TS-S100302002(環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)規(guī)范V10)

1、艾默生網(wǎng)絡(luò)能源 有限公司規(guī)范編碼：TS-S100302002版本：V1.0密級(jí)：秘密可靠性規(guī)范生效日期：頁(yè)數(shù)：2環(huán)境應(yīng)力篩選規(guī)范(En viro nmen tai Stress Scree n)擬制：_日期：_審核：_日期：_規(guī)范化審查：_日 期：_批準(zhǔn)：_日期：_更改信息登記表規(guī)范名稱(chēng)：環(huán)境應(yīng)力篩選規(guī)范(Environmentai Stress Screen )規(guī)范編碼：版本更改原因更改說(shuō)明更改人更改時(shí)間V1.0新擬制無(wú)胡林忠2002.1.16名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10第 3 頁(yè)，共 11 頁(yè)1.目的2.適用范圍3.引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或

2、資料4.定義5.規(guī)范內(nèi)容5.1環(huán)境應(yīng)力篩選程序5.2快速溫度循環(huán)篩選基本參數(shù)5.3溫度循環(huán)特性分析5.3.1誘發(fā)故障和篩選機(jī)理5.3.2溫度上、下限極值選定準(zhǔn)則5.3.3上、下限溫度的持續(xù)時(shí)間確定準(zhǔn)則5.5.4溫度變化速率確定準(zhǔn)則5.3.5溫度循環(huán)次數(shù)（或篩選時(shí)間）選擇準(zhǔn)則5.3.6設(shè)備狀態(tài)（通斷電和性能測(cè)試）確定準(zhǔn)則5.3.7溫度循環(huán)篩選度計(jì)算5.3.8溫度箱內(nèi)產(chǎn)品的安裝名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screen)規(guī)范 V10第 4 頁(yè)，共 11 頁(yè)1.目的本文規(guī)定了快速溫度循環(huán)環(huán)境應(yīng)力篩選的基本程序和方法，以規(guī)范環(huán)境應(yīng)力篩 選工作。2. 適用范圍本規(guī)范適用于二

3、次電源模塊以及其他產(chǎn)品的單板環(huán)境應(yīng)力篩選。對(duì)中試驗(yàn)證批產(chǎn)品、生產(chǎn)返修產(chǎn)品和某些可靠性要求較高的產(chǎn)品需要采用以下 方法進(jìn)行篩選。對(duì)其他產(chǎn)品是否按照以下方法篩選參考有關(guān)文件規(guī)定。3. 引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料可靠性試驗(yàn)技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社可靠性試驗(yàn)，航空航天出版社MIL-HDBK-338B，Electronic Reliability Design Handbook ，1998.10GJB/Z 34-93電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南，19934. 定義4.1 環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screen)通過(guò)向電子產(chǎn)品施加合理的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速變成 故障

4、，并通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和排除的過(guò)程，是一種工藝手段。典型的篩選應(yīng)力為隨機(jī)振動(dòng)、溫度循環(huán)和電應(yīng)力，根據(jù)我司的實(shí)際情況選擇快 速溫度循環(huán)+高溫工作老煉篩選方法。4.2 篩選度(Screen Strength )產(chǎn)品中存在對(duì)某一特定篩選敏感的潛在缺陷時(shí)，該篩選將該缺陷以故障形式析 出的概率。名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10第 5 頁(yè)，共 11 頁(yè)5.規(guī)范內(nèi)容5.1 環(huán)境應(yīng)力篩選程序圖一、環(huán)境應(yīng)力篩選程序程序說(shuō)明：00 開(kāi)始安排篩選計(jì)劃，準(zhǔn)備篩選有關(guān)資源。01 初始性能檢測(cè)根據(jù)規(guī)定對(duì)產(chǎn)品安排初始性能檢測(cè)和外觀(guān)檢查，不合格的產(chǎn)品需要排除。如果 從歷次的結(jié)果

