠性信息資料保存，納入可靠性信息管理。
5.4 試驗(yàn)記錄與故障信息的綜合應(yīng)用
5.4.1 試驗(yàn)記錄的管理
環(huán)境應(yīng)力篩選是裝備研制生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程獲得的所有記錄、數(shù)據(jù)、分析報(bào)告既要按照承制方的工藝文件管理的規(guī)定實(shí)施，又要納入FRACAS管理，防止信息流失。
5.4.2 故障信息的綜合應(yīng)用
環(huán)境應(yīng)力篩選獲得的故障信息是寶貴的資源，綜合應(yīng)用故障信息可以獲得良好的效益。其作用如下：a) 用于直接排除產(chǎn)品的缺陷，這是環(huán)境應(yīng)力篩選的首要目標(biāo)；
b) 用于檢查和排除同型號(hào)同批次尚未進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選產(chǎn)品的缺陷，有可能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化篩選，從而節(jié)省資源和時(shí)間。
c) 用于修改設(shè)計(jì)，有可能到達(dá)可靠性增長(zhǎng)的效果。環(huán)境應(yīng)力篩選暴露的故障，除了來(lái)自工藝缺陷、元器件缺陷之外，還可能有來(lái)自設(shè)計(jì)的缺陷，前者按照環(huán)境應(yīng)力篩選的程序加以排除，后者必須對(duì)其進(jìn)行分析、判斷，確認(rèn)屬于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的故障后，反饋給設(shè)計(jì)部門，可以通過(guò)修改設(shè)計(jì)的方法消除，從而到達(dá)可靠性增長(zhǎng)的效果。
d) 用于承制單位技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)保存，為以后產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，提供依據(jù)，提高整體水平。
5.5 應(yīng)用實(shí)例
5.5.1 基本情況
在原國(guó)防科工委4局和7局、電科院預(yù)研局7處的支持下，在某廠的配合下，電子工業(yè)部五所工程中心于1991～1992年對(duì)某廠生產(chǎn)的6部某型號(hào)短波自適應(yīng)電臺(tái)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選，共暴露了23個(gè)故障，連同驗(yàn)收試驗(yàn)共進(jìn)行了123小時(shí)的試驗(yàn)，獲得圓滿結(jié)果，使電臺(tái)可靠性水平得到提高，收到了生產(chǎn)廠家預(yù)料之外的效果。
5.5.2 環(huán)境應(yīng)力篩選方案
由于某廠引進(jìn)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)該型號(hào)電臺(tái)，技術(shù)性能和可靠性指標(biāo)都照抄原機(jī)的，國(guó)產(chǎn)化后許多內(nèi)容尚未定量化，因此沒(méi)有條件進(jìn)行定量環(huán)境應(yīng)力篩選，而采用環(huán)境應(yīng)力篩選方案。
5.5.2.1 篩選應(yīng)力的確定
按照環(huán)境應(yīng)力篩選標(biāo)準(zhǔn)GJB 1032，采用高低溫循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)兩種應(yīng)力組合。
a) 溫度循環(huán)應(yīng)力
根據(jù)電臺(tái)設(shè)計(jì)的工作環(huán)境條件溫度范圍＋60℃、-40℃和五所試驗(yàn)設(shè)備的能力確定：
產(chǎn)品通電工作篩選溫度范圍為＋60℃、－40℃，溫度變化率為＋7℃/min、－11℃/min；根據(jù)性能檢測(cè)要求，確定高、低溫停留時(shí)間各為1.5小時(shí)，一個(gè)溫度循環(huán)時(shí)間為3.5小時(shí)；暴露缺陷的循環(huán)次數(shù)為10，驗(yàn)收試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)為20。
b) 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力
按照GJB 1032標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和五所隨機(jī)振動(dòng)設(shè)備的能力確定：頻率范圍為20～2000Hz，功率譜密度為：0.04g2 /Hz（在80～350Hz之間），20～80Hz和350～2000Hz功率譜密度變化率為±3dB/倍頻程(見(jiàn)圖2.5.2）。
5.5.2.2 應(yīng)力施加步驟
