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航天技术与民品1998年第7期 【工作研究】
【摘要】环境应力筛选技术是提高电子产品质量可靠性的一种有效方法。

文章简要论
述了
环境应力筛选的基本概念、温度循环试验中参数和设备的选择、随机振动试验的
参数选择和适用场合，以及该方法在民用产品中的应用前景。

【关键词】电子产品；可靠性；环境应力筛选；温度循环试验；随机振动试验
提高产品质量，才能保证产品在使用寿命期内安全可靠地工作。

尤其在市场经济条件下，验残酷的竞争使人们真正将产品质量视为企业的生命。

实践证明，军用电子产品采用元器件组装前筛选，组件、整机环境应力筛选，整机168 小时连续考机及电源拉偏试验，批次产品环境试验(即例行试验)等等都是提高产品可靠性的有效措施。

民用电子产品沿用军品提高产品质量的思路，因地制宜地借鉴其切实可行的方法也是很有必要的。

现将环境应力筛选工作的主要内容和技术要求介绍如下：
一、环境应力筛选的基本概念
所谓环境应力筛选就是选择若干典型环境因素，将适量的环境应力作用于组件或整机，把元器件工艺缺陷，即生产和装配过程中的缺陷激发出来，给予修正或更换。

也就是说，在产品使用寿命周期内，将其隐患提前暴露出来，把缺陷消灭在出厂之前，不是消极的单靠售后服务，或者试验中“保驾上天”，而是采取积极、主动的措施，提高产品质量。

这是一种新的质量控制方法。

环境应力筛选应当以足以暴露缺陷为目的。

因此环境应力参数的选择不能与产品使用环境相混淆，不能以产品使用环境来限制。

当然，所施加的环境应力也必须保证好的元器件、部件不受损伤。

根据国外的经验，环境应力筛选采用温度循环和随机振动较为有效。

其特点是效率高、省时、经济。

60年代，美国阿波罗飞船登月试验成功，就是最先使用了“温度循环加随机振动”的环境应力筛选方法，于是此方法引起了世人的注目。

经过大量的试验、论证，制定了相应的标准。

1979年2～3月，在美国召开的第一次全国环境应力筛选会议上，代表一致认为环境应力筛选是提高电子产品可靠性的“绝招”。

美国海军1979年春颁发的“海军电子产品生产筛选大
纲”(NAVMAT P-9492)，是这种标准的范本。

80年代初原航天工业部702所陈奇妙所长首先引入此方法，大力推广、普及。

航天产品早已将环境应力筛选作为产品验收必做的试验项目之一。

对提高电子产品可靠性确实收到很好的效果。

二、温度循环试验
温度循环试验是采用高的变温率、大的热应力，使那些不同材料组成的元器件，因结合不良、材料本身的不均匀性、工艺中缺陷等所造成的隐患而迅速失效。

温度循环试验中参数的选择参见表1。

表1__温度循环参数变温率温度范围极限温度循环次数(5～15)℃/分100℃-40℃；+60℃8～10次典型的单个温度循环图见图1。

现从4个方
面介绍温度循环试验中的参数选择和设备选用。

图1典型的单个温度循环图1.关键参数为变温率及循环次数。

决定于产品对可靠性的要求及产品的
复杂程度，不能任意选定，要考虑热应力强度及
热疲劳应力对好的元器件的损坏。

在极端的高低温时，温度保持时间决定于产品复杂程度，宜在
0.5～3小时中间选取。

2.建议采用变温率为5℃/分；极限温度为-40℃，+60℃；
循环次数为8次。

这样的环境参数组合使得虚焊、夹伤部位、元
器件本身缺陷的暴露较明显。

3.由于高变温率大容量的试验设备使用价格很昂贵，我们
曾经采用二箱法替代，但效果不好。

人们有个错觉，认为从高
温箱到低温箱，如果过渡时间小于1分钟，则变温率很高。

其实
不然，已经热透的试件从热箱转入冷箱，由于产品本身具有大
的热容量，使冷箱内温度改变，试件本身也只能从外到里逐步
冷却。

采用高变温率温度循环箱，为了保证变温率，在冷却
时，采取加液氮等措施;加热时，则采用大功率热源。

人为
的“虚焊”试件，用二箱法没有暴露，用高变温率温度循环箱
则暴露无疑。

4.为了降低成本，对于大批量的温度循环试验，可以考虑
采用二箱法。

在这种情况下，应当在电路板级进行筛选。

三、随机振动试验
在随机振动试验台上作试验，整个试验期内频率范围从20周到2000周，随机地进行激励。

由于产品缺陷部位刚性差，经不起一次又一次激起的共振，在一定时间范围内，从缺陷发展到损坏。

通过对振动强度及振动时间两个参量的合理选用，使缺陷必然暴露，而无缺陷者又不致于造成疲劳损伤，这就是随机振动试验的特点。

随机振动试验中参数选择参见表2。

表2__随机振动参数谱值(g 2/Hz)时间(分钟/每轴)轴数0.01～0.13～52～3
目前随机振动筛选所用谱形已统一为标准梯形谱，如图
2 所示。

现从3个方面论述随机振动试验参数选择和该试验的
适用场合。

1.对机械设计人员来讲，设备共振是
望而生畏的东西。

一般的部件，整件的固有谐振频率都
在20至2000周之内，在这个频谱内作随机振
动，随时处于共振状态，无缺陷者经受考
验，有缺陷者因刚性差就被损坏。

因此对于
这种方法有“以毒攻毒”的感觉。

对功率谱
密度及振动时间必须严格掌握。

2.一般环境应力筛选标准中的推荐值
为0.04g2/Hz，根据我国国情不宜选大。

就目
前数字电路及分离元件混装的印制板组件而
言，建议采用0.03g2/Hz；整机为 0.02g2/Hz。

我们曾经对印制板组件作0.04g2/Hz值试验，就出现了不该损坏的部位损坏的情况，这是不允许的。

为了节省开支，减少装卸时间，仅在一个轴方向即产品工作位置，作随机振动，时间为10分钟。

3.根据随机振动的特点，对试件有限制。

如电子管的灯丝、表头中的游丝等，均属刚性太差的结构，不宜做随机振动，在试验前必须拆除。

对于采用平板结构的仪器或设备，即所有元器件、部件都装在一块刚性很差的水平放置的平板上，是不能作随机振动的。

有些结构件是悬臂梁结构，作随机振动也要慎重。

四、结束语
民用产品要提高产品质量，也要考虑降低成本。

用环境应力筛选可以发现设计中、工艺中的缺陷；作产品定型前的摸底试验，对批生产产品定期作环境应力筛选，可以发现潜在的问题，这是可靠而又经济的方法。

根据大量的环境应力筛选的试验结果，为结构和电气设计、工艺规范、元器件优选提供准则，具有重大意义。

根据本单位产品的特点、工艺水平和可靠性要求，可以尝试创造独特的、有效的、经济实惠的环境应力筛选方法。

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