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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-04-25 10:28
一、電子設(shè)備缺陷來源
電子設(shè)備如果使用了有固有缺陷的元器件且歷經(jīng)大量的復(fù)雜操作工藝,會(huì)引人各種明顯缺陷和潛在缺陷,明顯缺陷通過常規(guī)檢驗(yàn)手段均能排除，潛在缺陷則保留在組件之中。
可能引入的缺陷：
電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過程中,主要引入三類缺陷:設(shè)計(jì)缺陷、工藝缺陷和元器件缺陷。
按其來源可分為兩類:
一類是固有(質(zhì)量)缺陷,由組件中元器件引人的,與元器件供應(yīng)商工藝過程的成熟程度及其檢驗(yàn)和試驗(yàn)方法的效率有關(guān),也與組件制造廠本身對(duì)購入元器件的質(zhì)量要求和驗(yàn)收水平有關(guān),此類缺陷還包含設(shè)計(jì)缺陷。
另一類是生產(chǎn)(可靠性)缺陷,由工藝設(shè)計(jì)不良,生產(chǎn)過程造成或組件中受過應(yīng)力,搬運(yùn)損傷(如靜電放電損傷)或檢驗(yàn)工作等影響而引人的那些缺陷如虛焊、元器件定位不當(dāng),表面污染,元器件緊固不當(dāng)和材料彎曲變形等,其中生產(chǎn)缺陷與環(huán)境應(yīng)力和時(shí)間有關(guān)且用常規(guī)質(zhì)量檢驗(yàn)措施不能發(fā)現(xiàn)和排除,是潛在缺陷,只能通過受控的ESS（Environmental stress screening）方法和老煉將其剔除。
二、電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選
1、定義
環(huán)境應(yīng)力篩選是向產(chǎn)品施加適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力，主要是熱循環(huán)應(yīng)力及隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力和電應(yīng)力激勵(lì)，暴露其存在的制造工藝和元器件等缺陷，并加以剔除的一道工序。它是一種經(jīng)濟(jì)有效地保障硬件無制造缺陷和元器件缺陷的工藝，而不是一般意義上的試驗(yàn)。當(dāng)然對(duì)某些設(shè)計(jì)不夠成熟的產(chǎn)品或可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)不充分的情況，它也可作為早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)隱患提高產(chǎn)品可靠性的手段。目前環(huán)境應(yīng)力篩選中最為有效的是熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，國內(nèi)外已發(fā)表的環(huán)境應(yīng)力篩選調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在常用的環(huán)境應(yīng)力中，溫度循環(huán)、隨機(jī)振動(dòng)和高溫老煉是最有效的3 種篩選應(yīng)力。
GJB 451-90《可靠性維修性術(shù)語》將環(huán)境應(yīng)力篩選定義為：
為發(fā)現(xiàn)和排除不良零件、元器件、工藝缺陷和防止出現(xiàn)早期失效，在環(huán)境應(yīng)力下開展的一系列試驗(yàn)。環(huán)境應(yīng)力篩選的目的在于已知產(chǎn)品在實(shí)際使用中將會(huì)遇到的主要環(huán)境，以及其應(yīng)力強(qiáng)度，選擇其最能激發(fā)在研制中的缺陷的環(huán)境和應(yīng)力，強(qiáng)調(diào)以剔除元器件、部件的早期失效及暴露設(shè)計(jì)和制造工藝的不足而采取的有效措施。
環(huán)境應(yīng)力篩選（工作項(xiàng)目401）是國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》中規(guī)定的可靠性工作項(xiàng)目，其目的是為研制和生產(chǎn)的產(chǎn)品建立并實(shí)施環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）程序，以便發(fā)現(xiàn)和排除由不良元器件、制造工藝和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障。
2、適用對(duì)象以及各階段重點(diǎn)工作
