综合应力筛选对产品可靠性提升的影响研究

综合应力筛选对产品可靠性提升的影响研究

赵祖静1袁吴松2袁张玲1

2.工业和信息化部电子第五研究所芜湖实验室袁安徽芜湖241000冤渊1.中国电子科技集团公司第三十八研究所袁安徽

合肥230000曰

摘要院综合应力筛选实施的主要意义就是在完成环境应力筛选工序后袁提前模拟产品在未来实际工作中的

使用情况袁尽早地发现并修正产品本身的设计和工艺等缺陷袁从而降低故障率袁提高并稳定其可靠性袁使产品提早进入其生命周期的偶然故障阶段遥因此袁对综合应力筛选对产品可靠性提升的影响进行了研究遥首先袁将综合应力筛选与其他几种筛选进行了对比曰然后袁阐述了综合应力筛选的具体实施过程曰最后袁对综合应力筛选的效果进行了分析遥结果表明袁综合应力筛选能够降低产品的故障率袁提高产品的可靠性遥

关键词院综合应力筛选曰环境应力筛选曰实施过程曰实施效果曰可靠性中图分类号院TB114.3文献标志码院A文章编号院1672-5468渊2019冤06-0004-04doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2019.06.004

ResearchontheInfluenceofMultipleStressScreening

onProductReliabilityImprovement

渊1.No.38ResearchInstituteofCETC袁Hefei230000袁China曰2.WuhuLaboratoryofCEPREI袁Wuhu241000袁China冤

ZHAOZujing1袁WUSong2袁ZHANGLing1theuseconditionoftheproductinfuturepracticalworkinadvanceaftercompletingtheenvironmentalstressscreeningprocedure袁andtofindandcorrectthedesignandprocessdefectsoftheproductassoonaspossible袁soastoreducethefailurerate袁improveandstabilizeitsreliability袁andenabletheproducttoentertheaccidentalfailurephaseofitslifecycleinadvance.Therefore袁theinfluenceofmultiplestressscreeningonreliabilityimprovementofproductsisstudied.Firstly袁themultiplestressscreeningiscomparedwithotherkindsofscreening.Then袁theconcreteimplementationprocessofthemultiplestressscreeningisexpounded.Finally袁theeffectofthemultiplestressscreeningisanalyzed.Theresultsshowthatmultiplestressscreeningcanreducethefailurerateoftheproductandimprovethereliabilityoftheproduct.implementationeffect曰reliability

Abstract院Themainsignificanceoftheimplementationofmultiplestressscreeningistosimulate

Keywords院multiplestressscreening曰environmentstressscreening曰implementationprocess曰

收稿日期院2018-12-28修回日期院2019-01-16

作者简介院赵祖静渊1992-冤袁男袁安徽马鞍山人袁中国电子科技集团公司第三十八研究所工程师袁硕士袁主要从事机载雷

达TR模块设计与可靠性提升研究工作遥

18阅陨粤晕在陨悦匀粤晕孕陨晕运耘运粤韵X陨晕郧再哉匀哉粤晕允I晕郧杂匀陨再粤晕

第6期赵祖静等院综合应力筛选对产品可靠性提升的影响研究

GJB1032要1990[1]中针对电子产品的环境应力筛选[2]渊ESS院EnvironmentalStressScreening冤给出了普适的标准袁在颁布之初取得了较好的效果遥但是袁由于其是20世纪90年代制定的标准袁因而还是存在着诸多的局限[3]遥无差的尧不容裁剪的应力条件袁已不能满足快速发展的多型现代化武器装备的筛选需求遥

以某型机载雷达TR模块为例袁在完成常规的ESS后袁故障率依旧较高遥这是因为ESS只是产品交付之前的一道有效工序袁并不要求筛选结果与产品可靠性目标建立定量的关系[4]袁筛选条件虽然普适袁但对于大多数工艺要求精细尧工作条件苛刻的产品反而不能取得量体裁衣的效果遥常规