根據(jù)GJB 1032標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)力施加的順序是：隨機(jī)振動(dòng)15分鐘→溫度循環(huán)10個(gè)周期（暴露缺陷過(guò)程）→溫度循環(huán)20個(gè)周期（驗(yàn)證試驗(yàn)）→隨機(jī)振動(dòng)(5～15分鐘)。
表2-5-2 某型號(hào)電臺(tái)環(huán)境應(yīng)力篩選故障記錄
| 序號(hào) | 應(yīng)力條件 | 故障現(xiàn)象及發(fā)生次數(shù) | 原因分析 | 消除措施 |
| 1 | 隨機(jī)振動(dòng) | 機(jī)箱蓋板螺釘脫落2次 | 裝配缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 2 | 隨機(jī)振動(dòng) | 電容器C39脫落2次 | 電路板孔距不匹配 | 改進(jìn)設(shè)計(jì) |
| 3 | 隨機(jī)振動(dòng) | A7單元一聯(lián)線碰地1次 | 裝配工藝缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 3 | 隨機(jī)振動(dòng) | A7單元地線斷1次 | 裝配工藝缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 4 | 隨機(jī)振動(dòng) | A6單元控制線斷1次 | 裝配工藝缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 5 | 隨機(jī)振動(dòng) | 晶體濾波器損壞4次 | 器件工藝缺陷 | 加捆綁措施 |
| 6 | 隨機(jī)振動(dòng) | 可充電電池G腳斷1次 | 裝配工藝缺陷 | 加捆扎措施 |
| 7 | 隨機(jī)振動(dòng) | 機(jī)箱后板保險(xiǎn)絲脫落1次 | 裝配工藝缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 8 | 溫度循環(huán) | 功放管損壞1次 | 設(shè)計(jì)缺陷 | 加散熱設(shè)計(jì) |
| 9 | 溫度循環(huán) | 集成電路損壞2次 | 設(shè)計(jì)缺陷 | 加散熱設(shè)計(jì) |
| 10 | 溫度循環(huán) | 集成電路接觸不良1次 | 裝配工藝缺陷 | 加強(qiáng)檢驗(yàn) |
| 11 | 溫度循環(huán) | A2單元輸出下降1次 | 晶體3極管失效 | 更換元件 |
| 12 | 隨機(jī)振動(dòng) | A7單元電感脫落3次 | 裝配工藝缺陷 | 增加膠黏工藝次數(shù) |
| 13 | 溫度循環(huán) | A1單元電感脫落1次 | 裝配工藝缺陷 | 增加膠黏工藝次數(shù) |
| 13 | 溫度循環(huán) | 天調(diào)單元電感脫落1次 | 裝配工藝缺陷 | 增加膠黏工藝次數(shù) |
5.5.3 篩選記錄
5.5.3.1 故障記錄
6部電臺(tái)按照環(huán)境應(yīng)力篩選方案和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序?qū)嵤┬阅軝z測(cè)和環(huán)境應(yīng)力篩選，在剔除缺陷階段共暴露了23個(gè)故障列于表2-5-2。在驗(yàn)收試驗(yàn)階段未發(fā)現(xiàn)故障，6部電臺(tái)的篩選工作順利完成。此次篩選還進(jìn)行了可靠性保證試驗(yàn)的研究，其它情況將在本教材的其它章敘述。5.5.3.2 故障分析
對(duì)23個(gè)故障進(jìn)行分析，可以得到以下認(rèn)識(shí)：
a) 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選效率高，暴露產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和裝配工藝缺陷效果很好
該電臺(tái)的環(huán)境應(yīng)力篩選共暴露了23個(gè)故障，其中有19個(gè)是在隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選下暴露的，占82％；只有4個(gè)故障是溫度循環(huán)應(yīng)力篩選暴露的，僅占18％。在隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力暴露的19個(gè)故障中，有16個(gè)屬于工藝缺陷，可見(jiàn)該應(yīng)力對(duì)此類缺陷的暴露效果。
b) 溫度循環(huán)應(yīng)力篩選對(duì)暴露半導(dǎo)體器件的缺陷效果良好
溫度循環(huán)應(yīng)力篩選雖然只暴露了4個(gè)故障，但都屬于半導(dǎo)體器件的（IC）故障，其中有2個(gè)是整機(jī)設(shè)計(jì)的缺陷、有1個(gè)是裝配工藝的缺陷、有1個(gè)是器件失效（器件本身是否有缺陷未作進(jìn)一步分析），可見(jiàn)溫度循環(huán)應(yīng)力對(duì)此類器件缺陷的篩選作用是十分顯著的。
c) 環(huán)境應(yīng)力篩選能夠暴露設(shè)計(jì)缺陷，可為產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)提供依據(jù)