環(huán)境應(yīng)力篩選主要適用于電子產(chǎn)品，包括電子組件單機(jī)和系統(tǒng)原則上亦可用于電氣光電機(jī)電或電化學(xué)產(chǎn)品。根據(jù)GJB 1032的規(guī)定，它可用于海陸空等六類軍事裝備也適用于機(jī)載艦載等戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈以及有批量的戰(zhàn)略導(dǎo)彈，對(duì)于運(yùn)載火箭衛(wèi)星等無批量的產(chǎn)品按MIL-STD -1540C 環(huán)境應(yīng)力篩選亦適用，只是具體篩選應(yīng)力類型和量級(jí)有差異如需增加熱真空循環(huán)等而且篩選對(duì)象除電子產(chǎn)品外還有閥門等多項(xiàng)非電子產(chǎn)品。
環(huán)境應(yīng)力篩選主要用于產(chǎn)品的批生產(chǎn)階段，批生產(chǎn)產(chǎn)品出廠前一般應(yīng)100 %地進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選，至少應(yīng)在元器件級(jí)以上的最低組裝級(jí)或根據(jù)工程實(shí)際規(guī)定的最佳組裝級(jí)的產(chǎn)品上，逐個(gè)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選以消除早期故障。
在產(chǎn)品研制階段，通過ESS預(yù)先剔除產(chǎn)品中因工藝缺陷及元器件缺陷引起的故障，據(jù)統(tǒng)計(jì)60%故障可能是由工藝缺陷引起的，30%故障可能是由元器件缺陷引起的，有助于提高可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的效益，保證硬件性能和可靠性，滿足要求并為生產(chǎn)階段的篩選做好準(zhǔn)備。
在生產(chǎn)階段ESS 從最低組裝級(jí)開始，可以較低成本發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行改進(jìn)，消除根源減少高組裝級(jí)的返修量及高昂費(fèi)用，使整個(gè)生產(chǎn)過程更為有效管理者可用ESS 為質(zhì)量控制工具及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)中的質(zhì)量問題。
由于 ESS 使故障得以在生產(chǎn)步驟中產(chǎn)生減少潛在缺陷，被帶到外場(chǎng)的可能性降低了昂貴的外場(chǎng)維修費(fèi)用，從而提高了外場(chǎng)可靠性減少型號(hào)研制總費(fèi)用。
交付硬件及備件均經(jīng)過 ESS 使最初交付硬件滿足可靠性和質(zhì)量要求，同時(shí)使外場(chǎng)故障極少發(fā)生或極少采取維修措施，增加了用戶對(duì)產(chǎn)品的置信度和滿意度。
3、基本特性
3．1工藝性
ESS是通過向電子產(chǎn)品施加合理的環(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，并通過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和排除的過程。因此，ESS是一種工藝手段。
ESS效果主要取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力的大小和檢測(cè)能力。施加應(yīng)力的大小取決于能否將潛在的缺陷變成故障；檢測(cè)能力的大小則取決于將被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來并準(zhǔn)確的加以排除。因此。ESS是質(zhì)量控制檢查和測(cè)試過程的延伸，是一個(gè)發(fā)現(xiàn)故障、分析原因、采取糾正措施和改進(jìn)的閉環(huán)系統(tǒng)。
3．2加速性
ESS通過施加加速的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，在較短的時(shí)間內(nèi)析出最多可篩選的缺陷。其目的是找出電子產(chǎn)品的薄弱部分，但不損壞好的部分或不引入新的缺陷。如果任意選定應(yīng)力施加于電子產(chǎn)品進(jìn)行ESS，將會(huì)引起電子產(chǎn)品損壞。因此，應(yīng)根據(jù)電子產(chǎn)品耐振動(dòng)和耐環(huán)境設(shè)計(jì)能力來確定篩選應(yīng)力。
3．3非通用性
由于不同用途、不同結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境應(yīng)力作用的響應(yīng)不同，就不存在各種電子產(chǎn)品都通用的ESS方法。因此，應(yīng)根據(jù)受試產(chǎn)品的響應(yīng)特性來確定電子產(chǎn)品的ESS使用環(huán)境條件和應(yīng)力參數(shù)。
4、分類
環(huán)境應(yīng)力篩選可分為3種類型：
