电子产品可靠性试验

（电子行业企业管理）电子产品可靠性试验電子產品可靠性試驗第一章可靠性試驗概述1電子產品可靠性試驗的目的可靠性試驗是對產品進行可靠性調查、分析和評價的一種手段。試驗結果為故障分析、研究採取的糾正措施、判斷產品是否達到指標要求提供依據。具體目的有：(1)發現產品的設計、元器件、零部件、原材料和工藝等方面的各種缺陷；(2)為改善產品的完好性、提高任務成功性、減少維修人力費用和保障費用提供資訊；(3)確認是否符合可靠性定量要求。為實現上述目的，根據情況可進行實驗室試驗或現場試驗。實驗室試驗是通過一定方式的類比試驗，試驗剖面要儘量符合使用的環境剖面，但不受場地的制約，可在產品研製、開發、生產、使用的各個階段進行。具有環境應力的典型性、資料測量的準確性、記錄的完整性等特點。通過試驗可以不斷地加深對產品可靠性的認識，並可為改進產品可靠性提供依據和驗證。現場試驗是產品在使用現場的試驗，試驗剖面真實但不受控，因而不具有典型性。因此，必須記錄分析現場的環境條件、測量、故障、維修等因素的影響，即便如此，要從現場試驗中獲得及時的可靠性評價資訊仍然困難，除非用若干台設備置於現場使用直至用壞，忠實記錄故障資訊後才有可能確切地評價其可靠性。當系統規模龐大、在實驗室難以進行試驗時，則樣機及小批產品的現場可靠性試驗有重要意義。2可靠性試驗的分類2.1電子裝備壽命期的失效分佈目前我們認為電子裝備壽命期的典型失效分佈符合“浴盆曲線”，可以劃分為三段：早期失效段、恒定（隨機或偶然）失效段、耗損失效段。可參閱圖1.2.1。早期失效段，也稱早期故障階段。早期失效出現在產品壽命的較早時期，產品裝配完成即進入早期失效期，其特點是故障率較高，且隨工作時間的增加迅速下降。早期故障主要是由於製造工藝缺陷和設計缺陷暴露產生，例如原材料缺陷引起絕緣不良，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調整不當引起參數漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環境應力篩選等嚴格的品質管制措施加以暴露和排除。恒定失效段，也稱偶然失效段，其故

失效率障由裝備內部元器件、零部件的隨機性失效引起，其特點是故障率低，比

早期耗損較穩定，因此是裝備主要工作時段。

失效偶然失效段失效耗損失效段，其特點是故障率迅速上升，導致維修費用劇增，因而報廢。

時間其故障原因主要是結構件、元器件的圖1.2.1電子裝備壽命期失效分佈的浴盆曲線示意磨損、疲勞、老化、損耗等引起。2.2試驗類型及其分佈曲線的變化針對電子裝備壽命期失效分佈的三個階段，人們在設計製造和使用裝備時便有針對地採取措施，以

提高可靠性和降低壽命週期的費用。在設計製造階段，要儘量減少設計缺陷和製造缺陷，即便如此

仍然會存在早期失效和隨機失效。為此，承制方需要運用工程試驗的手段來暴露和消除早期失效，

降低隨機失效的固有水準。通過這些措施，可以改變產品的壽命分佈曲線的形狀，可參閱圖1.2.2。在耗損階段，用戶可通過維修和局部更新的手段延長裝備的使用壽命。圖1.2.2示意了兩組產品壽命失效率分佈曲線，圖中表明產品B的可靠性水準比產品A的優良，因為B