本篩選試驗(yàn)暴露的23個(gè)故障中有9個(gè)屬于設(shè)計(jì)缺陷，需要采取糾正設(shè)計(jì)措施才能消除這類故障模式，并可使電臺(tái)可靠性水平獲得增長(zhǎng)。這里介紹4個(gè)典型例子，供有關(guān)人員參考。
其一，晶體濾波器內(nèi)部晶體片的固定工藝設(shè)計(jì)缺陷：
篩選中共發(fā)生4起晶體濾波器故障，經(jīng)過(guò)解剖檢查發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部晶體片的固定工藝設(shè)計(jì)有缺陷，只在晶體的一端靠電路引線固定，而另一端懸空，受到振動(dòng)應(yīng)力的激勵(lì)后脫落。后來(lái)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在晶體片的另一端增加固定措施，此后再未發(fā)現(xiàn)這種故障模式。
其二，可充電電池的安裝設(shè)計(jì)缺陷：
篩選中發(fā)生了可充電電池受震脫落的故障，經(jīng)分析該電池重量超過(guò)14克，工藝設(shè)計(jì)沒(méi)有按規(guī)范采取捆綁固定措施，而是依靠電池兩端的自焊引線與印制電路板連接（波峰焊接），結(jié)果經(jīng)不起隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的激勵(lì)。后來(lái)采取加捆綁設(shè)計(jì)而解決。
其三，IC熱設(shè)計(jì)缺陷
篩選中發(fā)生2次IC燒壞的故障，經(jīng)查該器件消耗的功率較大，設(shè)計(jì)上又沒(méi)有加裝散熱片，在溫度循環(huán)高溫停留段發(fā)生過(guò)熱而損壞，這是熱設(shè)計(jì)的缺陷。后來(lái)設(shè)計(jì)增加不大的散熱片，該故障模式消除。
其四，印制電路板某電容器的安裝孔距離設(shè)計(jì)缺陷
篩選中發(fā)生過(guò)某單元的C39 電容器脫落故障2次，經(jīng)查是印制電路板的安裝孔距離與電容器不匹配，安裝時(shí)電容器的引線必須歪斜才能插入，導(dǎo)致波烽焊接后兩極的長(zhǎng)度不一，固定不牢，在隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的激勵(lì)下便發(fā)生脫落。這是印制電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷，改進(jìn)后可以消除這個(gè)故障模式。
由此可見(jiàn)，環(huán)境應(yīng)力篩選不僅可以暴露元器件和工藝的缺陷，消除產(chǎn)品的早期失效，還可以暴露某些設(shè)計(jì)缺陷，起到可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的作用，經(jīng)過(guò)分析采取有效的糾正措施后，同樣可以使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)，從而使產(chǎn)品可靠性水平比設(shè)計(jì)值大大地提高。
5.6 注意事項(xiàng)
環(huán)境應(yīng)力篩選是整機(jī)研制與生產(chǎn)的工藝過(guò)程，每一個(gè)產(chǎn)品都必須進(jìn)行，為了節(jié)省資源和時(shí)間，要盡量選取效率高的應(yīng)力條件和費(fèi)用低的裝配等級(jí)。隨機(jī)振動(dòng)設(shè)備和溫度循環(huán)設(shè)備是的，承制單位要盡早配備，在配備之前可到附近具備這些條件的單位去實(shí)施，此時(shí)精選篩選裝配等級(jí)顯得更加重要。
環(huán)境應(yīng)力篩選方案設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合工作，要掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、元器件的歷史和現(xiàn)況信息，收集必要的數(shù)據(jù)；選取環(huán)境應(yīng)力篩選或是定量環(huán)境應(yīng)力篩選、選取何種篩選裝配等級(jí)時(shí)，都要承擔(dān)一些風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，圍繞產(chǎn)品可靠性要求進(jìn)行綜合權(quán)衡。
環(huán)境應(yīng)力篩選與可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)同屬于可靠性工程試驗(yàn)，它們有相同的總目標(biāo)，也有各自的特點(diǎn)，可以相互補(bǔ)充卻不能相互取代，可以應(yīng)用環(huán)境應(yīng)力篩選做一些可靠性增長(zhǎng)的事情，以充分應(yīng)用環(huán)境應(yīng)力篩選的結(jié)果，提高試驗(yàn)效率。
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