常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選、定量環(huán)境應(yīng)力篩選和高加速環(huán)境應(yīng)力篩選。
常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選：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。篩選所使用的方法是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，對(duì)篩選效果的好壞和費(fèi)用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期故障為目標(biāo)。常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GJB1032-90《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》，它的特點(diǎn)是易以掌握和應(yīng)用，它是目前應(yīng)用最廣泛、時(shí)間最長(zhǎng)的篩選類型。
定量環(huán)境應(yīng)力篩選：是指要求篩選的效果和成本與產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)的故障修理費(fèi)用之間建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選是通過定量地選擇所用應(yīng)力的強(qiáng)度和檢測(cè)儀表的檢測(cè)率，正好把計(jì)算得到的制造過程所引入的產(chǎn)品的缺陷全部剔除，從而使產(chǎn)品的早期故障率達(dá)到規(guī)定的定量目標(biāo)值，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GJB/Z 34-93《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》。由于定量篩選的應(yīng)用需要提供正確的元器件和工藝的缺陷率、應(yīng)力強(qiáng)度和檢測(cè)設(shè)備檢出能力的數(shù)據(jù)，而且篩選方案設(shè)計(jì)和方案調(diào)整過程非常繁雜，標(biāo)準(zhǔn)中提供的國內(nèi)外這方面的數(shù)據(jù)不夠完整且準(zhǔn)確度差，所以應(yīng)用到目前為止不是特別廣泛。
高加速應(yīng)力篩選（HASS）是在高加速極限試驗(yàn)（HALT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新篩選類型，這種方法的特點(diǎn)是使用的應(yīng)力大，需要的時(shí)間短。HASS 應(yīng)力強(qiáng)度比常規(guī)ESS 大得多，只適用于研制階段過程應(yīng)用HALT 獲得工作極限和破壞極限的產(chǎn)品。HASS 技術(shù)目前在國際上雖然已開始越來越廣地應(yīng)用，但在國內(nèi)基本還處于應(yīng)用探索階段。
整體而言，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)顯現(xiàn)陳舊，方法也待于進(jìn)一步的進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，特別是在提升試驗(yàn)效率和試驗(yàn)效果層面。
5、可發(fā)現(xiàn)的缺陷
環(huán)境應(yīng)力篩選的效果取決于環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平，可將設(shè)備的潛在缺陷加速變成故障，導(dǎo)致失效，以便盡早排除。
其中熱循環(huán)試驗(yàn)的作用主要是找出元器件結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝有關(guān)的缺陷；隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)更多的暴露設(shè)計(jì)相關(guān)缺陷。
電子設(shè)備故障分類絕大多數(shù)電子設(shè)備的失效都稱為故障，根據(jù)故障原因進(jìn)行分析，可分為缺陷型故障和偶然失效型故障。
根據(jù)GJB2082A《電子設(shè)備工藝缺陷和機(jī)械缺陷分類》標(biāo)準(zhǔn)，從可視角度產(chǎn)生缺陷的主要工藝類型分為:焊接、無焊連接、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。
三、隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選
1、正弦振動(dòng)試驗(yàn)：
