基于某型電源模塊的環(huán)境應(yīng)力篩選效應(yīng)分析

陸建隆，劉福生

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所機(jī)電設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗(yàn)檢測(cè)中心， 連云港 222000）

基于某型電源模塊的環(huán)境應(yīng)力篩選效應(yīng)分析

陸建隆，劉福生

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所機(jī)電設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗(yàn)檢測(cè)中心， 連云港 222000）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前該所電子產(chǎn)品在環(huán)境應(yīng)力篩選過(guò)程中無(wú)故障通過(guò)率達(dá)99 %以上，未能起到激發(fā)潛在缺陷的作用。本文通過(guò)對(duì)某型電源模塊在兩種不同試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力響應(yīng)實(shí)測(cè)，分析篩選效果，得出了目前的篩選模式存在的問(wèn)題，給出了短期解決方案。

環(huán)境應(yīng)力篩選；篩選度

引言

由于環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）技術(shù)在剔除產(chǎn)品早期故障方面有較好的作用，因此，其在電工電子產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛深入的應(yīng)用。圖1所示給出的“浴盆曲線”描述了電子產(chǎn)品壽命周期內(nèi)的故障率變化情況，環(huán)境應(yīng)力篩選就是在早期故障率高的階段通過(guò)施加環(huán)境應(yīng)力來(lái)激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，使產(chǎn)品快速的到達(dá)故障率恒定的使用壽命階段。

近十余年來(lái)，該所一直施行模塊級(jí)和單元級(jí)兩級(jí)篩選，且產(chǎn)品均是100 %進(jìn)行篩選后才能交付，這種篩選模式和篩選覆蓋面對(duì)于我所產(chǎn)品的質(zhì)量的穩(wěn)定性起到了一定的作用。但近一兩年以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我所多型產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力篩選無(wú)故障通過(guò)率達(dá)到了99 %以上，而產(chǎn)品交付以后，常發(fā)生故障甚至是批次性故障的情況，兩級(jí)篩選在激發(fā)潛在缺陷方面存在一定的不足。本文旨在通過(guò)實(shí)測(cè)某型電源模塊在該所試驗(yàn)大綱模塊級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選下的數(shù)據(jù)來(lái)分析產(chǎn)品的篩選效果。

1 環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）的環(huán)境條件與篩選度

1.1 環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）的環(huán)境條件

常規(guī)的環(huán)境應(yīng)力篩選條件有溫度循環(huán)、高溫老煉、隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，一般會(huì)根據(jù)受試樣品特點(diǎn)，選擇相適應(yīng)的最能夠剔除制造過(guò)程缺陷的篩選方法，其中隨機(jī)振動(dòng)和溫度循環(huán)較其它兩種條件使用范圍更加廣泛。隨機(jī)振動(dòng)主要是剔除在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中帶來(lái)的潛在缺陷；溫度循環(huán)能夠剔除在電路設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中帶來(lái)的缺陷和元器件本身的缺陷。本案例中的某型電源模塊便是采用了隨機(jī)振動(dòng)+溫度循環(huán)的方案。

圖1 浴盆曲線

1.2 篩選度

1.2.1 隨機(jī)振動(dòng)篩選度

隨機(jī)振動(dòng)的參數(shù)主要有頻率范圍、加速度功率譜密度（PSD）、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)軸向等。

隨機(jī)振動(dòng)的篩選度為：

式（1）中：

Grms—速度均方根值，單位：g；

t—振動(dòng)時(shí)間，單位：min；

可以看出，隨機(jī)振動(dòng)的篩選度和Grms參數(shù)及振動(dòng)時(shí)間t關(guān)系最為密切。

1.2.2 溫度循環(huán)篩選度

溫度循環(huán)的主要參數(shù)有上限時(shí)間（Tu）、下限時(shí)間（TL）、升溫變化速率（V1）、降溫變化速率（V2）、上限溫度保溫時(shí)間（tu）、下限保溫時(shí)間（tL）和循環(huán)數(shù)（N）。溫度循環(huán)的篩選度為：

