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嘉峪檢測網 2022-04-09 22:55
環(huán)境應力篩選（ESS）是出廠前的最后一步工序， 科學合理的ESS能夠提高產品的可靠性，減少外場返修率。但在GJB1032中缺乏對組件級篩選的詳細介紹，各項目組針對其自身組件和整機產品開展環(huán)篩時，僅憑經驗或直接套用標準來確定應力量值和循環(huán)次數等參數，僅解決了“有無”的問題，缺少對篩選標準的深入理解及探索，未充分達到激發(fā)早期故障的目的。
為此本文旨在尋找一種低成本且高效的篩選方案，思路是把環(huán)境應力篩選工作重心前移，把故障盡早發(fā)現(xiàn)盡早處理，具體方法是適當增加組件級的溫度沖擊次數。這個環(huán)境應力篩選的板級篩選是我公司的一次嘗試，結合一些標準進行了探索驗證，希望跟廣大同行一起探討。
組件級溫度沖擊的探索
以往我單位的組件級溫度沖擊次數為3次，下面我們進行了溫度沖擊次數的篩選度計算。
01溫度穩(wěn)定時間的確定
參照GJB360B-2009《電子及電氣元件試驗方法》上極限溫度下的試驗室時間如表1。
我公司絕大多數的電路板單板的重量在0.1kg～0.3kg之間，為穩(wěn)妥起見，我們將溫度穩(wěn)定時間定為1 h（含快速溫變時間）。
表1 溫度穩(wěn)定時間
02溫度上下限的確定
考慮到外場環(huán)境工作的溫度為-55 ℃～70 ℃，試驗室環(huán)境必須要覆蓋高低溫的極限溫度。參照GJB360B確定溫度沖擊中試驗條件A 確定溫度上下限-55 ℃～85 ℃。
表2是GJB150.4A中關于低溫的統(tǒng)計，-55 ℃能覆蓋全部的中國的低溫極值，在世界范圍的低溫極值也能覆蓋在94 %以上。
表2 低溫極值出現(xiàn)概率
圖1 組件級溫度沖擊剖面（5 min之內完成轉換）
03溫度沖擊次數的確定
參照GJB/Z34-1993《電子產品定量環(huán)境應力篩選指南》中溫度循環(huán)的篩選度公式。計算一定溫度范圍、一定溫變率，一定循環(huán)次數下的篩選度：
（1）
SS：篩選度；
R：溫度變化范圍；
e：自然對數的底；
V：溫度變化率（℃/min）；
N：溫度沖擊次數。
GJB/Z34中規(guī)定的溫度沖擊的試驗條件A循環(huán)次數為5次，試驗條件A-1循環(huán)次數為25。為了細化方案，選擇間隔5個循環(huán)來計算溫度沖擊的篩選度。選取溫度沖擊次數分別為3，5，10，15，20，25時，各篩選度如表3所示。
表3 不同循環(huán)次數下的溫度沖擊篩選度
04溫度沖擊的是試驗設計
從表3中可知，140℃的溫差范圍，28℃/min的溫變率，10個循環(huán)的篩選度為0.999998，也就是漏篩的概率為百萬分之二，15個循環(huán)的漏篩的概率小于十億分之二。考慮到客觀實際，電路板的個數遠遠小于這個龐大的數值，設計試驗方案時，同時從經濟上考慮，我們將15個循環(huán)作為循環(huán)次數的上限（篩選流程圖如圖2）。
圖2 采用兩箱法進行組件級篩選的流程圖
05溫度沖擊試驗結論
10個循環(huán)后5類電路板中出現(xiàn)故障的種類有4類，電路板種類上故障比例為80%，55塊電路板中，17塊出現(xiàn)故障，電路板數量的故障比例為31%（如圖3），說明10個溫度循環(huán)的篩選還是有很顯著效果的。
所有電路板(共5類，55塊)在增加5個循環(huán)后的常溫測試及高低溫測試中沒有新增故障。
圖3 組件級故障統(tǒng)計餅圖
我公司產品中存在的缺陷主要是由于裝配連接或緊固操作不當或工藝方法不當造成的，常見的缺陷是虛焊、松脫、短路、開路等。環(huán)境應力篩選能夠及時激發(fā)此類故障。
由表4可知，通過試驗證明，在經歷了15個循環(huán)的溫度沖擊與10個循環(huán)的溫度沖擊后對比，故障沒有增加。說明10個循環(huán)對應的篩選度理論值0.999 998在試驗中已經證明是足夠的，考慮到時間上的經濟性，沒有必要再增加循環(huán)次數。
表4 組件級溫度沖擊故障統(tǒng)計
單板溫度沖擊的實施流程圖
1) 按大綱規(guī)定的溫度條件進行10個循環(huán)的篩選；
2) 恢復常溫后，對產品進行調試并進行檢測，若無故障，則認為產品通過溫度循環(huán)篩選，篩選結束；
3) 若產品故障，則對產品進行修復，排除故障后按大綱規(guī)定的溫度條件繼續(xù)進行5個循環(huán)的篩選。若無故障，則篩選全部結束；若產品故障，則繼續(xù)排故，直至產品能經受5個溫度循環(huán)后無故障發(fā)生，篩選結束；
4) 原則上累計不超過20個溫度循環(huán)，若20個溫度循環(huán)完畢后檢查產品仍有故障，則認為產品未通過溫度循環(huán)篩選，建議進重新行設計或改進工藝或對故障芯片進行DPA分析。
5) 因故中斷后恢復試驗時，須扣除中斷所在循環(huán)內的中斷前試驗時間；
組件級溫度篩選流程見圖4。
圖4 組件級（印制板）溫度篩選流程圖
整機環(huán)境應力篩選
組件級環(huán)篩只進行溫度沖擊，不進行電應力和振動應力的施加。所以整機級環(huán)篩側重于電應力、振動應力、溫度應力的綜合。
圖5中設計了整機環(huán)境應力篩選的剖面,對GJB1032-1990進行了優(yōu)化,加上了電壓拉偏和在低溫啟動和高溫啟動階段的三次重啟上電。電壓和三次重啟的設置借鑒了可靠性鑒定試驗的做法，這樣可以方便后續(xù)一次性通過可靠性試驗。整機級環(huán)境應力篩選故障統(tǒng)計表見表5。
圖5 整機級環(huán)境應力篩選剖面
表5 整機級環(huán)境應力篩選故障統(tǒng)計
結論
環(huán)境應力篩選是可靠性鑒定試驗的預處理。我單位部分整機已經按照此次試驗方案進行完環(huán)境應力篩選并激發(fā)出產品缺陷。后續(xù)進行的可靠性鑒定試驗，均能夠一次性順利通過，并不再出現(xiàn)環(huán)篩過程中已出現(xiàn)的故障，最終驗證了我們環(huán)篩方案的有效性。
引用本文：
王道震，徐建生，汪瀾，劉紅波，張憲坤.通過優(yōu)化環(huán)境應力篩選提高電子產品可靠性[J].環(huán)境技術,2022,40(01):65-68+79.
來源：環(huán)境技術核心期刊
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