能用一項(xiàng)正弦函數(shù)表達(dá)式表達(dá)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的周期運(yùn)動(dòng)。例如凡是旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)、振蕩（在船舶、飛機(jī)、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動(dòng)均是正弦振動(dòng)。
（1）正弦振動(dòng)目的
正弦振動(dòng)試驗(yàn)的目的是模擬電工電子產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過程中所遭受的振動(dòng)及其影響，并考核其適應(yīng)性。
（2）正弦振動(dòng)試驗(yàn)條件
正弦振動(dòng)試驗(yàn)的條件（嚴(yán)酷等級(jí)）由振動(dòng)頻率范圍、振動(dòng)量、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（次數(shù)）共同確定。
（3）振動(dòng)量
振動(dòng)量：通常通過加速度、速度和位移來表示。
加速度：表示速度對(duì)時(shí)間倒數(shù)的矢量。加速度單位:g或m/s2
速度：在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過的距離
位移：表示物體相對(duì)于某參考系位置變化的矢量。位移單位:mm
（4）加速度
加速度：物體在地球表面由于重力作用所產(chǎn)生的加速度。1g=10m/s2
（5）掃頻、方式、速度
①掃頻：
在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)往返掃描一次：
例如：5Hz→50Hz→5Hz,從5Hz掃描到50Hz后再掃描到5Hz。
②掃頻方式
線性掃描：頻率變化線性的，即單位時(shí)間掃過多少赫茲，單位是Hz/s或Hz/min，這種掃描用于細(xì)找共振頻率的試驗(yàn)。
對(duì)數(shù)掃描：頻率變化按對(duì)數(shù)變化，掃描率可以是oct/min ，對(duì)數(shù)掃描的意思是相同的時(shí)間掃過的頻率倍頻程數(shù)是相同的。
③掃描速度:
指從最低頻率掃描到最高頻率的速度。有以下幾種：
—oct/min:多少倍頻程每分鐘。
例:1oct/min,5Hz到10Hz需1分鐘,10Hz到20Hz需1分鐘。
—min/sweep:多少分鐘每次掃頻。
例:5-500Hz,掃描速度:1分鐘/sweep,表示從5Hz到500Hz需1分鐘。
—Hz/s:多少Hz每秒。
例:5-10Hz,掃描速度:1Hz/s,表示5Hz到6Hz需1秒,6Hz到7Hz需1秒。
④交越頻率：
交越頻率：在振動(dòng)試驗(yàn)中由一種振動(dòng)特性量變?yōu)榱硪环N振動(dòng)特性量的頻率。如交越頻率由等位移—頻率關(guān)系變?yōu)榈燃铀俣?mdash;頻率關(guān)系時(shí)的頻率。
2、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)
隨機(jī)振動(dòng)是通過直接給組件施以機(jī)械外力激起組件中元器件及其結(jié)合部位的諧振來達(dá)到暴露潛在隱患為目的的,隨機(jī)振動(dòng)時(shí),頻譜一般為20-2000Hz,所有諧振頻率在整個(gè)振動(dòng)時(shí)間內(nèi)同時(shí)受激勵(lì),激發(fā)能力大大加強(qiáng)（待補(bǔ)充）。
1）加速度譜密度
表示隨機(jī)信號(hào)的各個(gè)頻率分量所包的加速度方均值在頻域上的分布。通常用ASD表示，單位：m2/s3或是(m/s2)2/Hz。
2）功率譜密度
表示隨機(jī)信號(hào)的各個(gè)頻率分量所包的功率在頻域上的分布。通常用PSD表示，單位：g2/Hz。
加速度譜密度與功率譜密度的換算：
1 g2/Hz=(9.8 m/s2)2=96.04 m2/s3
3）均方根值
在f1和f2區(qū)間內(nèi)單值函數(shù)的方均根值，是在該區(qū)間內(nèi)的函數(shù)值的平方的平均值的平方根值。通常用rms表示。
3、二者篩選效果比對(duì)
3.1 掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力
3.1.1掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力的篩選度計(jì)算
SS =1－exp[－0.000727(G)0.863t]…………………………..(1)
式中：G—高于交越頻率的加速度量值，g；
t—振動(dòng)時(shí)間，min。
按式計(jì)算的結(jié)果見表2。
3.1.2 掃頻正弦振動(dòng)應(yīng)力的故障率
λD = [－Ln (1－SS ) ] / t …………………………(2)
式中：λD —故障率，次／h；
SS—篩選度；