式（2）中：

R—溫度循環(huán)中的溫度變化范圍(℃)；

v—溫度變化速率(℃/min)；

N—循環(huán)次數(shù)；

e—自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。

可以看出，溫度循環(huán)的篩選度與溫變范圍、變化速率等參數(shù)關(guān)系最密切。

2 實(shí)測(cè)分析

為了摸清該所產(chǎn)品在進(jìn)行模塊級(jí)篩選時(shí)的篩選度，我們選取了某型電源模塊在不安裝蓋板和安裝蓋板僅留散熱口兩種狀態(tài)進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選時(shí)進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試。隨機(jī)振動(dòng)經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，實(shí)際篩選效果與理論篩選效果基本一致，滿足目前使用要求。

在溫度循環(huán)實(shí)測(cè)中，我們分別將熱電偶布置在電源主板、電源背板、試驗(yàn)箱出風(fēng)口三個(gè)部位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。最終數(shù)據(jù)見圖2、圖3。

由圖中數(shù)據(jù)可知，在所大綱中規(guī)定的30 min的保溫時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品表面溫度均沒(méi)有達(dá)到上下限值，實(shí)際溫度范圍要小很多；溫度變化速率經(jīng)計(jì)算，也遠(yuǎn)小于設(shè)定值17.1 ℃/min。圖中數(shù)據(jù)匯總見表1。

由于某型電源模塊的關(guān)鍵部位主要是電源主板，我們?nèi)≡擖c(diǎn)數(shù)據(jù)代入公式（2）中計(jì)算篩選度，得出結(jié)果見表2。

圖2 不安裝蓋板裸露情況下實(shí)測(cè)曲線

圖3 安裝蓋板僅留散熱口情況下實(shí)測(cè)曲線

同時(shí)，根據(jù)GJB 1032附錄B“溫度循環(huán)保持時(shí)間的確定”的規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品2/3關(guān)鍵部位溫度在設(shè)定值±10 ℃內(nèi)時(shí)，才視為達(dá)到規(guī)定溫度。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，某型電源模塊的上下限溫度均沒(méi)有達(dá)到要求。由此可以看出，雖然我們的實(shí)測(cè)只是采集了部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定監(jiān)測(cè)密度和要求，但可以確認(rèn)采用安裝蓋板僅留散熱口模式下進(jìn)行溫度循環(huán)的實(shí)際篩選效果不太理想，沒(méi)有達(dá)到我們的期望篩選效果。

表1 兩種試驗(yàn)狀態(tài)下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

表2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析匯總表

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為該所類似某型電源模塊的電子產(chǎn)品在進(jìn)行模塊級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量采取不安裝蓋板裸露的模式進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)加大溫度保持時(shí)間，盡量不要使用溫度保持30 min的模式進(jìn)行試驗(yàn)，以提高篩選效果，激發(fā)產(chǎn)品潛在缺陷。

[1] GJB 1032-90,電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法[S].

[2] GJB/Z 34-93,電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南[S].

[3] 梁志君,白照高,郭濤. 電子產(chǎn)品溫度循環(huán)篩選效果探析[J] .艦船電子工程, 2005,(3):117-119.

Environmental Stress Screening Effect Analysis of One Certain Type Power Module

LU Jian-long, LIU Fu-sheng
(Machinery-Electronic Equipment Environment and Reliability Test Center of the 716th Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Lianyungang 222000)

According to the statistics, the current electronic products in the process of environmental stress screening trouble-free pass rate is above 99 %, which was failed to inspire potential defects.This article tests the stress response in two different test conditions through a certain type of power supply module, analyzes screening results, and it concludes the current problems existing in the screening model, and the solutions are also given.

environmental stress screening; screening degree

TB24

B

1004-7204（2017）05-0028-03

陸建隆，（1988.2-），男，漢族，江蘇蘇州，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：環(huán)境與可靠性。