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溫度循環(huán)應力篩選
溫度循環(huán)應力篩選
應力篩選（Environmental Stress Screening，簡稱ESS）說明：
應力篩選是產(chǎn)品在設計強度極限下，運用加速技巧外加環(huán)境應力，如：預燒（burn in）、溫度循環(huán)（temperature cycling）、隨機振動（random vibration）、開閉循環(huán)（power cycle）..等方法，透過加速應力來使?jié)摯嬗诋a(chǎn)品的瑕疵浮現(xiàn)[潛在零件材料瑕疵、設計瑕疵、制程瑕疵、工藝瑕疵]，以及消除電子或機械類殘留應力，還有消除多層電路板間的雜散電容，將澡盆曲線里面的早夭期階段的產(chǎn)品事先剔除與修里，使產(chǎn)品透過適度的篩選，保存澡盆曲線的正常期與衰退期的產(chǎn)品，以避免該產(chǎn)品于使用過程中，受到環(huán)境應力的考驗時而導致失效，造成不必要的損失，雖然使用ESS應力篩選會增加成本與時間，但是對于提高產(chǎn)品出貨良率與降低返修次數(shù)，有顯著的效果，對于總成本反而會降低，另外客戶信任度也會有所提升，一般針對于電子零件的應力篩選方式有預燒、溫度循環(huán)、高溫、低溫，PCB印刷電路板的應力篩選方式為溫度循環(huán)，針對于電子成本的的應力篩選為：通電預燒、溫度循環(huán)、隨機振動，另外應力篩本身是一種制程階段的過程，而不是一種試驗，篩選是100％對產(chǎn)品進行的程序。
應力篩選適用產(chǎn)品階段：研發(fā)階段、批量生產(chǎn)階段、出廠前（篩選試驗可以在組件、器件、連接器等產(chǎn)品或整機系統(tǒng)中進行，根據(jù)要求不同可以
有不同的篩選應力）
應力篩選比較：
a.恒定高溫預燒（Burn in）的應力篩選，是目前電子IT產(chǎn)業(yè)常用析出電子元器件缺陷的方法，但是這種方式比較不適合用于篩選零件
（PCB、IC、電阻、電容），根據(jù)統(tǒng)計在美國使用溫度循環(huán)對零件進行篩選的公司數(shù)要比使用恒定高溫預燒對組件進行篩選的公司數(shù)多5倍。
b.GJB/DZ34表示溫度循環(huán)和隨機振動篩選出缺陷的比例，溫度約占80%，振動約占20%各種產(chǎn)品中篩出缺陷的分情況
| | ESS應力篩選 | 出百缺陷的分比 % | |
| 硬 體 類 型 | ESS所在組裝等級 | 溫 度 | 振 動 |
| 飛機發(fā)電機 | 單 元 | 55 | 45 |
| 計算機電源 | 單 元 | 88 | 12 |
| 航空電子設備計算機 | 單 元 | 87 | 13 |
| 艦載計算機 | 單 元 | 93 | 7 |
| 接收處理機 | 單 元 | 71 | 29 |
| 慣導裝置 | 單 元 | 77 | 23 |
| 接收系統(tǒng) | 單 元 | 87 | 13 |
| 機載計算機 | 模 塊 | 87 | 13 |
| 控制指示器 | 單 元 | 78 | 27 |
| 接收發(fā)射機 | 模 塊 | 74 | 26 |
| | 篩選率平均值 | 79 | 21 |
c.美國曾對42家企業(yè)進行調查統(tǒng)計，隨機振動應力可篩出15～25%的缺陷，而溫度循環(huán)可篩選出75～85%，如果兩者結合的話可達90%。
d.藉由溫度循環(huán)所檢測出的產(chǎn)品瑕疵類型比例：設計裕度不足：5%、生產(chǎn)做工失誤：33%、瑕疵零件：62%