t—時(shí)間，h。
按式(2)計(jì)算的結(jié)果也見表2。
3.1.3 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；
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。
3.2 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力
3.2.1 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)。
3.2.2 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] (3)
式中：Grms—加速度均方根值，g；
Grms =（A1＋A2 ＋A3 ）1/2 ； (4)
A1 、A2 、A3 ——隨機(jī)振動(dòng)譜的面積，g2 (見圖)；
t—動(dòng)時(shí)間，min。
3.2.3 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力故障率計(jì)算
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的故障率計(jì)算式如下：
λD = [－Ln (1-SS)] / t (5)
式中：λD —故障率，平均次／h；
SS—篩選度；t—時(shí)間，h。
按照式(3)計(jì)算的篩選度和按照式(5)計(jì)算的故障率數(shù)值見表3。
表3 隨機(jī)振動(dòng)篩選度和故障率
3.2.4 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。
3.3 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)是不可缺少的篩選應(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3和表4的數(shù)據(jù)可以比較它們的故障率(即篩選效率)。
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)譜算得其加速度均方根值為6.23g，取為6g；設(shè)持續(xù)時(shí)間為5min，查表3得篩選度為0.389、故障率為5.96次/小時(shí)。同樣設(shè)掃頻正弦振動(dòng)的加速度為6g、持續(xù)時(shí)間為5min，查表2可得篩選度為0.0169、故障率為0.2045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29倍！
3.4 實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比
上個(gè)世紀(jì)80年代，美國通用電器會(huì)司在發(fā)電機(jī),機(jī)電傳感器和數(shù)學(xué)式飛行控制計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)線中采用隨機(jī)振動(dòng)篩選的情況,表明了隨機(jī)振動(dòng)是激發(fā)缺陷的特別有效的手段,激發(fā)同樣數(shù)量的缺陷,隨機(jī)振動(dòng)效率要比溫度循環(huán)高得多,指出了發(fā)現(xiàn)失效的環(huán)境不必定是施加造成此失效的應(yīng)力環(huán)境,因此隨機(jī)振動(dòng)必須與溫度循環(huán)相結(jié)合才能更為有效。另一方面,隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力的量值一般應(yīng)低于性能試驗(yàn)時(shí)的量位,它不會(huì)降低產(chǎn)品的可靠性。
作為篩選技術(shù),隨機(jī)振動(dòng)比正弦振動(dòng)更為有效,而且隨機(jī)振動(dòng)能加速激發(fā)失效,使其更早暴露,從而可減少試驗(yàn)循環(huán)數(shù),節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間。
如對(duì)于數(shù)字式飛行控制計(jì)算機(jī)增加了隨機(jī)振動(dòng)后,只要進(jìn)行10次循環(huán)就能激發(fā)出用正弦振動(dòng)需20次循環(huán)才能達(dá)到的失效數(shù)。
四、隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)相關(guān)要求及注意事項(xiàng)
1、隨機(jī)振動(dòng)篩選特性及其應(yīng)力的確定
a 振動(dòng)頻率范圍
考慮振動(dòng)頻率范圍和量值時(shí)，重要的是要了解受篩產(chǎn)品的振動(dòng)響應(yīng)特性，這可通過響應(yīng)特性試驗(yàn)完成。
