溫度循環(huán)應(yīng)力篩選

1、溫度循環(huán)應(yīng)力篩選應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screening，簡稱 ESS)說明：應(yīng)力篩選是產(chǎn)品在設(shè)計強度極限下，運用加速技巧外加環(huán)境應(yīng)力，如：預(yù)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(yīng)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(shè)計瑕疵、制程瑕疵、工藝瑕疵，以及消除電子或機械類殘留應(yīng)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

2、產(chǎn)品于使用過程中，受到環(huán)境應(yīng)力的考驗時而導(dǎo)致失效，造成不必要的損失，雖然使用ESS應(yīng)力篩選會增加成本與時間，但是對于提高產(chǎn)品岀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(yīng)力篩選方式有預(yù)燒、溫度循環(huán)、高溫、低溫，PCB印刷電路板的應(yīng)力篩選方式為溫度循環(huán)，針對于電子成本的的應(yīng)力篩選為：通電預(yù)燒、溫度循環(huán)、隨機振動，另外應(yīng)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(yīng)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

3、應(yīng)力)應(yīng)力篩選比較：a. 恒定高溫預(yù)燒(Burn in)的應(yīng)力篩選，是目前電子IT產(chǎn)業(yè)常用析岀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(yù)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)和隨機振動篩選岀缺陷的比例，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(yīng)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5545計算機電源單元8812航空電子設(shè)備計算機單元8713艦載計算機單元937接收處理機單元7129慣導(dǎo)裝置單元7723接

4、收系統(tǒng)單元8713機載計算機模塊8713控制指示器單元7827接收發(fā)射機模塊7426篩選率平均值7921c. 美國曾對42家企業(yè)進行調(diào)查統(tǒng)計，隨機振動應(yīng)力可篩岀1525%的缺陷，而溫度循環(huán)可篩選岀7585%,如果兩者結(jié)合的話可達(dá) 90%。d. 藉由溫度循環(huán)所檢測岀的產(chǎn)品瑕疵類型比例：設(shè)計裕度不足：5%生產(chǎn)做工失誤：33%瑕疵零件：62%溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的故障誘發(fā)說明：溫度循環(huán)誘發(fā)的產(chǎn)品故障原因為： 當(dāng)溫度在上、 下限極值溫度內(nèi)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(yīng)力和應(yīng)變。 如果產(chǎn)品內(nèi)部有瞬時的熱梯變（ 溫度不均勻性 ） ，或產(chǎn)品內(nèi)部鄰接材料的熱膨脹系數(shù)彼此不匹配時， 則這些熱

5、應(yīng)力和應(yīng)變將會更加劇變。 這種應(yīng)力和應(yīng)變在 缺陷處最大，這種循環(huán)使缺陷長大，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 電鍍通孔其周圍最終完全裂開， 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(yīng)力篩選尤其最為適用于印刷電路板結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品。溫度循環(huán)所激發(fā)出的故障模式或?qū)Ξa(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(dāng)?shù)慕宇^松弛d. 使機械張力不足的壓配接頭松弛e. 使質(zhì)量差的焊點接觸電阻加大或造成開路f. 粒子、化學(xué)污染g. 密封失效h. 包裝問題，例如保護涂層的連結(jié)i. 變壓器

6、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(dāng)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(dāng)組裝，造成幾乎短路的線匣或電纜r. 因處理不當(dāng)造成材質(zhì)的斷裂、破裂、刻痕 . 等s. 超差零件與材質(zhì)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(dǎo)致晶體管短路w. 調(diào)協(xié)線圈金屬片固定方式不當(dāng)，導(dǎo)致不規(guī)律輸出x. 兩極真空管在低溫下內(nèi)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(dāng)a3. 錯用元器件a

7、4. 密封失效溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的應(yīng)力參數(shù)介紹： 溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的應(yīng)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(gòu)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 ° Co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(yīng)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(guān)規(guī)范要求。循環(huán)數(shù)：至于溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的循環(huán)數(shù)，也是考慮產(chǎn)品特性、復(fù)雜度、溫度上下

8、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110個循環(huán)普通篩選、一次篩選到2060個循環(huán)精密篩選、二次篩選都有，針對去 除最可能發(fā)生的做工(workmanship)缺陷，大約需要610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 Cha ng)(4) 駐留時間(Dwell Time)(5

9、) 風(fēng)速(Airflow Velocities)(6) 應(yīng)力均勻度(Uniformity of Stress)(7) 功能測試與否 (Product Operati ng Co nditio n)溫變率及循環(huán)數(shù)對篩選率的比較表：說明：假設(shè)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。2684應(yīng)力篩選疲勞分類：一般關(guān)于疲勞研究之分類如，可分為高周疲勞 （High-cycle Fatigue） 、低周疲勞（Low-cycle Fatigue） 及疲勞裂縫成長（

10、Fatigue Crack Growth），而在低周疲勞方面又可細(xì)分為熱疲勞 仃hermal Fatigue） 及恒溫疲勞（Isothermal Fatigue） 兩種。/綾勞(Fatigue)<>高周疲勞(Highcycle Fatigue) J低周15勞(Low-cycle Fatigue)>疲勞裂縫成長(Fatigue Crack Growth)v熱疲勞(Thermal Fatigue)桓溫疲勞(Isothermal Fatigue)*V只有內(nèi)祁拘束有外在拘束熱應(yīng)力翹勞(T hermal-Stress Fatigue) I熱機瘦勞(Thermal-Mechanical

11、Fatigue)J疲勞研究分類圖應(yīng)力篩選專門名詞整理:part（元器件）產(chǎn)品中可以拆裝的最小可分辨項目，如分立半導(dǎo)體器件、 電阻、集成電路、焊點和連接器等。assembly(組件)設(shè)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。un it（ 單元）裝在機箱內(nèi)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(shè)備的發(fā)射機。equipme nt/system( 設(shè) 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