5、來(lái)看合格率較高，達(dá)到 98 %以上，則可不安排初始性能檢查。00010203040506070802 篩選預(yù)處理為避免產(chǎn)品內(nèi)部水汽含量過(guò)高，在進(jìn)行快速溫度循環(huán)篩選之前需要進(jìn)行干燥處名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10第 6 頁(yè)，共 11 頁(yè)理，在溫度循環(huán)篩選試驗(yàn)箱內(nèi)在以下條件下進(jìn)行預(yù)處理：溫度：100 C 或者產(chǎn)品最高存貯溫度（兩者取其最低值）時(shí)間：30min （如果樣品較大，可適當(dāng)延長(zhǎng)干燥時(shí)間）03 快速溫度循環(huán)篩選按照 5.2 節(jié)的要求進(jìn)行快速溫度循環(huán)篩選。04 溫度恢復(fù)在進(jìn)行溫度循環(huán)篩選后，在試驗(yàn)箱內(nèi)按照以下條件恢復(fù)：溫度：25C或者室溫

6、時(shí)間：30min （如果樣品較大，可適當(dāng)延長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間）05 檢查測(cè)試在進(jìn)行溫度循環(huán)篩選后，根據(jù)有關(guān)規(guī)定對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行外觀(guān)檢查和性能測(cè)試。如果 根據(jù)以往的數(shù)據(jù)，篩選中發(fā)現(xiàn)的失效較少，可以簡(jiǎn)化該步驟，可以在產(chǎn)品高溫老煉 時(shí)上電檢測(cè)其主要功能。對(duì)篩選中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題需要進(jìn)行認(rèn)真分析，要求閉環(huán)解決。06 高溫老煉產(chǎn)品安排高溫帶載老煉，具體的老煉時(shí)間、加載方式等參考有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。07 檢查測(cè)試?yán)匣^(guò)程后進(jìn)行外觀(guān)檢查和性能測(cè)試。08 結(jié)束合格樣品入庫(kù)。5.2 快速溫度循環(huán)篩選基本參數(shù)表征溫度循環(huán)篩選應(yīng)力的基本參數(shù)包括上限溫度Tu、下限溫度 TL、溫度變化速率 V、上限溫度保溫時(shí)間 tu、下限溫度保溫時(shí)間 tL、和

7、循環(huán)次數(shù) N，見(jiàn)圖 2環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10圖 2 溫度循環(huán)篩選溫度剖面根據(jù)我司實(shí)際情況，制定以下基線(xiàn)篩選方案，一般產(chǎn)品可按照以下方案選取篩 選條件，對(duì)有特殊要求的產(chǎn)品根據(jù)下文的選擇準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)整。表 1 溫度循環(huán)篩選基線(xiàn)條件應(yīng)力類(lèi)型應(yīng)力參數(shù)組裝等級(jí)確定原則快速溫度循環(huán)二次電源單板單元設(shè)備級(jí)下限溫度C)-40-4040參考 5.3.2上限溫度(C)1008570參考 5.3.2溫度持續(xù)時(shí)間(min)303060參考 5.3.3溫度變化速率(C/min)151515參考 5.3.4循環(huán)次數(shù)101010參考 5.3.5通/斷電工作不通電不通

8、電通電參考 5.3.6篩選度0.99960.99930.9989參考 5.3.7第 7 頁(yè)，共 11 頁(yè)咼溫(TH)低溫(TL)室溫恢復(fù)Cycle恢復(fù)高溫保溫時(shí)間(Tu)保溫時(shí)間(Tu)篩選預(yù)處理溫度循環(huán)篩選(循環(huán)次數(shù) N 次)名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screen)規(guī)范 V10第 8 頁(yè)，共 11 頁(yè)5.3 溫度循環(huán)特性分析531 誘發(fā)故障和篩選機(jī)理當(dāng)溫度在上、下限溫度內(nèi)循環(huán)時(shí)，設(shè)備交替膨脹和收縮，使設(shè)備中產(chǎn)生熱應(yīng)力 和應(yīng)變。如果某產(chǎn)品內(nèi)部有瞬時(shí)的熱梯度（溫度不均勻性），或產(chǎn)品內(nèi)部鄰接材料的 熱膨脹系數(shù)不匹配，則這些熱應(yīng)力和應(yīng)變將會(huì)加劇。這種應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谌毕?/p>

