恒定高溫篩選的篩選度與溫度增量、篩選時間密切相關(guān),但其量值很小,由表2-3-1查得當溫度增量為最大(80℃)、老煉篩選時間最長(200h)時,篩選度為0.9912。恒定高溫的故障率只與溫度增量有關(guān),其值也很小,同樣從表2-3-1查得溫度增量最大(80℃)時故障率為平均0.0237次/h。即為了暴露1個缺陷,用溫度增量為80℃的恒定高溫進行篩選平均需要42個小時。如果按有些產(chǎn)品以45℃(溫度增量為20℃)高溫進行老煉篩選的話,其故障率為0.0104次/h,需要平均老煉100小時才能暴露1個缺陷。因此可見,為了達到消除早期失效的目的,用恒定高溫的老煉篩選時間要很長,不僅篩選效率低下,而且有可能要影響產(chǎn)品的使用壽命。
故障率低和可能影響產(chǎn)品的使用壽命是恒定高溫篩選應力的致命缺點。
b) 對溫度循環(huán)應力的分析
溫度循環(huán)應力的篩選度與溫度范圍、循環(huán)次數(shù)有關(guān),并且與溫度變化速率關(guān)系最密切,即溫度升降速率越大,其篩選度也越大。由表2-3-2可查得溫度范圍為180℃、循環(huán)次數(shù)為4、溫度變化速率為20℃/min時,篩選度為0.9907。歸一化后其故障率與溫度變化范圍和溫度變化速率成正相關(guān)。由表2-3-3可查得,當溫度變化范圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min時溫度循環(huán)應力的故障率平均為0.2020次/循環(huán),一般每個循環(huán)時間在3.5~4.0小時之間,因此該應力的故障率相當于平均0.0505次/h~0.0577次/h之間。
因此,故障率高、篩選效率高、不會影響產(chǎn)品使用壽命是溫度循環(huán)應力的特點。
c) 溫度應力的比較
由上分析可知,溫度變化范圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min的溫度循環(huán)應力的故障率是溫度增量為80℃的恒定高溫應力的2倍多(0.0505與0.0237之比)。而且在工程上要實現(xiàn)前者比后者容易得多。溫度增量為80℃的恒定高溫應力要讓產(chǎn)品經(jīng)受105℃(80+25)高溫的相當長時間的工作過程,平均42小時才能暴露1個故障。而溫度循環(huán)應力,通常采用溫度交變試驗箱,此類設(shè)備對溫度范圍為80℃(由-35℃變化到+45℃)、溫變速率為5℃/min的性能參數(shù)是最低的要求,輕易便可實現(xiàn),此應力可使產(chǎn)品平均篩選20小時便可以暴露1個故障,比恒定高溫應力的篩選效率高很多。
為了進一步提高溫度循環(huán)應力的篩選效率,可以通過提高溫度變化率的應力參數(shù)來實現(xiàn)。由表2-3-2可知,當溫度范圍仍為80℃、溫度變化速率由5℃/min提高到20℃/min時,其故障率由平均0.2020次/循環(huán)提高到平均0.7212次/循環(huán),后者是前者的3.5倍多,即平均5個小時便可以暴露1個缺陷。
當然,溫度交變試驗箱要實現(xiàn)20℃/min的溫變速率,需要大幅度地增加升降溫系統(tǒng)的功率,甚至要在機械致冷的基礎(chǔ)上加裝液態(tài)氮致冷系統(tǒng)及其控制裝置。這需要增加投入。為了提高篩選效率、減少篩選對產(chǎn)品壽命的影響,提高溫變速率是最好的方法,為此而增加投入也是適宜的。
3.6.2振動應力對比
(高低溫濕熱交變?nèi)C合試驗箱)
一般說來,振動應力是定量環(huán)境應力篩選方法才采用的應力,它可以暴露溫度循環(huán)暴露不了的某些缺陷。據(jù)統(tǒng)計,對電子設(shè)備而言,溫度應力平均可以暴露79%的缺陷,而振動應力平均可以暴露21%的缺陷。因此,振動是不可缺少的篩選應力。掃頻正弦振動臺和隨機振動臺都可以作為振動環(huán)境應力篩選的設(shè)備,但由表2-3-4和表2-3-5的數(shù)據(jù)可以比較它們的故障率(即篩選效率)。
我們按照GJB1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應力篩選》標準要求的典型的隨機振動譜(見圖2.3.3)算得其加速度均方根值為7.2g,取為7g;設(shè)持續(xù)時間為5min,查表2-3-5得篩選度為0.478、故障率為7.692次/小時。同樣設(shè)掃頻正弦振動的加速度為7g、持續(xù)時間為5min,查表2-3-4可得篩選度為0.0193、故障率為0.2339次/小時。兩種振動應力的故障率相差甚大,隨機振動是掃頻振動的33倍!幾種應力的篩選度和故障率的對比見表2-3-6。
表2-3-6篩選應力效果對比