溫度循環(huán)應(yīng)力篩選

來源：UV老化試驗(yàn)網(wǎng) 2013年07月29日 16:34

應(yīng)力篩選（Environmental Stress Screening,，簡稱ESS）說明：
　應(yīng)力篩選是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)強(qiáng)度極限下，運(yùn)用加速技巧外加環(huán)境應(yīng)力,，如：預(yù)燒（burn in）,、溫度循環(huán)（temperature cycling）、隨機(jī)振動(dòng)（random vibration）,、開閉循環(huán)（power cycle）..等方法,，透過加速應(yīng)力來使?jié)摯嬗诋a(chǎn)品的瑕疵浮現(xiàn)[潛在零件材料瑕疵、設(shè)計(jì)瑕疵,、制程瑕疵,、工藝瑕疵]，以及消除電子或機(jī)械類殘留應(yīng)力,，還有消除多層電路板間的雜散電容,，將澡盆曲線里面的早夭期階段的產(chǎn)品事先剔除與修里，使產(chǎn)品透過適度的篩選,，保存澡盆曲線的正常期與衰退期的產(chǎn)品,，以避免該產(chǎn)品于使用過程中，受到環(huán)境應(yīng)力的考驗(yàn)時(shí)而導(dǎo)致失效,，造成不必要的損失,，雖然使用ESS應(yīng)力篩選會(huì)增加成本與時(shí)間,，但是對于提高產(chǎn)品出貨良率與降低返修次數(shù)，有顯著的效果,，對于總成本反而會(huì)降低,，另外客戶信任度也會(huì)有所提升，一般針對于電子零件的應(yīng)力篩選方式有預(yù)燒,、溫度循環(huán),、高溫、低溫,，PCB印刷電路板的應(yīng)力篩選方式為溫度循環(huán),，針對于電子成本的的應(yīng)力篩選為：通電預(yù)燒、溫度循環(huán),、隨機(jī)振動(dòng),，另外應(yīng)力篩本身是一種制程階段的過程，而不是一種試驗(yàn),，篩選是100％對產(chǎn)品進(jìn)行的程序,。

應(yīng)力篩選適用產(chǎn)品階段：研發(fā)階段、批量生產(chǎn)階段,、出廠前（篩選試驗(yàn)可以在組件,、器件、連接器等產(chǎn)品或整機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行,，根據(jù)要求不同可以
有不同的篩選應(yīng)力）

應(yīng)力篩選比較：
a.恒定高溫預(yù)燒（Burn in）的應(yīng)力篩選,，是目前電子IT產(chǎn)業(yè)常用析出電子元器件缺陷的方法，但是這種方式比較不適合用于篩選零件
（PCB,、IC,、電阻、電容）,，根據(jù)統(tǒng)計(jì)在美國使用溫度循環(huán)對零件進(jìn)行篩選的公司數(shù)要比使用恒定高溫預(yù)燒對組件進(jìn)行篩選的公司數(shù)多5倍,。
b.GJB/DZ34表示溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)篩選出缺陷的比例，溫度約占80%,，振動(dòng)約占20%各種產(chǎn)品中篩出缺陷的分情況

		ESS應(yīng)力篩選	出百缺陷的分比 %
硬體類型	ESS所在組裝等級	溫度	振動(dòng)
飛機(jī)發(fā)電機(jī)	單元	55	45
計(jì)算機(jī)電源	單元	88	12
航空電子設(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
慣導(dǎo)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
	篩選率平均值	79	21

c.美國曾對42家企業(yè)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力可篩出15～25%的缺陷,，而溫度循環(huán)可篩選出75～85%,，如果兩者結(jié)合的話可達(dá)90%。
d.藉由溫度循環(huán)所檢測出的產(chǎn)品瑕疵類型比例：設(shè)計(jì)裕度不足：5%,、生產(chǎn)做工失誤：33%,、瑕疵零件：62%

溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的故障誘發(fā)說明：
溫度循環(huán)誘發(fā)的產(chǎn)品故障原因?yàn)椋寒?dāng)溫度在上、下限極值溫度內(nèi)進(jìn)行循環(huán)時(shí),，產(chǎn)品產(chǎn)生交替膨脹和收縮,，使產(chǎn)品中產(chǎn)生熱應(yīng)力和應(yīng)變,。如果產(chǎn)品內(nèi)部有瞬時(shí)的熱梯變（溫度不均勻性），或產(chǎn)品內(nèi)部鄰接材料的熱膨脹系數(shù)彼此不匹配時(shí),，則這些熱應(yīng)力和應(yīng)變將會(huì)更加劇變,。這種應(yīng)力和應(yīng)變在缺陷處zui大，這種循環(huán)使缺陷長大,，zui終可大到能造成結(jié)構(gòu)故障并產(chǎn)生電故障,。例如，有裂紋的電鍍通孔其周圍zui終*裂開,，引起開路,。熱循環(huán)使焊接和印刷電路板上電鍍通孔..等產(chǎn)生故障的首要原因，溫度循環(huán)應(yīng)力篩選尤其zui為適用于印刷電路板結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品,。

溫度循環(huán)所激發(fā)出的故障模式或?qū)Ξa(chǎn)品的影響如下：
a.使涂層,、材料或線頭上各種微觀裂紋擴(kuò)大
b.使粘接不好的接頭松弛
c.使螺釘連接或鉚接不當(dāng)?shù)慕宇^松弛
d.使機(jī)械張力不足的壓配接頭松弛
e.使質(zhì)量差的焊點(diǎn)接觸電阻加大或造成開路
f.粒子、化學(xué)污染
g.密封失效
h.包裝問題,，例如保護(hù)涂層的連結(jié)
i.變壓器和線圈短路或斷路
j.電位計(jì)有瑕疵
k.焊接和熔接點(diǎn)接續(xù)不良
l.冷焊接點(diǎn)
m.多層板因處理不當(dāng)而開路,、短路
n.功率晶體管短路
o.電容器、晶體管不良
p.雙列式集成電路破損
q.因毀損或不當(dāng)組裝,，造成幾乎短路的線匣或電纜
r.因處理不當(dāng)造成材質(zhì)的斷裂,、破裂、刻痕..等
s.超差零件與材質(zhì)
t.電阻器因缺乏合成橡膠緩沖涂層而破裂
u.晶體管發(fā)涉及金屬帶接地出現(xiàn)發(fā)樣裂紋
v.云母絕緣墊片破裂,，導(dǎo)致晶體管短路
w.調(diào)協(xié)線圈金屬片固定方式不當(dāng),，導(dǎo)致不規(guī)律輸出
x.兩極真空管在低溫下內(nèi)部開路
y.線圈間接性的短路
z.沒有接地的接線頭
a1.元器件參數(shù)漂移
a2.元器件安裝不當(dāng)
a3.錯(cuò)用元器件
a4.密封失效

的應(yīng)力參數(shù)介紹：
的應(yīng)力參數(shù)主要有下列幾項(xiàng)：高低溫極值范圍、駐留時(shí)間,、溫變率,、循環(huán)數(shù)
高低溫極值范圍：高低溫極值范圍愈大，所需循環(huán)數(shù)愈少,，成本愈低,，但是不可以超過產(chǎn)品可承受的極限，不引發(fā)新的故障構(gòu)因?yàn)樵瓌t,，溫度變化的上下限差距不要少88°C,，典型的變化范圍為-54°C到55°C。
駐留時(shí)間：另外駐留時(shí)間也不可以太短,，否則來不及使待測品產(chǎn)生熱漲冷縮的應(yīng)力變化,，至于駐留時(shí)間多少，不同產(chǎn)品的駐留時(shí)間皆不相同,，可以參考相關(guān)規(guī)范要求,。
循環(huán)數(shù)：至于的循環(huán)數(shù)，也是考慮產(chǎn)品特性,、復(fù)雜度,、溫度上下限以及篩選率在訂定,，其篩選數(shù)也不可超過，否則會(huì)讓產(chǎn)品產(chǎn)生不必要的傷害,，也無法提高篩選率,，溫度循環(huán)數(shù)從1～10個(gè)循環(huán)[普通篩選、一次篩選]到20～60個(gè)循環(huán)[精密篩選,、二次篩選]都有,，針對去除zui可能發(fā)生的做工（workmanship）缺陷，大約需要6～10個(gè)循環(huán)才能夠有效去除,，另外針對于溫度循環(huán)的有效性,，主要取決于產(chǎn)品表面的溫變率，而不是試驗(yàn)箱體里面溫變率,。

