品達(dá)溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱應(yīng)力篩選

 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)果也見表2-3-4,。

表2-3-4  溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱掃頻振動(dòng)篩選度和故障率

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；

    溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱使未充分消除應(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(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(jī)振動(dòng)譜的面積,，g2 (見圖2.3.3)；

　　　t—動(dòng)時(shí)間,，min,。

2-3-5  隨機(jī)振動(dòng)篩選度和故障率

3.5.4  溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱隨機(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

    溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱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zui大(80℃)、老煉篩選時(shí)間zui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zui大(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,，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z(mì)ui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zui低的要求,，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，可以通過提高溫度變化率的應(yīng)力參數(shù)來實(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,，提高溫變速率是的方法，為此而增加投入也是適宜的,。

3.6.2 振動(dòng)應(yīng)力對(duì)比

    一般說來,，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)比見表2-3-6,。

表2-3-6 溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱篩選應(yīng)力效果對(duì)比

　　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，zui大限度地消除早期故障,，這個(gè)投入還是合算的,。

3.6.3  溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱結(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。