溫度循環(huán)誘發(fā)的產(chǎn)品故障原因為：當溫度在上、下限極值溫度內進行循環(huán)時，產(chǎn)品產(chǎn)生交替膨脹和收縮，使產(chǎn)品中產(chǎn)生熱應力和應變。如果產(chǎn)品內部有瞬時的熱梯變（溫度不均勻性），或產(chǎn)品內部鄰接材料的熱膨脹系數(shù)彼此不匹配時，則這些熱應力和應變將會更加劇變。這種應力和應變在缺陷處zui大，這種循環(huán)使缺陷長大，zui終可大到能造成結構故障并產(chǎn)生電故障。例如，有裂紋的電鍍通孔其周圍zui終*裂開，引起開路。熱循環(huán)使焊接和印刷電路板上電鍍通孔..等產(chǎn)生故障的首要原因，溫度循環(huán)應力篩選尤其zui為適用于印刷電路板結構的電子產(chǎn)品。
溫度循環(huán)所激發(fā)出的故障模式或對產(chǎn)品的影響如下：
a.使涂層、材料或線頭上各種微觀裂紋擴大
b.使粘接不好的接頭松弛
c.使螺釘連接或鉚接不當?shù)慕宇^松弛
d.使機械張力不足的壓配接頭松弛
e.使質量差的焊點接觸電阻加大或造成開路
f.粒子、化學污染
g.密封失效
h.包裝問題，例如保護涂層的連結
i.變壓器和線圈短路或斷路
j.電位計有瑕疵
k.焊接和熔接點接續(xù)不良
l.冷焊接點
m.多層板因處理不當而開路、短路
n.功率晶體管短路
o.電容器、晶體管不良
p.雙列式集成電路破損
q.因毀損或不當組裝，造成幾乎短路的線匣或電纜
r.因處理不當造成材質的斷裂、破裂、刻痕..等
s.超差零件與材質
t.電阻器因缺乏合成橡膠緩沖涂層而破裂
u.晶體管發(fā)涉及金屬帶接地出現(xiàn)發(fā)樣裂紋
v.云母絕緣墊片破裂，導致晶體管短路
w.調協(xié)線圈金屬片固定方式不當，導致不規(guī)律輸出
x.兩極真空管在低溫下內部開路
y.線圈間接性的短路
z.沒有接地的接線頭
a1.元器件參數(shù)漂移
a2.元器件安裝不當
a3.錯用元器件
a4.密封失效
的應力參數(shù)主要有下列幾項：高低溫極值范圍、駐留時間、溫變率、循環(huán)數(shù)
高低溫極值范圍：高低溫極值范圍愈大，所需循環(huán)數(shù)愈少，成本愈低，但是不可以超過產(chǎn)品可承受的極限，不引發(fā)新的故障構因為原則，溫度變化的上下限差距不要少88°C，典型的變化范圍為-54°C到55°C。
駐留時間：另外駐留時間也不可以太短，否則來不及使待測品產(chǎn)生熱漲冷縮的應力變化，至于駐留時間多少，不同產(chǎn)品的駐留時間皆不相同，可以參考相關規(guī)范要求。
循環(huán)數(shù)：至于的循環(huán)數(shù)，也是考慮產(chǎn)品特性、復雜度、溫度上下限以及篩選率在訂定，其篩選數(shù)也不可超過，否則會讓產(chǎn)品產(chǎn)生不必要的傷害，也無法提高篩選率，溫度循環(huán)數(shù)從1～10個循環(huán)[普通篩選、一次篩選]到20～60個循環(huán)[精密篩選、二次篩選]都有，針對去除zui可能發(fā)生的做工（workmanship）缺陷，大約需要6～10個循環(huán)才能夠有效去除，另外針對于溫度循環(huán)的有效性，主要取決于產(chǎn)品表面的溫變率，而不是試驗箱體里面溫變率。
溫度循環(huán)的主要影響參數(shù)有下列七項：
（1）溫度范圍（Temperature Range）
（2）循環(huán)數(shù)（Number of Cycles）
（3）溫度變率（Temperature Rate of Chang）
（4）駐留時間（Dwell Time）
（5）風速（Airflow Velocities）
（6）應力均勻度（Uniformity of Stress）
（7）功能測試與否（Product Operating Condition）
說明：假設高低溫差（R）固定的條件下，其循環(huán)數(shù)也固定，溫變率越高其篩選率也會有所提高，如試驗條件及規(guī)范有規(guī)定固定的溫變率，則增加循環(huán)數(shù)也可提高篩選率，但其篩選率有一定限度，并沒有辦法成線性提高。
| part（元器件） | 產(chǎn)品中可以拆裝的zui小可分辨項目，如分立半導體器件、電阻、集成電路、焊點和連接器等。 |
