水下航行器电子产品环境应力筛选方法分析

E

nvironmental Testing

环境试验

水下航行器电子产品环境应力筛选方法分析

王建平

（西安东风仪表厂代表室，西安 710065）

摘要：电子产品作为水下航行器的重要组成部分，其可靠性要求越来越高。根据其可靠性需求，提出了为剔除电子产品早期故障，加强环境应力筛选（ESS）已成为不可缺少的一个环节。关键词：电子产品；应力筛选；分析

中图分类号： TB114.3；TN709 文献标识码：A 文章编号：1004-7204（2015）01-0018-03

Analysis of Environment Stress Screen (ESS) for the Electronics Products’ of Torpedo

WANG Jian-ping

(Military Representative Office, Dongfeng Instrument Factory, Xi’an 710065)

Abstract：As the most important part of the torpedo, the requirement for the reliability of electronic products is higher and higher. According to the requirement for its reliability, this paper points out that strengthening the environment stress screen is very essential, in order to eliminate the early failures of electronics products.

Key words：electronic products; ESS; analysis

前言

环境应力筛选（ESS）是通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，激发其内部潜在缺陷并加以剔除的过程，是剔除产品在制造过程中引入缺陷的有效手段，可有效剔除因不良工艺和临界条件引起的各种缺陷。水下航行器作为我国逐步使用的新型智能装备，在我国国防和经济建设中发挥着越来越重要的作用，其应用范围越来越广泛。在水下航行器电子产品技术发展中，采用了大量的电子线路、集成电路、芯片等技术，设计复杂，器件数量很多，可靠性要求越高，这就需要通过环境应力筛选来完成。

扫频正弦振动，在不造成对产品损坏的情况下，振动应力强一些，效果较好。元器件的ESS 是元器件筛选的主要组成部分，对不同类别元器件的筛选要求和方法，我国有相应的军用标准予以规定，要求产品100%实施ESS。在应力筛选试验中温度循环效果最明显，其次是随机振动 [1]。在电子产品环境应力筛选（ESS）试验中，均采用温度交变循环和机械振动，并在试验过程中施加一定的电应力[2]。

2环境应力筛选中的应力分析

2.1产品复杂程度不同要选择合适的循环次数和持续周期

1对电子产品环境应力筛选的认识

电子产品的组装等级可分为设备级、组件级和元器件级，ESS可以在产品不同的组装等级上实施，根据对产品筛选的效果选择相应的环境应力。对于电子产品而言，环境应力筛选选择温度循环和随机振动这两种方式，因为它能够充分暴露产品各组件级多数故障，其中温度循环剔除故障效率最高。随机振动筛选效果好于

对于复杂程度不同的产品，可以施加不同的温度循环次数和持续周期，对于简单的产品可减少循环次数和每次循环的持续时间，以节约时间提高效率。如某种转接电缆仅是由电连接器、电线和结构件等组成，在其应力筛选中，一般前几个循环就会暴露其潜在故障，超过3~4个循环一般就不出故障。因而可对其应力筛选过程进行简化。且温度循环不同于高温老炼，其激发产品潜

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在缺陷的有效性通过温度循环中的热胀冷缩产生的应力，而不是较长时间的温度积累效应，因而可根据产品复杂程度的不同而确定其相应的温度循环持续时间和循环次数。

2.2 产品结构的不同应选用不同的振动应力量值对于不同的产品，选用同一标准进行振动是不合理的。对于产品中抗振能力差的产品，如机电产品和光电产品、外购的工业级产品等，应适当降低振动应力强度，如振动前可将不耐振的产品拆下不进行筛选，以避免损坏不耐振的部件。由于现有的ESS 标准是针对电子产品而制定的，没有规定机电和光电等混合型设备早期故障如何剔除。在没有相关标准的情况下，对于不同的机电类产品，在第一次筛选前，通过振动以找到有效的应力筛选能级，不能简单地照搬电子产品的筛选标准，以保证筛选的有效性。

2.3 不同产品层次筛选应力量值应不相同

在标准中虽然规定了试验对象是组件级，但未规定不同组装等级的筛选条件。如简单组件可通过提高筛选温度上下限以增加筛选强度，缩短高低温保持时间以提高效率。在实际应用中应根据组装程度的不同确定合理的筛选等级，提高筛选效率和效果。

2.4 电应力和检测时间的确定

在环境应力筛选试验中，应尽量通过加电方式进行检测，可发现产品存在的间歇性故障和电应力缺陷，能够进一步保证环境应力筛选效果。从经济性角度出发，一般在复杂产品中进行电应力和性能检测。由于简单产品不具备性能检测条件，需专门设计一种检测设备或工装来实现。在温度循环中的降温阶段不应加电，而应在其升温过程中加电，即使难以做到进行连续性的检测，也须做到选取重要测试点进行监测，从而便于发现故障和节约时间，提高筛选效率。在随机振动过程中，应尽量同时加电并进行性能监测，可及时发现潜在故障。