0引言

图2综合应力筛选条件与其他筛选的比较

常规ESS的应力施加条件是人们长期大量的实践经验总结袁由GJB1032要1990等标准唯一确定遥HASS的应力施加依赖于产品研制初期高加速寿命试验渊HALT院HighlyAcceleratedLifeTest冤所得到的工作极限和破坏极限袁需要经过复杂的统计和计算袁国内外目前也处于研究阶段袁没有统一的标准遥与较局限的ESS和过分精准的HASS相比袁MSS没有固定的施加条件袁根据具体的产品确定遥不同的产品袁实际的工作环境需求不同袁施加的应力也不相同遥MSS的条件是对特定产品实际工作中的主要环境因素的近似模拟遥

筛选与电子产品浴盆曲线的关系如图1所示袁从图1中可以看出袁经过常规的ESS之后的产品故障率可能是图中的A-F之中的任意点袁但永远不可能达到F点遥综合应力筛选渊MSS院MultipleStresseScreening冤引入的目标就是让完成ESS的产品的故障率在交付之前提前接近甚至达到F点遥

2

图1常规筛选与电子产品浴盆曲线的关系

产品筛选不作抽样袁百分百地进行遥为了提高筛选效率袁降低筛选成本袁保证筛选质量袁需要在筛选实施前根据产品实际使用的特点袁设计一套适用的夹具遥夹具本身除了要满足GJB1032要1990中关于其传递函数平坦度要求的规定外袁在实际使用中袁尤其对于某些体积大尧带载多的夹具袁还需对安装产品的各个位置的振动响应提出具体的需求袁避免过应力或者欠应力的无效筛选产生遥根据实际的装备环境袁为某型机载雷达设计如图3所示的特制夹具遥

MSS的具体实施

1

力筛选[5]渊HASS院HighlyAcceleratedStressScreen鄄ing冤袁MSS所施加的筛选条件不是单一的类别渊例如院振动冤袁而是实际使用中各个主要环境应力的叠加遥故障都是在使用中暴露的袁MSS的实质就是提前模拟产品的使用状态袁使其尽快地达到图1浴盆曲线中的F点遥

图3某型机载雷达TR组件MSS夹具

阅陨粤晕在陨悦匀粤晕孕陨晕运耘运粤韵X陨晕郧再哉匀哉粤晕允I晕郧杂匀陨再粤晕

如图2所示袁相较于常规的ESS和高加速应

MSS与其他几种筛选的比较

19电子产品可靠性与环境试验2019年

根据国内外文献统计的12种常见环境应力在常规筛选中的有效性加权比如图4所示袁再结合机载雷达实际的工作环境袁项目人员将温度尧振动和电作为本产品MSS的3个条件维度遥

例袁对产品早期筛选结果统计发现其内部变频放大元件尧PCB通孔绕接线和壳体两端固定把手故障率一直较高袁与外场使用时经常发生的故障几率类似袁具体如表1所示遥

表1各类故障在筛选和使用阶段故障率统计对比

单位院%

变频故障常规ESS检测故障率批次

外场使用故障率

MSS检测故障率

绕接线故障常规ESS检测故障率

外场使用故障率

常规ESS检测故障率

MSS检测故障率

结构故障

外场使用故障率

MSS检测故障率

图4筛选常用环境应力类型

如图5所示袁三维主要因素叠加作用袁最终形成以快速升温尧高温振动加电尧高温存储尧快速降温尧低温存储尧低温振动加电和快速升温为一个工作周期的任务剖面遥单个任务的周期为5h袁重复8个循环遥第一阶段40h无差筛选中存在故障的产品在经历定位尧分析尧统计和修复后继续完成第二阶段的8个循环遥

t2/益

03

040.131.52

0.151.621.63

0.232.180.262.182.28

0.023.820.053.073.83

706030

快速

升高温振动加电温

-45-55振动应力

电应力

5.765.7

MSS的本质也是一道工序袁其暴露出的缺陷也具有明显的工艺特性袁例如院组成元件的封装尧焊接和紧固工艺等遥以某型机载雷达TR组件为203MSS的效果

针对筛选过程中暴露出的主要故障袁联合电讯尧工艺和质量等部门成立了专项问题小组袁对发生故障的每一件元器件或者局部结构进行深入的分析和验证袁发现设计和工艺中的薄弱环节袁