12、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(shè)備或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。defect（缺陷）產(chǎn)品中可能導(dǎo)致出現(xiàn)故障的固有或誘發(fā)的薄弱點。pate nt 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(yīng)力篩選可發(fā) 現(xiàn)的缺陷。late nt defect(潛在用常規(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）缺陷若不用環(huán)境應(yīng)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）弓1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 den sity（缺陷密度）一組（

13、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 fracti on 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（ 析岀量）在應(yīng)力篩選期間或在應(yīng)力篩選之后立即檢測到的故障數(shù)。scree nable late nt defect（可篩選岀的潛 在缺陷）現(xiàn)場使用中應(yīng)判為是以早期故障形式析岀的缺陷，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 scree ning（應(yīng)力篩選）將機械應(yīng)力、電應(yīng)力和（或）熱應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，

14、以使元器件和工藝方面 的潛在缺陷以早期故障形式析岀的過程。scree n 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。scree ning 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 detecti onefficie ncy（ 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)與篩岀的總?cè)毕?數(shù)之比值。test stre ngth of scree ning（篩選檢岀度）用篩選和檢測將缺陷析岀的概率，它是篩選度和檢測效率的乘積。thermal survey（熱測定

15、）使受篩產(chǎn)品處于規(guī)定溫度下，并在產(chǎn)品內(nèi)有關(guān)的部位測量其熱響應(yīng)特性的過程。有關(guān)部位可以是熱慣性最大的部位，也可以是關(guān)鍵部位。vibrati on survey（振動測定）使受篩產(chǎn)品經(jīng)受振動激勵，并在產(chǎn)品內(nèi)有關(guān)部位測量其振動響應(yīng)特性的過程。有關(guān)部位可以是預(yù)計響應(yīng)最大部位，也可以是關(guān)鍵部位。selecti on/placeme nt of scree ning（ 篩選的 選擇和安排）系統(tǒng)地選擇最有效的應(yīng)力篩選并把它安排在適當(dāng)?shù)慕M裝級上的過程。yield（篩選成品率）經(jīng)篩選交收時，設(shè)備內(nèi)可篩選出的潛在缺陷為零的概率。應(yīng)力篩選專門名詞縮寫詞ESS:環(huán)境應(yīng)力篩選FBT:功能板測試儀ICA :電路分析儀IC

16、T :電路測試儀LBS：負(fù)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，在無故障檢測中則為1020次或1224次針對去除最可能發(fā)生的做工(workmanship)缺陷，大約需要 610個循環(huán)才能夠有效去除，110個循環(huán)普通篩選、一次篩選、2060個循環(huán)精密篩選、二次篩 選。b. DOD-HDBK-344(GJB/DZ34)初始篩選設(shè)備和單元一級采用1020個循環(huán)(通常三10)，組件級采用2040循環(huán)(通常三25)。溫變率：a. MIL-STD-2164(GJB1032)明確說明：溫度

17、循環(huán)的溫度變化率5C /minb. DOD-HDBK-344(GJB/DZ34)組件級 15 °C /min、系統(tǒng) 5C /minc. 一般未規(guī)定溫變率的溫度循環(huán)應(yīng)力篩選，其常用的度變化率通常為5 ° C/min溫度循環(huán)應(yīng)力篩選試驗條件:產(chǎn)品廠商名稱高沮溫孌率(TAnin)循環(huán)數(shù)循環(huán)時問MIL-STD-2164 “ GJB-1Q32-90電子產(chǎn)品應(yīng)力篩選工作極 限溫度工作極 限溫度52/trun10123h20minM L-344 A-4-16電予謖備環(huán)境應(yīng)力端選設(shè)備或系統(tǒng)Tit冗加in10MIL-344A-4-16電子謖備環(huán)境應(yīng)力篩選紐件-沈3CfC/tnin25ML-2

18、161A-i9電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法工作極 眼溫度工作極 限溫度KTC/nun10INABMAT-492罕海軍制造諦選設(shè)備或系統(tǒng)-猶10駐冒GJBS34-54.6電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南細(xì)牛-55X2pnun蘭25GJB/Z34-5.1.6電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南設(shè)番或系統(tǒng)蘭10應(yīng)力篩選規(guī)范列表 應(yīng)力篩選規(guī)范：MIL-202C-106、107電子及電器部件試驗方法標(biāo)準(zhǔn)MIL-781可靠性試驗方法手冊HB/Z213機載電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選指 南HB6206機載電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方 法JESD22-A109-A器密試驗方法TE000-AB-GTP-020環(huán)境應(yīng)力篩選要求與海軍電子 設(shè)備

19、應(yīng)用CFR-Title 47-Chapter-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(yīng)力篩選指 南HB/Z213組件級環(huán)境應(yīng)力篩選溫度循環(huán):EC 68-2-14溫度變化MIL-STD-2164電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法=GJB1032-1990GJB1032-1990電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法DOD-HDBK-344電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選 =GJB /Z34-1993NABMAT-9492美軍海軍制造篩選JIS C5030熱循環(huán)試驗零件預(yù)燒試驗:MIL-STD-883,Method 1008預(yù)燒MIL-STD-883,Method 1015（IC類預(yù)燒）MIL-STD-750,Method 1038（二極管類預(yù)燒）MIL-STD-750,Method1039晶體管類預(yù)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(dǎo)體器件要求和特點系統(tǒng)預(yù)燒:MIL-781可靠性設(shè)計鑒定與生產(chǎn)接收試驗MIL-810美國軍標(biāo)環(huán)境工程考慮和實驗室試驗相關(guān)廠