的恒定失效率比A的低，B的早期失效段比A的短。如果曲線A和B是同一種產品的不同階段的失效率

分佈，則表明該產品經過了可靠性增長試驗，取得成效，因此曲線B的恒定失效率大為降低。曲線B

的早期失效段示意了B和B’兩條，它們表明B比B’的早期失效率為低，顯示其工藝和元器件、原材

料的缺陷比B’的少，環境應力篩選所需的資源也可較少。2.3裝備可靠性試驗分類失效率2.3.1裝備可靠性試驗專案分類由裝備可靠性試驗的目的出發，我產品失效分佈們把它分為可靠性工程試驗和可靠B’性驗證試驗兩大類，每類試驗又包B產品B的壽命失效分佈括幾種試驗項目。時間(1)可靠性工程試驗，其目的在於暴圖1.2.2裝備可靠性試驗結果對失效分佈曲線形狀影響露產品故障以便人們消除它，由承制方進行，試驗樣品從研製樣機中取得。可靠性工程試驗包括環境應力篩選和可靠性增長試驗。從試驗性質來分析，現行的老煉也屬於工程試驗專案；由環境應力篩選發展起來的可靠性保證試驗也可歸納於此。工程試驗的出發點是：儘量徹底地暴露產品的問題、缺陷，並採取措施糾正，再驗證問題得到解決、缺陷得到消除與否。經過工程試驗的產品，其可靠性自然會提高，滿足用戶要求的可能性也必然增大。可見，可靠性工程試驗是產品的可靠性基礎工作，是產品研製生產的工藝過程。(2)可靠性驗證試驗，從試驗原理來說，要應用統計抽樣理論，因此又稱統計試驗。其目的是為了驗證產品是否符合規定的可靠性要求，由承制方根據有關標準和研製生產進度制訂方案和計畫，經定購方認可；重點型號裝備的驗證試驗方案還需報上級領導機關批准，由有關各方組織聯合試驗小組。驗證試驗包括產品研製的可靠性鑒定試驗和批量生產的可靠性驗收試驗。這類試驗必須能夠反映裝備的可靠性定量水準，因此試驗條件要儘量接近使用的環境應力；試驗結果要作出接收或拒收的判斷，因此對試驗時間和發生的故障應作詳細記錄，經過與失效判據的對比分析後，試驗各方統一認識後才能作出最後的結論。2.3.2裝備可靠性試驗專案的區別產品研製生產過程除進行可靠性試驗之外,一般還要進行環境（鑒定）試驗，各種試驗的目的不同，不能相互取代，它們的區別可參閱表1-2-1。3試驗安排在安排試驗計畫時，應將可靠性試驗與性能試驗、環境應力和耐久性試驗盡可能地結合起來，構成比較全面的可靠性綜合試驗計畫。這樣可避免重複試驗，保證不漏掉在單獨試驗中易疏忽的問題和缺陷，可提高效率節省費用。表1-2-1環境應力篩選、環境鑒定試驗、可靠性統計試驗區別項目環境應力篩選環境鑒定試驗可靠性統計試驗應用目的將產品潛在缺陷加速發展成故障並排除驗證產品的環境適應性驗證產品的可靠性水準典型應力隨機振動、溫度、濕度、鹽霧、淋雨、黴菌、溫度、濕度、振動、溫度迴圈、電應力振動、衝擊、低氣壓、加速度電應力應力水準加強應力，既能暴露故障又不損壞產品環境條件的極端值動態類比真實環境條件應力程式按效果組合，一般：振動－溫度－振動按使用次序或能最大回應環境應力模擬使用的次序的次序樣本100%抽樣抽樣故障限制希望揭示故障樣品可修復不許出故障故障數有限制接收判據無，故障不影響產品的接收有，故障影響對產品的接收有，故障數超出規定時拒收(1)產品的性能試驗應在樣機製造出來後即進行，試驗暴露的缺陷應成為改進措施的直接依據。評定產品性能和可靠性是否滿足用戶要求，必須在標準環境條件下使用規定容限值進行性能測量，以獲得重現結果和所需的精度。要分別測量記錄試驗前（標準條件）、試驗中（試驗條件）、試驗後（標準條件）的性能，以便進行比較。(2)環境應力的種類要按照實際情況進行綜合。環境應力至少應包括熱、振動、潮濕等應力；溫度迴圈中的濕度等級應足以產生明顯的冷凝和霜凍；振動應力應考慮振動類型、頻率範圍、應力大小和使用方法及振動方位等因素。這一切應能類似於現場使用環境和任務剖面所產生的情況。(3)耐久性試驗一般包括環境試驗、過負荷試驗、類比或接近環境剖面的迴圈試驗。試驗中發生的問題都要作出分析並採取糾正措施。然後對改進後的產品再作試驗，以證明問題是否已經解決。