| assembly（組件） | 設計成可裝入某一單元并與類似或其它的組件一起工作，且由一定數(shù)量的元器件組成的組合件，如印制線路板組件、電源模塊和磁心存貯器模塊等。 |
| unit（單元） | 裝在機箱內的一些機箱自含元器件和（或）組件。它能完成一個特定功能或一組功能，并且可作為一個獨立的部分從系統(tǒng)中更換，如自動駕駛儀的計算機和甚高頻通訊設備的發(fā)射機。 |
| equipment/system（設備或系統(tǒng)） | 互連或組裝在一起后，能執(zhí)行完整功能的若干單元的總稱，如飛行控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。 |
| item（產(chǎn)品） | 可以單獨考慮的任一組件、單元、設備或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。 |
| defect（缺陷） | 產(chǎn)品中可能導致出現(xiàn)故障的固有或誘發(fā)的薄弱點。 |
| patent defect（明顯缺陷） | 用常規(guī)的檢查、功能測試和其它規(guī)定的方法，而不需用環(huán)境應力篩選可發(fā)現(xiàn)的缺陷。 |
| latent defect（潛在缺陷） | 用常規(guī)的檢查、功能測試和其它規(guī)定的方法不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。其中一部分缺陷若不用環(huán)境應力篩選將其排除，則在使用環(huán)境中可能會以早期故障形式暴露出來。 |
| escaped defect（漏篩缺陷） | 引入缺陷中用篩選和檢測未曾發(fā)現(xiàn)，漏入到下一組裝等級的部分。 |
| defect density（缺陷密度） | 一組（批）產(chǎn)品中每個產(chǎn)品所含缺陷的平均數(shù)。缺陷密度可分為引入缺陷密度、漏篩缺陷密度、殘留缺陷密度和觀察到的殘留缺陷密度。 |
| part fraction defective（元器件缺陷率） | 以百萬分之一（ppm）為單位表示的一組元器件中有缺陷元器件所占的比例。 |
| fallout（析出量） | 在應力篩選期間或在應力篩選之后立即檢測到的故障數(shù)。 |
| screenable latent defect（可篩選出的潛在缺陷） | 現(xiàn)場使用中應判為是以早期故障形式析出的缺陷，定量篩選中可把故障率大于 的潛在缺陷作為要篩選出的潛在缺陷。 |
| stress screening（應力篩選） | 將機械應力、電應力和（或）熱應力施加到產(chǎn)品上，以使元器件和工藝方面的潛在缺陷以早期故障形式析出的過程。 |
| screen parameter（篩選參數(shù)） | 篩選度公式中的諸參數(shù)，如振動量值，溫度變化速率和持續(xù)時間等。 |
| screening strength（篩選度） | 產(chǎn)品中存在對某一特定篩選敏感的潛在缺陷時，該篩選將該缺陷以故障形式析出的概率。 |
| test detection efficiency（檢測效率） | 檢測充分程度的度量，它是由規(guī)定檢測程序發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)與篩出的總缺陷數(shù)之比值。 |
| test strength of screening（篩選檢出度） | 用篩選和檢測將缺陷析出的概率，它是篩選度和檢測效率的乘積。 |
| thermal survey（熱測定） | 使受篩產(chǎn)品處于規(guī)定溫度下，并在產(chǎn)品內有關的部位測量其熱響應特性的過程。有關部位可以是熱慣性zui大的部位，也可以是關鍵部位。 |