并进行自上而下的深入整改遥为此袁采取了一些具体的措施袁例如院引入一体化无残留变频

t/min

快快芯片封装工艺曰固定把速低温存储高温存储速低温振动加电

升降手处使用刚性和耐腐蚀温温

性更好的不锈钢代替铝材曰对PCB通孔处进行柔性处理袁并在检验过程中增加绕接线处的镜

t/min

检手续遥

优化后的各类故障在筛选和使用阶段的故

135.7155.7225.7285.7300t/min

障率对比如表2所示遥在对应用了新设计尧新

图5MSS单个任务周期示意

工艺的05批次1900件产品的筛选结果统计时

111

发现袁变频尧绕接线和结构问题的故障率均大幅度地降低遥对05批次产品在外场实际使用的持续跟踪中发现袁各种主要问题故障率较之前也有明显的下降遥

阅陨粤晕在陨悦匀粤晕孕陨晕运耘运粤韵X陨晕郧再哉匀哉粤晕允I晕郧杂匀陨再粤晕

第6期赵祖静等院综合应力筛选对产品可靠性提升的影响研究

表2优化后的各类故障在筛选和使用阶段故障率统计

对比

单位院%

变频故障常规批次

ESS检测故障率

外场使用故障率

MSS检测故障率

绕接线故障常规ESS检测故障率

外场使用故障率

MSS检测故障率

结构故障常规ESS检测故障率

外场使用故障率MSS检测故障率

本项MSS的开展受到试验设备能力的限制袁升/降温速率只能达到6.25益/min袁虽然略高于GJB1032要1990中的标准袁但鉴于更快速的升/降

5结束语

温速率更能充分地暴露产品的早期故障[6]袁因而希望后续对其他产品开展MSS时可以设置更高的升/降温速率遥

综合考虑筛选成本和效率的因素袁本项MSS中只设计了垂直方向的振动条件袁对水平方向的情况并没有进行要求遥为了更好地复原实际使用中的情况袁建议后续在开展其他类似产品的MSS时应考虑并设计水平方向的条件遥

03050.131.521.630.232.182.280.023.823.830.150.210.250.210.260.280.040.310.35MSS对提升产品可靠性的效果示意图如图6所示袁从图6中可以看出MSS的开展达到了预期想象的效果袁即通过提前模拟产品的实际使用情况袁使产品的故障充分地暴露袁达到浴盆曲线的偶发故障临界点袁并通过对大量故障的统计和分析袁发现并改善产品设计和工艺上的薄弱环节袁以此达到降低产品故障率尧提升产品可靠性的目的遥

4结论

参考文献院

[1]航空航天工业部七茵二所.电子产品环境应力筛选方法院[2]牛鑫袁宋清山袁王宾袁等.环境应力筛选[J].电子产品[3]张露袁张熙川.环境应力筛选技术及其应用问题分析[4]祝耀昌.环境应力筛选技术及其应用和发展综述[J].航[5]祝耀昌.高加速应力筛选[J].航空标准化与质量袁2006[6]李军袁王玉梅.电子产品环境应力筛选研究[J].电子测

渊1冤院32-35.

天器环境工程袁2007袁24渊4冤院191-197.[J].装备环境工程袁2006袁3渊4冤院62-65.可靠性环境试验袁2014袁32渊5冤院22-25.GJB1032要1990[S].

图6MSS对提升产品可靠性的效果示意图

试袁2013袁6渊3冤院8-9.

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