據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查結(jié)果一個(gè)有效的篩選振動(dòng)譜其頻率范圍應(yīng)為20Hz-2000Hz，這覆蓋了大部分產(chǎn)品響應(yīng)的頻率范圍。
b 振動(dòng)譜型及量級(jí)
振動(dòng)譜型見上圖， 其量級(jí)一般在0.01g2/Hz 0.04g2/Hz 間選擇，具體應(yīng)通過篩選條件摸底試驗(yàn)，用步進(jìn)應(yīng)力法并觀察分析故障機(jī)理最后確定，但該譜在用于包含有光電和機(jī)電裝置等對(duì)振動(dòng)敏感的產(chǎn)品時(shí)應(yīng)小心使用，此時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)法根據(jù)產(chǎn)品振動(dòng)響應(yīng)特性，確定振動(dòng)應(yīng)力條件在敏感頻率處可局部降低輸入譜值一般可用0.02g2/Hz代替0.04g2/Hz。
c 振動(dòng)軸向
原則上，隨機(jī)振動(dòng)一般應(yīng)在三個(gè)軸向進(jìn)行三向篩選在尋找缺陷方面最有效，但三向篩選工作量大時(shí)間長(zhǎng)，為經(jīng)濟(jì)起見亦可選擇單軸篩選或兩軸依次篩選。
一般在決定單軸或雙軸激勵(lì)軸向前，要進(jìn)行振動(dòng)調(diào)查測(cè)量產(chǎn)品關(guān)鍵部位的響應(yīng)據(jù)以找出最有效軸向，在兩個(gè)或三個(gè)軸向同時(shí)激勵(lì)產(chǎn)品的振動(dòng)篩選可以滿足激勵(lì)主要響應(yīng)軸的要求，同時(shí)還增加了旋轉(zhuǎn)激勵(lì)。很明顯其優(yōu)點(diǎn)是可減少篩選和裝卸時(shí)間，但這需要有專門的多軸振動(dòng)臺(tái)如雙軸電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)和三軸六自由度氣動(dòng)振動(dòng)臺(tái)。
d 振動(dòng)時(shí)間
GJB 1032 推薦單軸振動(dòng)篩選時(shí)間為10min，雙軸振動(dòng)每軸7.5min，三軸振動(dòng)每軸5min，此外，由于一些篩選是在斷電不工作狀態(tài)下進(jìn)行的在這些條件下將無法找出間歇性等軟故障，故按GJB 1032 規(guī)定，允許在篩后利用低量級(jí)振動(dòng)，以便有較充分的時(shí)間進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)工作。但篩選和尋找故障用的總振動(dòng)時(shí)間不得超過20min，以免消耗過多的疲勞壽命。
低量級(jí)振動(dòng)的等效時(shí)間TD 的計(jì)算公式如下：
TD = 20（0.04/低量級(jí)振動(dòng)的功率譜密度值）^3
由上式可知利用低量級(jí)振動(dòng)的等效時(shí)間大為延長(zhǎng)，有利于故障尋找。應(yīng)該注意，標(biāo)準(zhǔn)所給定總振動(dòng)時(shí)間不得超過20min，求是經(jīng)驗(yàn)性的而不是硬性規(guī)定故亦可根據(jù)實(shí)情適當(dāng)剪裁。
e 產(chǎn)品通斷電狀態(tài)
振動(dòng)過程中一般應(yīng)通電并進(jìn)行性能檢測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和保證軟故障不漏檢，提高尋找故障效率，但對(duì)不具備通電條件的產(chǎn)品，如某些電路板可不通電。
f 無故障振動(dòng)時(shí)間
振動(dòng)篩選在溫循之后再進(jìn)行10min 其間至少應(yīng)有連續(xù)5min無故障。
2、隨機(jī)振動(dòng)篩選設(shè)備的要求
對(duì)隨機(jī)振動(dòng)篩選設(shè)備的主要要求如下：
a 要有大尺寸的工作臺(tái)面以利于產(chǎn)品安裝；
b 應(yīng)備有必要的夾具，夾具應(yīng)在高達(dá)2000Hz 的頻率范圍內(nèi)沒有或只有極小的夾具共振，對(duì)給定的夾具和設(shè)備組合應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定共振或傳遞因子，在夾具校準(zhǔn)時(shí)，需利用一動(dòng)力學(xué)模擬件來代替實(shí)際受篩件以避免在產(chǎn)品上累積，應(yīng)力循環(huán)若使用真實(shí)產(chǎn)品則需將振動(dòng)輸入限制在低量級(jí)范圍；
c 應(yīng)具有由一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)振動(dòng)輸入進(jìn)行控制的能力，控制加速度計(jì)要安裝在盡可能靠近夾具和產(chǎn)品的部位，或者夾具和支持結(jié)構(gòu)的界面處，控制加速度計(jì)應(yīng)該采用機(jī)械緊固件螺釘或螺栓，而不要使用膠接，并應(yīng)使加速度計(jì)的敏感軸向與激勵(lì)方向平行。