| vibration survey（振動測定） | 使受篩產(chǎn)品經(jīng)受振動激勵，并在產(chǎn)品內有關部位測量其振動響應特性的過程。有關部位可以是預計響應zui大部位，也可以是關鍵部位。 |
| selection/placement of screening（篩選的選擇和安排） | 系統(tǒng)地選擇zui有效的應力篩選并把它安排在適當?shù)慕M裝級上的過程。 |
| yield（篩選成品率） | 經(jīng)篩選交收時，設備內可篩選出的潛在缺陷為零的概率。 |
ESS：環(huán)境應力篩選
FBT：功能板測試儀
ICA：電路分析儀
ICT：電路測試儀
LBS：負載板短路測試儀
MTBF：平均故障間隔時間
溫度循環(huán)循環(huán)數(shù)：
a.MIL-STD-2164（GJB 1302-90）：在缺陷剔除試驗中，溫度循環(huán)數(shù)為10、12次，在*檢測中則為10～20次或12～24次針對去除zui可能發(fā)生的做工（workmanship）缺陷，大約需要6～10個循環(huán)才能夠有效去除，1～10個循環(huán)[普通篩選、一次篩選]、20～60個循環(huán)[精密篩選、二次篩選]。
b.DOD-HDBK-344（GJB/DZ34）初始篩選設備和單元一級采用10～20個循環(huán)（通常≧10），組件級采用20～40循環(huán)（通常≧25）。
溫變率：
a.MIL-STD-2164（GJB1032）明確說明：[溫度循環(huán)的溫度變化率5℃/min]
b.DOD-HDBK-344（GJB/DZ34）組件級15℃/min、系統(tǒng)5℃/min
c.一般未規(guī)定溫變率的，其常用的度變化率通常為5°C/min
應力篩選規(guī)范：
| MIL-202C-106、107 | 電子及電器部件試驗方法標準 |
| MIL-781 | 可靠性試驗方法手冊 |
| HB/Z213 | 機載電子設備環(huán)境應力篩選指南 |
| HB6206 | 機載電子設備環(huán)境應力篩選方法 |
| JESD22-A109-A | 器密試驗方法 |
| TE000-AB-GTP-020 | 環(huán)境應力篩選要求與*電子設備應用 |
| CFR-Title 47-Chapter I-68.302 | 美國聯(lián)邦通訊委員會環(huán)境仿真 |
| GJB/Z34 | 電子產(chǎn)品定量環(huán)境應力篩選指南 |
| HB/Z213 | 組件級環(huán)境應力篩選 |
溫度循環(huán)：
| EC 68-2-14 | 溫度變化 |
| MIL-STD-2164 | 電子設備環(huán)境應力篩選方法=GJB1032-1990 |
| GJB1032-1990 | 電子設備環(huán)境應力篩選方法 |
| DOD-HDBK-344 | 電子設備環(huán)境應力篩選=GJB/Z34-1993 |
| NABMAT-9492 | 美軍*制造篩選 |
| JIS C5030 | 熱循環(huán)試驗 |
零件預燒試驗：
| MIL-STD-883,Method 1008 | 預燒 |
| MIL-STD-883,Method 1015 | （IC類預燒） |
| MIL-STD-750,Method 1038 | （二極管類預燒） |
| MIL-STD-750,Method1039 | 晶體管類預燒） |
| MIL-STD-883,Method 1010 | 溫度循環(huán) |
| MIL-M-38510 | 軍用微型電路的一般規(guī)格 |
| MIL-S-19500 | 半導體器件要求和特點 |
系統(tǒng)預燒：
| MIL-781 | 可靠性設計鑒定與生產(chǎn)接收試驗 |
| MIL-810 | 美國軍標環(huán)境工程考慮和實驗室試驗 |
www.oven.cc
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