环境应力筛选试验

1、打造可靠的中国装备！北京运通恒达科技有限公司2022-7-2环境应力筛选试验陈晓彤北京运通恒达科技有限公司2022年7月2可靠性试验 可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。 其目的是： 筛选：发现产品在设计、材料和工艺方面的各种缺陷，避免有缺陷的产品流到客户； 增长：为产品的可靠性设计改进、减少维修和保障费用提供提供信息，通过设计改进提高产品的可靠性水平； 鉴定：确认是否符合可靠性定量要求。3可靠性试验的分类可靠性试验可靠性试验工程试验工程试验统计试验统计试验应力筛选应力筛选可靠性增长可靠性增长可靠性鉴定可靠性鉴定可靠性验收可靠性验收Burn InESSHASSHASARG

2、THALTRETPQTALTORT Periodic Retest 4TB=交付时间点交付时间点TW=耗损时间点耗损时间点早期失效期早期失效期偶然失效区偶然失效区耗损失效区耗损失效区TwTB制造缺陷制造缺陷工艺缺陷工艺缺陷元件缺陷元件缺陷固有缺陷固有缺陷耗损故障耗损故障时间时间失效率失效率浴盆曲线浴盆曲线浴盆曲线和可靠性试验浴盆曲线和可靠性试验筛选试验增长试验鉴定试验5可靠性试验的要素 故障判据 试验剖面 试验计划 检测点和检测周期6环境应力筛选试验（ESS） 在产品出厂前，有意将环境应力施加到产品上，使产品的潜在缺陷加速发展成早期故障，并加以排除，从而提高产品的可靠性。连接不牢虚焊、漏焊不合

3、格元器件7ESS 的应力选择振动应力： 粒子污染； 压紧导线磨损； 晶体缺陷； 混装； 邻近板摩擦； 两个元器件短路； 导线松脱； 元器件粘接不良； 大质量元器件紧固不当； 机械性缺陷等。温度应力： 元器件参数漂移；元器件参数漂移； 电路板开路、短路；电路板开路、短路； 元器件安装不当；元器件安装不当； 错用元器件；错用元器件； 密封失效；密封失效； 化学污染；化学污染； 导线束端头缺陷；导线束端头缺陷； 夹接不当等。夹接不当等。 采用温度应力和振动应力可以解决绝大部分早期失效问题8ESS 的应力选择 随机振动 正弦振动 温度保持 温度循环如何选择 ？如何选择 ？筛选度（筛选度（SS）：能剔除

4、潜在缺陷的比率）：能剔除潜在缺陷的比率9随机振动 vs. 正弦振动 随机振动 ： Grms加速度均方根值，g； 振动时间，min。正弦振动：结论：随机振动的筛选效率要比正弦振动高得多！tGrmseSS863. 0)10/(000727. 01tGrmseSS71. 1)(0046. 0110温度保持 vs. 温度循环 温度保持 ： 温度循环：结论：温度循环的筛选效率要比温度保持高得多！tReSS6 . 0)6 . 0(0017. 01NveReSS36 . 0)ln()6 . 0(0017. 01与室温之差试验时间温变范围温变率循环次数11ESS 的机理和基本方法 机理：环境加速缺陷暴露剔除不

5、合格品 方法： 随机振动(0.04g2/Hz, 515min) 温度循环(1012个） 随机振动(0.04g2/Hz, 515min)12ESS的振动剖面 类型：随机振动 轴向：实际轴向或敏感轴向 时间：单轴向10mins，三轴向每轴向5mins 注意：疲劳特性，累积小于30min13温度循环剖面高温保持温度：一般取工作极限高温和贮存极限高温的最高值，例如+60；低温保持温度：一般取工作极限低温和贮存极限低温的最低值，例如-30；温度箱温变率：上升速率大于11/min，下降速率小于-8/min；高/低温保持时间：采取实际测量方式确定一次温度循环的时间：为一次升温、降温、温度保持的时间和，依赖于

6、试验件的温度传导特性。通电：在温度循环试验过程中，在升温阶段和高温保持阶段，产品通电工作；在降温和低温保持阶段，产品断电不工作。14高低温保持时间的确定将受试产品安装于温度箱内，将热电偶固定在产品的典型部位上，数量不得少于三个，装好热电偶后，应使产品恢复原状，接通产品电源，使其工作。将试验箱温度设定值调到规定的高温极限值，使试验箱空气温度以11/min的平均速率上升。保持试验箱空气温度在上设定值温度，直到产品上2/3热电偶的温度在上设定值温度5为止，记录该时刻。断开产品电源，使其停止工作。将试验箱温度设定值调到规定的低温极限值，使试验箱空气温度以-8/min的平均速率下降。保持试验箱空气温度在

7、上设定值温度，直到产品上2/3热电偶的温度在上设定值温度5为止，记录该时刻。反复进行2-3次测量，得到升温时受试产品的滞后于试验箱空气的平均时间T1和降温时受试产品的滞后于试验箱空气的平均时间T2。将T1作为高温保持时间，将T2作为低温保持时间。15试验效果预测 假设某产品的温度范围为-30+60，产品的实际温变率为温度箱温变率的40%，即当温度箱以11/min的温变速度时，产品的实际温变率为4/min方案方案方案一方案一方案二方案二方案三方案三方案四方案四试验时间（hrs） 40201010温度箱温变率（/min）5111117产品温变率（/min24.44.46.8循环次数2729.314