3、其他相關(guān)要求及注意事項(xiàng)
3.1共性要求：
需要注意以下試驗(yàn)要求：
a) 試驗(yàn)夾具在規(guī)定的功率譜密度頻率上限2000Hz 以內(nèi)不應(yīng)有振頻率存在，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，其不平坦允許偏差不得超過±3 dB（設(shè)計(jì)如有困難，500-2000Hz 允許放寬到±3 dB，但累計(jì)帶寬應(yīng)在300Hz 以內(nèi)）；試驗(yàn)條件允許偏差應(yīng)符合GJB 1032-90 中4.4 節(jié)的規(guī)定。
b) 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，元器件應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)封或固封。受試產(chǎn)品與夾具或振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的連接應(yīng)模擬產(chǎn)品實(shí)際的安裝狀態(tài)，包括受力方式、連接件數(shù)量及尺寸等，不允許使用設(shè)計(jì)上沒有的附加固定；有支架或減振器的單機(jī)原則上應(yīng)去除支架和減震器。故障修復(fù)后再試驗(yàn)的時(shí)間與故障前的試驗(yàn)時(shí)間（在0.04g2/Hz功率譜密度值下）的總和建議控制在20min以內(nèi)。
3.2控制點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)：
3.2.1加載控制點(diǎn)選擇：
驅(qū)動(dòng)譜基準(zhǔn)點(diǎn)—控制點(diǎn)一般為臺(tái)面。然而,在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中,試件各點(diǎn)力學(xué)響應(yīng)相對(duì)于其下端而言,除極個(gè)別情況某時(shí)刻某頻率點(diǎn)可能有減小外,一般均有放大。
故為保證試件中各電子元器件及工藝均能受到某規(guī)定量級(jí)的隨機(jī)振動(dòng),驅(qū)動(dòng)譜譜值基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在其下端為宜。因此,要求試驗(yàn)操作人員應(yīng)以此來隨時(shí)調(diào)節(jié)臺(tái)面控制值（均方根加速度值）
由于試驗(yàn)臺(tái)、工裝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)過程中構(gòu)成機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，而每個(gè)環(huán)節(jié)的固有諧振頻率不同，因此在標(biāo)準(zhǔn)控制譜輸入的情況下，設(shè)備內(nèi)部每塊模件上不同點(diǎn)的響應(yīng)互不相同，有的甚至超出標(biāo)準(zhǔn)譜5-6倍甚至更高，造成設(shè)備內(nèi)部某些合格元器件的過考核，使交付產(chǎn)品存在質(zhì)量隱患。所以，在實(shí)驗(yàn)前均需對(duì)參試設(shè)備進(jìn)行摸底試驗(yàn)，確保設(shè)備內(nèi)部模件上激勵(lì)響應(yīng)的振動(dòng)量級(jí)控制在要求范圍內(nèi)。
a 被試產(chǎn)品直接固定在振動(dòng)臺(tái)面上的，振動(dòng)控制點(diǎn)可以直接選在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上；
b 如果通過振動(dòng)支架與振動(dòng)臺(tái)固連，加載控制點(diǎn)一般選在振動(dòng)支架與產(chǎn)品連接面處；
c 如果試驗(yàn)產(chǎn)品帶真實(shí)支架的，振動(dòng)加載控制點(diǎn)一般應(yīng)選在支架與臺(tái)面連接面處；
d試驗(yàn)應(yīng)盡量采用多點(diǎn)平均控制，控制點(diǎn)應(yīng)選在產(chǎn)品與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面或夾具的連接面上，靠近產(chǎn)品底板處。
3.2.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇：