溫度循環(huán)的主要影響參數(shù)有下列七項(xiàng)：
（1）溫度范圍（Temperature Range）
（2）循環(huán)數(shù)（Number of Cycles）
（3）溫度變率（Temperature Rate of Chang）
（4）駐留時(shí)間（Dwell Time）
（5）風(fēng)速（Airflow Velocities）
（6）應(yīng)力均勻度（Uniformity of Stress）
（7）功能測試與否（Product Operating Condition）

溫變率及循環(huán)數(shù)對篩選率的比較表：
說明：假設(shè)高低溫差（R）固定的條件下,，其循環(huán)數(shù)也固定，溫變率越高其篩選率也會(huì)有所提高,，如試驗(yàn)條件及規(guī)范有規(guī)定固定的溫變率,，則增加循環(huán)數(shù)也可提高篩選率，但其篩選率有一定限度,，并沒有辦法成線性提高,。

應(yīng)力篩選專門名詞整理：

part（元器件）	產(chǎn)品中可以拆裝的zui小可分辨項(xiàng)目，如分立半導(dǎo)體器件,、電阻,、集成電路、焊點(diǎn)和連接器等,。
assembly（組件）	設(shè)計(jì)成可裝入某一單元并與類似或其它的組件一起工作,，且由一定數(shù)量的元器件組成的組合件，如印制線路板組件,、電源模塊和磁心存貯器模塊等,。
unit（單元）	裝在機(jī)箱內(nèi)的一些機(jī)箱自含元器件和（或）組件。它能完成一個(gè)特定功能或一組功能,，并且可作為一個(gè)獨(dú)立的部分從系統(tǒng)中更換,，如自動(dòng)駕駛儀的計(jì)算機(jī)和甚高頻通訊設(shè)備的發(fā)射機(jī)。
equipment/system（設(shè)備或系統(tǒng)）	互連或組裝在一起后,，能執(zhí)行完整功能的若干單元的總稱,，如飛行控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。
item（產(chǎn)品）	可以單獨(dú)考慮的任一組件,、單元、設(shè)備或系統(tǒng)的統(tǒng)稱,。
defect（缺陷）	產(chǎn)品中可能導(dǎo)致出現(xiàn)故障的固有或誘發(fā)的薄弱點(diǎn),。
patent defect（明顯缺陷）	用常規(guī)的檢查,、功能測試和其它規(guī)定的方法，而不需用環(huán)境應(yīng)力篩選可發(fā)現(xiàn)的缺陷,。
latent defect（潛在缺陷）	用常規(guī)的檢查,、功能測試和其它規(guī)定的方法不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。其中一部分缺陷若不用環(huán)境應(yīng)力篩選將其排除,，則在使用環(huán)境中可能會(huì)以早期故障形式暴露出來,。
escaped defect（漏篩缺陷）	引入缺陷中用篩選和檢測未曾發(fā)現(xiàn)，漏入到下一組裝等級的部分,。
defect density（缺陷密度）	一組（批）產(chǎn)品中每個(gè)產(chǎn)品所含缺陷的平均數(shù),。缺陷密度可分為引入缺陷密度、漏篩缺陷密度,、殘留缺陷密度和觀察到的殘留缺陷密度,。
part fraction defective（元器件缺陷率）	以百萬分之一（ppm）為單位表示的一組元器件中有缺陷元器件所占的比例。
fallout（析出量）	在應(yīng)力篩選期間或在應(yīng)力篩選之后立即檢測到的故障數(shù),。
screenable latent defect（可篩選出的潛在缺陷）	現(xiàn)場使用中應(yīng)判為是以早期故障形式析出的缺陷,，定量篩選中可把故障率大于的潛在缺陷作為要篩選出的潛在缺陷。
stress screening（應(yīng)力篩選）	將機(jī)械應(yīng)力,、電應(yīng)力和（或）熱應(yīng)力施加到產(chǎn)品上,，以使元器件和工藝方面的潛在缺陷以早期故障形式析出的過程。
screen parameter（篩選參數(shù)）	篩選度公式中的諸參數(shù),，如振動(dòng)量值,，溫度變化速率和持續(xù)時(shí)間等。
screening strength（篩選度）	產(chǎn)品中存在對某一特定篩選敏感的潛在缺陷時(shí),，該篩選將該缺陷以故障形式析出的概率,。
test detection efficiency（檢測效率）	檢測充分程度的度量，它是由規(guī)定檢測程序發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)與篩出的總?cè)毕輸?shù)之比值,。
test strength of screening（篩選檢出度）	用篩選和檢測將缺陷析出的概率,，它是篩選度和檢測效率的乘積。
thermal survey（熱測定）	使受篩產(chǎn)品處于規(guī)定溫度下,，并在產(chǎn)品內(nèi)有關(guān)的部位測量其熱響應(yīng)特性的過程,。有關(guān)部位可以是熱慣性zui大的部位，也可以是關(guān)鍵部位,。
vibration survey（振動(dòng)測定）	使受篩產(chǎn)品經(jīng)受振動(dòng)激勵(lì),，并在產(chǎn)品內(nèi)有關(guān)部位測量其振動(dòng)響應(yīng)特性的過程。有關(guān)部位可以是預(yù)計(jì)響應(yīng)zui大部位,，也可以是關(guān)鍵部位,。
selection/placement of screening（篩選的選擇和安排）	系統(tǒng)地選擇zui有效的應(yīng)力篩選并把它安排在適當(dāng)?shù)慕M裝級上的過程。
yield（篩選成品率）	經(jīng)篩選交收時(shí)，設(shè)備內(nèi)可篩選出的潛在缺陷為零的概率,。