2.5 综合环境应力筛选效果分析

为了提高环境应力筛选的效果，在美国一些大公司采取了综合环境应力筛选模式，即“温度循环加随机振

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nvironmental

Testing

环境试验

动应力筛选”模式，这也是一种有效的方法。温度循环之所以能使缺陷暴露加速，原因是其施加的温度范围宽，变温速率高，持续时间快，产生的热应力就会越大。在此应力作用下，对用多种材料做成的元器件，可对结合不良、材料本身不均匀、制造工艺偏差等所造成的缺陷迅速激发，但对韧性较好材料，经多次循环才能使其劣化，如集成电路芯片污染缺陷、三极管键合点缺陷，循环次数的不同所带来激发故障效果不同。采取综合环境应力筛选方式，既可提前激发元器件内部所存在的缺陷，又可激发出焊接工艺所潜在故障，筛选效率高，效果明显，但对于如何确定筛选强度、筛选周期，对于不同的产品需有不同的方案，在具体工程设计和产品实现中还需进一步深入研究。

3水下航行器电子产品环境应力筛选效果分析

随着水下航行器技术的不断发展，其所选用的电子元器件品种数量越来越多，主要以感性、阻容性、半导体类和集成电路等元器件居多，通过对其进行科学的环境应力筛选方式，对元器件的早期潜在缺陷剔除效果明显，从而元器件损坏而导致的失败概率可大为降低，经过对一批电子产品经环境应力筛选后，其失效情况如表1所示。

通过科学地实施环境应力筛选，有效地剔除元器件自身及因焊接、装配所导致的潜在故障，降低其失效概率，提高产品可靠性。

表1 电子元器件应力筛选效果统计分析表

数量剔除故障数量

剔除比例故障比例电阻1723231.33%34.33%电容76550.65%7.46%电感器3226.25%2.99%二极管33830.89%4.48%三极管18610.54%1.49%集成电路1616.25%1.49%变压器1218.33%1.49%焊点3980310.78%46.27%合计

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环境试验

4结论

1）所有电子产品应100%进行环境应力筛选，因为它是一个工艺试验过程，不能提高产品的固有特性，但可提高产品的可靠性水平。

2）环境应力筛选不能代替可靠性鉴定试验和可靠性验收试验，因为它只用于剔除产品的早期故障，使产品的可靠性水接近于其固有可靠性水平。

3）环境应力筛选应力选择上，应根据产品的特点，施加其适当的环境应力水平，并不是试验强度越高越好，适当的应力可提高其可靠性，不适合产品特点的应力会形成过筛或筛选不到位，影响到筛选效果。

参考文献

[1]何国伟 主编. 可靠性试验技术[M].北京:国防工业出版社,1994. [2] [美]Lewis,E.E.实用可靠性工程[M].北京:航空工业出版社,1991.

作者简介

王建平(1970.8-)，男，1991年毕业于西北工业大学，长期从事于电子产品质量与可靠性工作。

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（上接11页）

6 结语

目前，大部分检测机构在电磁场抗扰度试验过程中，受试样品工作状态的监控和判定都是通过检测人员在附近观察，高强度的电磁辐射干扰发射源对检测人员的身体健康的影响是显而易见的。本文设计了基于LabVIEW虚拟仪器远程测试系统，实现了测试频段的扩充，提高了测试效率，更好地保障了检测人员的安全[10-11]。在未来的发展过程中，汽车电子行业[12]将融入更多高科技的智能电子产品。汽车电子磁场抗扰度测试平台利用了已有的仪器设备，基于labVIEW虚拟仪器技术成功实现了测试自动化，兼顾了标准的更新[13]，为汽车电子的测试提供有力支撑。

参考文献

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[11] K. Persson, R. Rylander, Disturbance from low-frequency noise in the environment: A survey among the local environmental health

authorities in Sweden[J], Journal of Sound and Vibration, 1988. [12] 徐立．我国汽车电磁兼容技术发展状况[J]．安全与电磁兼容, 2003.[13] 徐立. 欧盟关于汽车电磁兼容(EMC) 最新技术要求[J].汽车电器, 2006.

作者简介

詹思敏（1982-），男，福建人，本科（在读福州大学物理与信息学院研究生），工程师，主要研究方向：电磁兼容。工作单位：福建省产品质量检验研究院（国家电子信息产品质量监督检验中心）