監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)該選在試驗(yàn)產(chǎn)品的關(guān)鍵部位處，使其均方根加速度不得超過設(shè)計(jì)允許最大值，若監(jiān)測(cè)超出，需要進(jìn)行振動(dòng)譜分析，允許降低該處譜值，以保證不使試驗(yàn)產(chǎn)品關(guān)鍵部位受到過應(yīng)力，這在工程實(shí)踐中就叫做振動(dòng)篩選譜形的“挖坑”處置。
其實(shí)，這也就是整個(gè)學(xué)習(xí)筆記里面最為關(guān)鍵的部分，這里處置不好，就會(huì)造成過試驗(yàn)。
較為傳統(tǒng)的做法：
設(shè)備內(nèi)有n（n ≥ 1）塊模件板，在每塊模件的幾何中心處粘貼傳感器，具體的試驗(yàn)步驟如下：
（1）選取每塊模件的幾何中心或模件上的關(guān)鍵件、重要件處粘貼1 個(gè)傳感器。
（2）按照標(biāo)準(zhǔn)的控制梯形譜對(duì)振動(dòng)臺(tái)施振。
（3）同時(shí)監(jiān)測(cè)每塊模件檢測(cè)點(diǎn)的激勵(lì)響應(yīng)，根據(jù)響應(yīng)譜形修正控制譜，使每塊模件上的激勵(lì)響應(yīng)控制在要求的量級(jí)內(nèi)，從而確定輸入控制譜。
3.3振動(dòng)夾具（工裝）設(shè)計(jì)要求：
力學(xué)試驗(yàn)是驗(yàn)證和解決機(jī)載設(shè)備在飛機(jī)振動(dòng)環(huán)境中可靠性的重要手段。夾具是振動(dòng)試驗(yàn)中連接被試件和激勵(lì)臺(tái)的關(guān)鍵過渡件，應(yīng)能夠不失真地將振動(dòng)臺(tái)輸出振幅和振動(dòng)能量傳遞給被試件，同時(shí)模擬設(shè)備在真實(shí)使用條件下的裝配環(huán)境。
一個(gè)合格的振動(dòng)夾具應(yīng)能夠滿足控制譜要求，不會(huì)造成“過振動(dòng)”或“欠振動(dòng)”，從而保證環(huán)境試驗(yàn)的有效性。本文主要設(shè)計(jì)原則如下:
①頻響特性滿足使用要求，即振動(dòng)夾具與被試件之間不會(huì)發(fā)生共振耦合;
②比剛度高，阻尼大，需要將激勵(lì)載荷以原頻率、原波形地傳遞到被試件上，夾具必須有足夠的剛度;
③為降低在非激勵(lì)方向上的附加振動(dòng)載荷，對(duì)于中大型夾具應(yīng)考慮對(duì)稱結(jié)構(gòu);
④夾具與激勵(lì)輸出動(dòng)圈連接可靠，夾具與動(dòng)圈之間的連接螺栓應(yīng)盡可能多，且夾具底面加工精度要高。
4、隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度計(jì)算
在頻段內(nèi)功率譜密度曲線所圍成的面積，即為施加到振動(dòng)臺(tái)面的能量。圖中升譜或降譜的斜率是按對(duì)數(shù)坐標(biāo)來給出，單位為倍頻程。假設(shè)頻率f1處的功率譜密度為PSD1， f2處的功率譜密度為PSD2，則譜值增量為lg（PSD2/PSD1）,頻率增量為log2(f2/f1)，由此可得譜線斜率為：
可以計(jì)算得出：Grms=sqrt（A）=6.23g
以上計(jì)算參見《基于多點(diǎn)極值反饋的隨機(jī)振動(dòng)篩選試驗(yàn)方法》，劉俊連。
五、結(jié)論
隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選是一種有效的提前暴露產(chǎn)品缺陷的方式，在之前因?yàn)楣ぱb振動(dòng)放大以及控制點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇不適宜，特別是在正式振動(dòng)之前的摸底振動(dòng)（功率譜“挖坑”）不充分或者未進(jìn)行，容易導(dǎo)致電子設(shè)備單板上部件過振動(dòng)，篩選應(yīng)力超過設(shè)計(jì)極限，損壞設(shè)備。
實(shí)際上在合理選擇控制點(diǎn)，設(shè)置合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，“挖坑”處置得當(dāng)之后，隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選能夠有效發(fā)揮其作用，大量的試驗(yàn)研究也得出一個(gè)明確的結(jié)論：0.04g2/Hz量值振動(dòng)20min，對(duì)于一般電子設(shè)備而言，不會(huì)引起疲勞損傷。
但需要明確的是，對(duì)于一些新承擔(dān)任務(wù)單位或之前未承接過較為精密的電子設(shè)備篩選試驗(yàn)的單位，應(yīng)該從源頭進(jìn)行有效的確認(rèn)，特別是在振動(dòng)應(yīng)力篩選過程中，工裝、控制點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、“挖坑”缺一不可。
來源：田村山下
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