9、處最大， 它起著應(yīng)力集中者（“提升者”）的作用，這種循環(huán)加載使缺陷長(zhǎng)大，最終可大到能 造成結(jié)構(gòu)故障并產(chǎn)生電故障。例如，有裂紋的電鍍通孔其周?chē)罱K完全裂開(kāi)，引起 開(kāi)路。熱循環(huán)是使釬焊接頭和印制電路板上電鍍通孔等產(chǎn)生故障的首要原因。溫度循環(huán)激發(fā)出的主要故障模式如下：a. 使涂層、材料或線(xiàn)頭上各種微觀(guān)裂紋擴(kuò)大；b. 使粘結(jié)不好的接頭松弛；c. 使螺釘連接不當(dāng)?shù)慕宇^松弛；d. 使機(jī)械張力不足的壓配接頭松弛；e. 使質(zhì)差的釬焊接觸電阻加大或造成開(kāi)路；f. 粒子污染。由于缺陷在應(yīng)力條件下的失效速度遠(yuǎn)高于正常部位，因此使有缺陷的產(chǎn)品出故 障要比使完好產(chǎn)品出故障所需循環(huán)次數(shù)少許多，適當(dāng)?shù)卮_定熱應(yīng)力大小，就能析

10、出 故障而不消耗使用壽命。溫度循環(huán)諸參數(shù)中，對(duì)篩選效果最有影響的是溫度變化范圍 R、溫度變化速率 V 以及循環(huán)次數(shù) N。提高溫度變化范圍和變化速率能加強(qiáng)產(chǎn)品的熱脹冷縮程度和縮 短這一過(guò)程的時(shí)間，增強(qiáng)熱應(yīng)力，而循環(huán)次數(shù)的增加則能積累這種激發(fā)效應(yīng)。因此 加大上述參數(shù)中任一參數(shù)的量值均有利于提高溫度循環(huán)篩選效果?？s短在上、下限溫度值上的停留時(shí)間有利于縮短整個(gè)溫度循環(huán)的周期，提高篩選的效率。產(chǎn)品溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間可以以產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件為準(zhǔn)，必要時(shí)要特別 監(jiān)測(cè)該部件的溫度，以保證篩選有效和防止其損壞。溫度循環(huán)中試驗(yàn)箱內(nèi)氣流速度是關(guān)鍵因素，因?yàn)樗苯佑绊懙疆a(chǎn)品的溫度變化 速率。產(chǎn)品溫度變化速率一般遠(yuǎn)低于試

11、驗(yàn)箱內(nèi)空氣溫度的變化速率，提高箱內(nèi)氣流名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screen)規(guī)范 V10第 9 頁(yè)，共 11 頁(yè)速度能使產(chǎn)品溫度變化速率加大。532 溫度上、下限極值選定準(zhǔn)則溫度循環(huán)中的溫度極值決定了篩選強(qiáng)度，溫度范圍（高、低溫之差）表明了產(chǎn) 品在每一個(gè)循環(huán)中經(jīng)受的熱應(yīng)力/應(yīng)變。篩選方案設(shè)計(jì)者可通過(guò)選擇最佳溫度極值，使將缺陷發(fā)展為故障析出所需的循環(huán)次數(shù)最少。選擇溫度極值的關(guān)鍵是給硬件施加 適當(dāng)應(yīng)力以析出缺陷而又不損壞好的產(chǎn)品。一般情況下，對(duì)不通電篩選可選擇以下條件中較大的值：a、 在不通電的情況下可以直接選取產(chǎn)品的最高和最低存貯溫度；b、 組成產(chǎn)品中組件、原