應(yīng)力篩選專門名詞縮寫詞:
ESS：環(huán)境應(yīng)力篩選
FBT：功能板測試儀
ICA：電路分析儀
ICT：電路測試儀
LBS：負(fù)載板短路測試儀
MTBF：平均故障間隔時(shí)間

溫度循環(huán)循環(huán)數(shù)：
a.MIL-STD-2164（GJB 1302-90）：在缺陷剔除試驗(yàn)中,，溫度循環(huán)數(shù)為10、12次,，在*檢測中則為10～20次或12～24次針對去除zui可能發(fā)生的做工（workmanship）缺陷,，大約需要6～10個(gè)循環(huán)才能夠有效去除，1～10個(gè)循環(huán)[普通篩選,、一次篩選],、20～60個(gè)循環(huán)[精密篩選、二次篩選],。
b.DOD-HDBK-344（GJB/DZ34）初始篩選設(shè)備和單元一級采用10～20個(gè)循環(huán)（通常≧10）,，組件級采用20～40循環(huán)（通常≧25）。

溫變率：
a.MIL-STD-2164（GJB1032）明確說明：[溫度循環(huán)的溫度變化率5℃/min]
b.DOD-HDBK-344（GJB/DZ34）組件級15℃/min,、系統(tǒng)5℃/min
c.一般未規(guī)定溫變率的,，其常用的度變化率通常為5°C/min

應(yīng)力篩選規(guī)范列表
應(yīng)力篩選規(guī)范：

MIL-202C-106、107	電子及電器部件試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)
MIL-781	可靠性試驗(yàn)方法手冊
HB/Z213	機(jī)載電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選指南
HB6206	機(jī)載電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法
JESD22-A109-A	器密試驗(yàn)方法
TE000-AB-GTP-020	環(huán)境應(yīng)力篩選要求與*電子設(shè)備應(yīng)用
CFR-Title 47-Chapter I-68.302	美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)環(huán)境仿真
GJB/Z34	電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南
HB/Z213	組件級環(huán)境應(yīng)力篩選

溫度循環(huán)：

EC 68-2-14	溫度變化
MIL-STD-2164	電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法=GJB1032-1990
GJB1032-1990	電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法
DOD-HDBK-344	電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選=GJB/Z34-1993
NABMAT-9492	美軍*制造篩選
JIS C5030	熱循環(huán)試驗(yàn)

零件預(yù)燒試驗(yàn)：

MIL-STD-883,Method 1008	預(yù)燒
MIL-STD-883,Method 1015	（IC類預(yù)燒）
MIL-STD-750,Method 1038	（二極管類預(yù)燒）
MIL-STD-750,Method1039	晶體管類預(yù)燒）
MIL-STD-883,Method 1010	溫度循環(huán)
MIL-M-38510	軍用微型電路的一般規(guī)格
MIL-S-19500	半導(dǎo)體器件要求和特點(diǎn)

系統(tǒng)預(yù)燒：

MIL-781	可靠性設(shè)計(jì)鑒定與生產(chǎn)接收試驗(yàn)
MIL-810	美國軍標(biāo)環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

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