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

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(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  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

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；

    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(jiàn)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

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  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(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(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(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(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 溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)箱篩選應(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，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(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。