艦載軟武器電路板ESS試驗應用研究

宜昌測試技術研究所 陳 真

1.概述

環境應力篩選（ESS）是剔除產品中早期故障，提高產品使用可靠性的一種工藝手段，GJB1032《電子產品環境應力篩選方法》在我國軍用裝備研制生產中得到了廣泛應用，并取得了十分良好的效果。

艦船軟武器裝備[1]主要通過干擾精確制導武器的制導系統等手段，實現對武器的軟殺傷，以降低其對艦船目標的打擊精度，起到保護艦船目的。軟武器屬于成敗型一次性產品，其配裝電路板無故障工作時間通常小于25h，優質高效地開展電路板ESS試驗，是軟武器裝備生產的一項重要工作。

本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法，以GJB/Z34篩選度模型為理論，制定了艦載軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件，經多批次生產驗證，所制定簡化ESS試驗條件，滿足產品使用要求，極大縮短試驗時間，提高試驗效率。

2.ESS試驗裁剪方法探討

2.1 溫度循環裁剪理論

GJB1032規定電子產品一般采用溫度循環和隨機振動相結合方式進行ESS試驗[2]，一般篩選程序如表1所示。

表1 GJB1032規定ESS篩選程序

由表1可知，決定ESS試驗時長的主要為溫度循環。其附錄C就ESS試驗時間的剪裁方法進行了闡述，其中對于期望的平均無故障時間（MTBF）＜25h的產品，僅給出Tt=Tw=10h，循環數為5的指導建議，說明工程應用GJB1032時不能生搬硬套，需據實分析確定。

而針對溫度循環篩選試驗，GJB/Z34提出篩選度概念（用SS表示），從定量角度計算ESS試驗析出潛在缺陷的概率，計算篩選度RADC模型[3]為：

(1)中R-溫度變化范圍；

V-溫度變化速率，°C/min；

N-循環次數；

e-自然對數的底；

由式(1)中可知：其為溫度變化范圍R、溫度變化速率V及循環次數N的增函數。根據此規律，在篩選度不變情況下，提高溫度變化范圍及溫度變化速率，則溫度循環試驗的循環次數相應減少，為縮短試驗時間提供理論支撐。

2.2 溫度循環裁剪流程

(1)溫度循環試驗裁剪

GJB1032規定，在無故障檢驗階段，在80h中應有連續40h無故障，若該時間段內前40h連續無故障，則后40h可省略。

(2)反算裁剪后溫度循環數

GJB1032中規定溫度循環試驗的溫度變化率為5°C/min；高低溫極限值一般取產品的工作極限溫度，也可取非工作溫度；無故障檢驗循環次數為10次～20次。則根據RADC模型可計算產品的篩選度。但考慮產品實際特點及試驗設備情況，可確定試驗設備溫變速率V和保證產品功能正常的最大工作溫度變化范圍R，在保證同GJB1032中相同篩選度條件下，可反算裁剪后溫度循環數。產品的最大工作溫度變化范圍可用步進應力施加法[4]確定。

(3)極限溫度保持時間

極限溫度保持時間，可采用溫度傳感器通過實測，連續監測試樣件表面及關鍵部位溫度變化情況，達到溫度穩定時來確定保持時間。應以在極限溫度下產品能達到溫度穩定并能完成產品功能測試為原則。取產品達到溫度穩定時間和測試產品所需時間較長者為極限溫度保持時間。

(4)最終篩選條件確定

根據(1)(2)(3)所述，確定單個溫度循環時間，在保證產品滿足(2)所述連續循環范圍內無故障，方算溫度循環篩選合格。

3.具體ESS試驗條件

艦船軟武器某電路板，已知其工作溫度范圍-40°C～65°C，該產品用某電路板每生產批數量為200套，按產品技術要求規定，該電路板裝機前，需全數進行環境應力篩選試驗，以下結合本文所述裁剪方法，制定某電路板具體簡化ESS試驗條件。

3.1 溫度循環試驗裁剪

按照GJB1032規定，溫度循環試驗時，對該電路板先進行缺陷剔除10個循環（共計40h）；隨后進行無故障檢驗20個循環（共計80h），并要求連續10個循環無故障。若前10個循環不出現故障，則可省略后續試驗，其對應溫度變化率為5°C/min。則可計算溫度循環篩選試驗的篩選度如下：

3.2 裁剪后溫度循環次數

本單位可靠性試驗中心的溫度箱溫度其變化率可達10°C/min以上，但溫變率并非越大越好，當溫變率達到一定程度，再增大溫變率其篩選效果無明顯變化，溫度循環的溫變率合理取值[3]一般為5°C/min～15°C/min。由此可將溫變率由5°C/min提至10°C/min，由于電路板所選器件為工業級以上（對應工作溫度范圍-55°C～85°C），并經步進應力施加法[4]得高溫工作極限為+80°C左右，適當降低，取+75°C，低溫工作極限為-50°C左右，適當提高，取-45°C，則工作溫度范圍為115°C。代入RADC模型，經計算可得裁剪后循環次數N。

求解N為5.75，為篩選充分，取N=6個循環，能達到0.944的篩選度要求。

3.3 極限溫度保持時間

極限溫度保持時間以在極限溫度下電路板能達到溫度穩定并能完成電路板功能測試為原則。取電路板達到溫度穩定時間和測試電路板所需時間較長者，根據GJB1032中附錄B采用直接法測量該電路板高低溫極限溫度下，電路板經1h可達到溫度穩定，而完成批量（200套）功能測試需約30min，故極限溫度保持時間取1h。

3.4 裁剪后溫度循環圖

確定某電路板裁剪后的溫度循環剖面如圖1所示。

圖1 裁剪后溫度循環試驗剖面

由圖1可知，單個循環時間約為2.4h，若保證6個循環（14.4h）連續無故障，則進行6個循環（缺陷剔除）+6個循環（無故障檢驗）即可完成ESS試驗。則溫度循環試驗總時間為28.8h，相比80h可節省51.2h，極大提高了試驗效率。

3.5 生產驗證

某艦船軟武器自批生產以來，通過對配套電路板（近2000套）ESS試驗結果的統計、以及對產品交付用戶后實際使用情況統計，配套電路板均滿足產品功能實現要求。

4.結論

本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法和 GJB/Z34篩選度模型為理論，制定了艦船軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件，經多批次生產驗證，所制定簡化ESS試驗條件，在保證篩選效果情況下，大大縮短試驗時間，提高試驗效率。

[1]GJB4000-2000.艦船通用規范[S].國家軍用標準.

[2]GJB1032-1990.電子產品環境應力篩選方法[S].國家軍用標準.

[3]GJB/Z 34-1993.電子產品定量環境應力篩選指南[S].國家軍用標準.

[4]梁雪儀.溫度循環篩選剖面的剪裁方法[J].電子產品可靠性與環境試驗,2002,20(5):35-38.