基于某型電源模塊的環境應力篩選效應分析

陸建隆，劉福生

（中國船舶重工集團公司第七一六研究所機電設備環境與可靠性試驗檢測中心， 連云港 222000）

基于某型電源模塊的環境應力篩選效應分析

陸建隆，劉福生

（中國船舶重工集團公司第七一六研究所機電設備環境與可靠性試驗檢測中心， 連云港 222000）

據統計，目前該所電子產品在環境應力篩選過程中無故障通過率達99 %以上，未能起到激發潛在缺陷的作用。本文通過對某型電源模塊在兩種不同試驗狀態進行應力響應實測，分析篩選效果，得出了目前的篩選模式存在的問題，給出了短期解決方案。

環境應力篩選；篩選度

引言

由于環境應力篩選（ESS）技術在剔除產品早期故障方面有較好的作用，因此，其在電工電子產品的研制生產過程中得到了廣泛深入的應用。圖1所示給出的“浴盆曲線”描述了電子產品壽命周期內的故障率變化情況，環境應力篩選就是在早期故障率高的階段通過施加環境應力來激發產品的潛在缺陷，使產品快速的到達故障率恒定的使用壽命階段。

近十余年來，該所一直施行模塊級和單元級兩級篩選，且產品均是100 %進行篩選后才能交付，這種篩選模式和篩選覆蓋面對于我所產品的質量的穩定性起到了一定的作用。但近一兩年以來，實驗室經過統計發現，我所多型產品的環境應力篩選無故障通過率達到了99 %以上，而產品交付以后，常發生故障甚至是批次性故障的情況，兩級篩選在激發潛在缺陷方面存在一定的不足。本文旨在通過實測某型電源模塊在該所試驗大綱模塊級環境應力篩選下的數據來分析產品的篩選效果。

1 環境應力篩選（ESS）的環境條件與篩選度

1.1 環境應力篩選（ESS）的環境條件

常規的環境應力篩選條件有溫度循環、高溫老煉、隨機振動和正弦振動。在實際應用中，一般會根據受試樣品特點，選擇相適應的最能夠剔除制造過程缺陷的篩選方法，其中隨機振動和溫度循環較其它兩種條件使用范圍更加廣泛。隨機振動主要是剔除在結構設計和制造過程中帶來的潛在缺陷；溫度循環能夠剔除在電路設計、制造過程中帶來的缺陷和元器件本身的缺陷。本案例中的某型電源模塊便是采用了隨機振動+溫度循環的方案。

圖1 浴盆曲線

1.2 篩選度

1.2.1 隨機振動篩選度

隨機振動的參數主要有頻率范圍、加速度功率譜密度（PSD）、振動時間、振動軸向等。

隨機振動的篩選度為：

式（1）中：

Grms—速度均方根值，單位：g；

t—振動時間，單位：min；

可以看出，隨機振動的篩選度和Grms參數及振動時間t關系最為密切。

1.2.2 溫度循環篩選度

溫度循環的主要參數有上限時間（Tu）、下限時間（TL）、升溫變化速率（V1）、降溫變化速率（V2）、上限溫度保溫時間（tu）、下限保溫時間（tL）和循環數（N）。溫度循環的篩選度為：

式（2）中：

R—溫度循環中的溫度變化范圍(℃)；

v—溫度變化速率(℃/min)；

N—循環次數；

e—自然對數的底數。

可以看出，溫度循環的篩選度與溫變范圍、變化速率等參數關系最密切。

2 實測分析

為了摸清該所產品在進行模塊級篩選時的篩選度，我們選取了某型電源模塊在不安裝蓋板和安裝蓋板僅留散熱口兩種狀態進行環境應力篩選時進行響應測試。隨機振動經過實測，實際篩選效果與理論篩選效果基本一致，滿足目前使用要求。

在溫度循環實測中，我們分別將熱電偶布置在電源主板、電源背板、試驗箱出風口三個部位進行數據采集。最終數據見圖2、圖3。

由圖中數據可知，在所大綱中規定的30 min的保溫時間內產品表面溫度均沒有達到上下限值，實際溫度范圍要小很多；溫度變化速率經計算，也遠小于設定值17.1 ℃/min。圖中數據匯總見表1。

由于某型電源模塊的關鍵部位主要是電源主板，我們取該點數據代入公式（2）中計算篩選度，得出結果見表2。

圖2 不安裝蓋板裸露情況下實測曲線

圖3 安裝蓋板僅留散熱口情況下實測曲線

同時，根據GJB 1032附錄B“溫度循環保持時間的確定”的規定，當產品2/3關鍵部位溫度在設定值±10 ℃內時，才視為達到規定溫度。從實測數據來看，某型電源模塊的上下限溫度均沒有達到要求。由此可以看出，雖然我們的實測只是采集了部分監測點的數據，遠沒有達到標準規定監測密度和要求，但可以確認采用安裝蓋板僅留散熱口模式下進行溫度循環的實際篩選效果不太理想，沒有達到我們的期望篩選效果。

表1 兩種試驗狀態下的實測數據匯總表

表2 實測數據分析匯總表

3 結論

通過實測數據分析，我們認為該所類似某型電源模塊的電子產品在進行模塊級環境應力篩選試驗時，應盡量采取不安裝蓋板裸露的模式進行試驗，同時加大溫度保持時間，盡量不要使用溫度保持30 min的模式進行試驗，以提高篩選效果，激發產品潛在缺陷。

[1] GJB 1032-90,電子產品環境應力篩選方法[S].

[2] GJB/Z 34-93,電子產品定量環境應力篩選指南[S].

[3] 梁志君,白照高,郭濤. 電子產品溫度循環篩選效果探析[J] .艦船電子工程, 2005,(3):117-119.

Environmental Stress Screening Effect Analysis of One Certain Type Power Module

LU Jian-long, LIU Fu-sheng
(Machinery-Electronic Equipment Environment and Reliability Test Center of the 716th Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Lianyungang 222000)

According to the statistics, the current electronic products in the process of environmental stress screening trouble-free pass rate is above 99 %, which was failed to inspire potential defects.This article tests the stress response in two different test conditions through a certain type of power supply module, analyzes screening results, and it concludes the current problems existing in the screening model, and the solutions are also given.

environmental stress screening; screening degree

TB24

B

1004-7204（2017）05-0028-03

陸建隆，（1988.2-），男，漢族，江蘇蘇州，工程師，工學學士，研究方向：環境與可靠性。