8、.722.7筛选度0.73680.94680.77040.967916试验前准备 高低温保持时间的测试 试验夹具的安装和试振 试验前产品测试 测试设备的准备和测试人员的培训 测试和故障记录表格的准备17试验故障处理（1） 对于破坏性故障（试验结束后，产品不能恢复其规定的功能），应对产品进行修复，修复后继续进行试验； 对于非破坏性故障（试验结束后，产品可恢复其正常功能），应对产品的试验环境进行分析。如果采用的试验环境应力超出了产品工作环境极限，可容忍其故障，不采取修复工作；如果采用的试验环境应力没有超出产品工作环境极限，则必须分析原因，找出可能的故障原因，实施修复。18试验故障处理（2） 对于试

9、验过程中发生的故障，可在以下对策中选择其一，并在试验大纲中进行说明： 中止试验，修复后继续进行试验； 暂时中止试验，拆下故障件后，其余产品继续试验； 继续进行试验，试验结束后修复。 所有通过环境应力筛选试验的产品，无论是未发生故障和故障后修复的产品，必须满足以下条件方可交付： 连续10个温度循环无故障； 至少5分钟的随机振动无故障； 试验结束后产品的性能和功能完全正常。19ESS的应用及效益产 品效 益美国卫星轨道故障减少 50%ANIUYK20V 计算机MTBF 从 1150h 提高到 9534h，提高7.3 倍AG3 变换器MTBF 从 15000h 提高到 44362h，提高约 3 倍A

10、-A17 惯导系统内场故障减少 43%电子燃料喷射系统外场故障从 23.5%降到 8%HEWLITT 台式计算机现场维修次数减少 50%我国某飞机的大气数据计算机故障率降低 4070%20应注意的事项所有试验产品应去除包装物及减震装置后再进行试验，试验产品在箱内安装应保证除必要的支点外，全部暴露在传热介质即空气中；在进行夹具设计时，要保证产品的振动激励方向为故障敏感方向；试验箱热源的位置布置不应使热幅射直接到达试验产品，用于控制箱温的热电偶或其它型式的温度传感器应置于试验箱内部的循环气流中，并要加以遮护以防辐射影响；若存在试验箱内空气及致冷系统的冷却介质，应对空气的温度和湿度应加以控制，使其在

11、试验期间产品上不出现凝露。谢 谢 ！22HASS（参考资料） 目的：将有缺陷和无缺陷的产品区分开来，以保证不让有缺陷的产品流入市场或投入使用。23HASS 要有效实施HASS筛选过程，彻底剔除产品的早期故障，应该在能够产生加工缺陷的元器件级、模块级、单元级和整机级按照从低到高的层次进行HASS 筛选，才能保证整个产品的可靠性。 24HASS步骤 夹具设计 测试设备 确认初步HASS剖面 实施HASS HASS 筛选方案的调整和重新验证 25HASS 夹具 保证同时容纳多个产品参加试验，满足产品批量生产的要求。 保证在夹具各个位置的试件获得的振动量值相差很小，将试验台传递到试件的振动能量最大，在

12、试验过程中不发生共振, 夹具尽可能的简单，不需要在设计和制造夹具过程中花费过多的资金。 耐用、可重复使用等。 夹具设计和制造完成后，要进行夹具使用效果的验证 . 26HASS运行剖面参数选择温度循环的上下限温度一般取工作极限温度范围的80%；极限温度滞留时间一般取决于试件温度达到平衡所需要的时间和测试试件工作状态所需要的时间。 27HASS运行剖面参数选择 振动量级一般取破坏极限的50% ，如果超过了工作极限，则取工作极限的80% 。28HASS运行剖面U D L温温 度度( U O L + U D L ) / 2L D L( L O L + L D L ) / 21 0 m i n1 0 m

13、 i n时时 间间H A S S 应 力 初 步 剖 面L L O O L L 温温 度度 工工 作作 下下 限限L L D D L L 温温 度度 破破 坏坏 下下 限限U U O O L L 温温 度度 工工 作作 上上 限限U U D D L L 温温 度度 破破 坏坏 上上 限限V V O O L L 振振 动动 工工 作作 极极 限限V V D D L L 振振 动动 破破 坏坏 极极 限限加加 速速 度度频频 率率 应应 力力 步步 长长（ V V O O L L V V D D L L ） / / 8 81234( V O L + V D L ) / 2V O L * 8 0 %

14、温 度 应 力振 动 应 力U O L工工 作作 极极 限限 （ 温温 变变 率率 ）L O L2 0 / m i nU O L - 1 0 1 0 m i n1 0 m i nL O L + 1 0 室 温29HASS运行剖面H A S S 应 力 初 步 剖 面L L O O L L 温温 度度 工工 作作 下下 限限L L D D L L 温温 度度 破破 坏坏 下下 限限U U O O L L 温温 度度 工工 作作 上上 限限U U D D L L 温温 度度 破破 坏坏 上上 限限V V O O L L 振振 动动 工工 作作 极极 限限V V D D L L 振振 动动 破破 坏

15、坏 极极 限限X X = = ( ( U U O O L L - - L L O O L L ) ) * * 2 2 0 0 % % / / 2 2温温 度度 、 振振 动动 应应 力力时时 间间室 温U O L - XL O L + X1 0 m i n1 0 m i n1 0 m i n1 0 m i nV D L * 5 0 %温温 度度 应应 力力振振 动动 应应 力力30HASS运行剖面筛选效果验证 主要是用来证明HASS试验剖面图是否能够满足其筛选要求,它包括筛选过程有效性的验证和产品剩余有效寿命的评估两方面的内容。 31筛选过程有效性的验证 对筛选过程出现的失效模式进行分析。以判别这些失效形式是由于在筛选过程中遭受了过大的应力诱发的,还是由于疲劳或制造缺陷造成,从而决定HASS 试验剖面所选择的应力量级是否正确和是否需要修正。 32产品剩余有效寿命的评估 评价HASS是否过多地损伤了产品的有效