12、材料和電子元器件的存貯溫度極限，取其最差者；。c、 如果產(chǎn)品已進(jìn)行摸底試驗(yàn)，那么可在高低溫存貯極限范圍內(nèi)取20C的安全余量進(jìn)行篩選。對(duì)通電產(chǎn)品，可選擇以下條件中較大的值：a、 產(chǎn)品的最高和最低工作溫度進(jìn)行篩選。b、 如果產(chǎn)品已進(jìn)行摸底試驗(yàn)，低溫選擇最低工作極限，高溫可選擇高溫工作極 限范圍內(nèi)取 20C的安全余量。533 上、下限溫度的持續(xù)時(shí)間（溫度極值下的停留時(shí)間）確定準(zhǔn)則受篩產(chǎn)品在溫度箱空氣溫度中停留時(shí)間包括元器件（零部件）溫度達(dá)到穩(wěn)定所 需要時(shí)間和在溫度極值下浸泡所需要的時(shí)間，該時(shí)間會(huì)影響篩選持續(xù)時(shí)間和效果， 從而也影響篩選費(fèi)用。由于在溫度循環(huán)篩選中，最主要的激發(fā)應(yīng)力是溫度變化，因 此高低

13、溫浸泡時(shí)間主要目的是使產(chǎn)品溫度與空氣溫度到達(dá)均衡。有以下兩種選取準(zhǔn)則：a、當(dāng)受篩產(chǎn)品中響應(yīng)最慢的部分的溫度與最終溫度之差在規(guī)定值Te（一般選擇厶 Te=10C）之內(nèi)時(shí)，就認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定。不推薦把受篩產(chǎn)品中具有最高熱慣性（最慢熱響應(yīng)或最大熱滯后）的元、部（器）件作為確定溫度穩(wěn)定的部位，因?yàn)檫@ 樣會(huì)要求用過(guò)多的時(shí)間來(lái)使那些不重要的大質(zhì)量元、部（器）件作為確定溫度穩(wěn)定名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10第 10 頁(yè)，共 11 頁(yè)的部位；這樣做可能使一些重要的元、部（器）件經(jīng)受不到適當(dāng)?shù)臒釕?yīng)力來(lái)析出其 內(nèi)部缺陷。b、當(dāng)受篩產(chǎn)品中響應(yīng)最慢的部分的溫度變化

14、速率達(dá)到某一規(guī)定最小值時(shí)，就認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)表明，這一準(zhǔn)則會(huì)導(dǎo)致篩選持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，篩選費(fèi)用太大，因 此一般不米用。5.5.4 溫度變化速率確定準(zhǔn)則溫度變化速率以復(fù)雜的方式影響篩選強(qiáng)度，也影響篩選持續(xù)時(shí)間，從而影響篩 選費(fèi)用。溫度變化速率的選擇取決于受篩產(chǎn)品特性和預(yù)期的缺陷性質(zhì)。對(duì)析出像電鍍通 孔這樣一類(lèi)結(jié)構(gòu)部分的缺陷而言，高的溫度變化速率預(yù)期最為有效；相反，對(duì)析出 錫焊接頭處的缺陷而言，低的溫度變化速率和在高溫下長(zhǎng)的停留時(shí)間預(yù)期最為有效。 篩選強(qiáng)度不會(huì)隨著溫度變化速率的增加而無(wú)限增加。溫度變化速率不小于 5 C /min。這一速率是指試驗(yàn)箱內(nèi)空氣溫度變化的平均速 率，由于受篩產(chǎn)品本身的熱慣

15、性，其實(shí)際溫度變化速率遠(yuǎn)低于5C/min，具體取決于受篩產(chǎn)品本身的熱慣性，產(chǎn)品在箱內(nèi)的安裝，風(fēng)速和試驗(yàn)箱的能力等。溫度變化速率低于 5C/min，篩選效果將降低。溫度循環(huán)下限溫度高于0C的篩選效果不大，寧可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間恒定高溫篩選。5.3.5 溫度循環(huán)次數(shù)（或篩選時(shí)間）選擇準(zhǔn)則溫度循環(huán)次數(shù)影響篩選的有效性和持續(xù)時(shí)間，從而影響篩選費(fèi)用。對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于基本上是結(jié)構(gòu)件和電子元器件組成，其失效率水平一般 都在 10_6/h 水平，因此環(huán)境應(yīng)力篩選所消耗的元器件壽命可以忽略不計(jì)，不必?fù)?dān)心ESS 持續(xù)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。選擇篩選循環(huán)次數(shù)的時(shí)間需要根據(jù)篩選效果要求或時(shí)間要求確定。5.3.6 設(shè)備狀態(tài)

16、（通斷電和性能測(cè)試）確定準(zhǔn)則篩選中是否通電和進(jìn)行性能測(cè)試視具體情況而定。名 稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選（Environmentai Stress Screen）規(guī)范 V10 第 11 頁(yè)，共 11 頁(yè)從提高篩選效果出發(fā)，篩選中應(yīng)盡量通電并進(jìn)行性能檢測(cè)。這是因?yàn)殡姂?yīng)力本 身將受篩產(chǎn)品中某些缺陷加速發(fā)展成為故障；另一方面，篩選出的故障中，有50%左右的故障是在環(huán)境應(yīng)力下才能發(fā)現(xiàn)的間歇故障，必須在篩選環(huán)境應(yīng)力作用下通過(guò) 通電檢測(cè)才能找出來(lái)。從可能性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，一般在高組裝級(jí)（單元或系統(tǒng)級(jí)）進(jìn)行通電和檢測(cè)， 低組裝級(jí)（印刷電路組件）不進(jìn)行通電和檢測(cè)，這是因?yàn)榈徒M裝級(jí)往往不具備檢測(cè) 性能的條件。對(duì)于通斷電篩選，因

17、為通電使產(chǎn)品發(fā)熱，會(huì)影響產(chǎn)品溫度變化速率，所以從低 溫升向高溫和高溫保溫期間，應(yīng)通電并檢測(cè)性能；工作時(shí)處于最大電源負(fù)載狀態(tài)， 高溫向低溫下降且達(dá)到溫度穩(wěn)定以前應(yīng)斷電。在溫度循環(huán)篩選中，在高低溫溫度穩(wěn) 定后應(yīng)通斷電源各三次，同時(shí)應(yīng)盡量增加性能檢測(cè)次數(shù)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和進(jìn)行修 復(fù)，節(jié)省篩選時(shí)間。537 溫度循環(huán)篩選度溫度循環(huán)篩選度可按公式（1）計(jì)算：SS = 1- exp （ -0.0017 （ R+0.6）0.6In（e+v）3N） 式中：SS-篩選度；R-溫度變化范圍（Tu-TL）C；e -自然對(duì)數(shù)的底；v -溫度變化速率（C/min）;N -循環(huán)次數(shù)。F 表是關(guān)于溫度循環(huán)篩選度計(jì)算的一個(gè)自動(dòng)

18、表格。(1)名稱(chēng)環(huán)境應(yīng)力篩選(Environmentai Stress Screen)規(guī)范 V10第 12 頁(yè)，共 11 頁(yè)表二篩選度計(jì)算表篩選度計(jì)算表2、溫度循環(huán)篩選篩選高溫 Tu，C：100篩選低溫 Tl,C：-40溫度變化范圍 R，C140溫度變化速率 v：C/min15e=2.718282循環(huán)次數(shù) N:10篩選時(shí)間 t，h：篩選度,SS:SS=1-exp-0.0017*N*(R+0.6)0.6*tln (e+v)30.999610961468失效率 ld,次/每循環(huán)d=-l n(1-SS)/N0.785183216582圖 3 為溫度變化幅度 80C時(shí)幾種溫度變化速率的篩選度對(duì)比曲線(xiàn)。 從圖中 看出，溫度變化速率越快，篩選度越大。圖 3 溫度循環(huán)篩選度曲