4試驗評估4.1試驗條件的評估試驗條件和步驟、方法都要盡可能類比產品的壽命剖面和任務剖面，使試驗具有真實性。試驗的目的是暴露在使用環境下才能發生的問題、故障和缺陷。如果試驗只能暴露一部分問題，這是在浪費時間和資源。試驗類比的程度，取決於試驗目的。(1)試驗真實性不高的原因可能是忽視了某些應力。如接插件作靜態壽命試驗時忽略了振動應力，致使現場使用時故障頻繁。(2)暴露缺陷的試驗，施加的應力高於使用應力也是合適的。“過應力”試驗一般用於工程可靠性試驗，如老煉試驗、篩選、研製階段的可靠性增長試驗等。這些屬於加速試驗特性，可儘早暴露產品潛藏的薄弱環節，採取措施糾正之。(3)模擬壽命剖面的試驗，希望試驗得到的可靠性與使用中的可靠性相一致。然而模擬的條件與使用的真實條件總是有差異的。在多數情況下，用恒定應力條件作壽命試驗，效果不好。因此要設計綜合應力的迴圈週期的試驗剖面，使之比較接近使用條件。4.2裝備可靠性評估測定產品可靠性定量指標，提供各種資訊，作出產品的可靠性評估，是管理工作所要求的。可靠性指標的點估計值和置信區間估計，是產、購雙方對產品壽命期費用決策的重要資訊。可靠性指標的點估計值和置信區間估計的依據是試驗資料。試驗資料的具體處理方法在有關標準中規定。只憑試驗結果就對裝備的可靠性水準進行評估,信息量可能不夠，往往要結合製造和使用的其他資訊進行綜合評價，才能使用戶放心。5試驗管理從研製生產到交付部隊使用，要進行多項與可靠性有關的試驗。為了確保達到用戶提出的要求，遵守交付週期，節省資源，加強管理是十分必要的。試驗管理的目的是為了提高試驗成效、確保產品可靠性大綱的效果，管理的任務主要是制訂和落實試驗計畫，因此要多安排綜合試驗，常用的方法是組織、協調、督促。試驗管理工作要圍繞研製生產的產品確定試驗專案、明確在何時進行、由何部門組織哪些人參加和實施、採用何種試驗手段、試驗方案和計畫由誰制訂和批准，試驗情況的記錄和處置，試驗結果的處理等。綜合的可靠性試驗計畫一般包括以下內容：(1)確定裝備的可靠性要求；(2)規定可靠性試驗的應力條件；(3)規定試驗進度計畫；(4)詳細的可靠性試驗方案；(5)試驗操作程式；(6)受試產品的說明和性能監測要求；(7)試驗設備和監測儀器；(8)試驗記錄和試驗資料的處理方法；(9)試驗報告的內容。試驗管理除了計畫管理之外，還包括試驗費用的管理，為保證研製工作進度和避免追加費用，試驗工作的重點應放在工程試驗上。綜合了較多試驗內容的計畫，還應包括每項試驗的方案、決策風險、試驗條件、試驗程式、在壽命週期的計畫等。第二章環境應力篩選1環境應力篩選的目的和原理1.1環境應力篩選的目的環境應力篩選的目的在於發現和排除產品的早期失效，使其在出廠時便進入隨機失效階段，以固有的可靠性水準交付用戶使用。1.2環境應力篩選的原理環境應力篩選是通過向電子裝備施加合理的環境應力和電應力，將其內部的潛在缺陷加速變成故障，以便人們發現並排除。環境應力篩選是裝備研製生產的一種工藝手段，篩選效果取決於施加的環境應力、電應力水準和檢測儀錶的能力。施加應力的大小決定了能否將潛在的缺陷在預定時間內加速變為故障；檢測能力的大小決定了能否將已被應力加速變成故障的潛在缺陷找出來，以便加以排除。因此，環境應力篩選又可看作是產品品質控制檢查和測試過程的延伸。2缺陷分類2.1通用定義產品喪失規定的功能稱失效。對可修復產品通常也稱為故障。對設備而言，任一品質特徵不符合規定的技術標準即構成缺陷。絕大多數電子裝備的失效都稱為故障，以故障原因對其進行分解可以參閱圖2.1.1。從圖中可知，裝備故障分為偶然失效型故障和缺陷型故障兩大類。人們認為偶然故障表現為隨機失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、裝配工藝缺陷、設計缺陷引起，元器件缺陷本身又由結構、工藝、材料等缺陷造成，設計缺陷則包含電路設計缺陷、結構設計缺陷、工藝設計缺陷等內容。結構工藝材料電路設計結構設計工藝設計缺陷缺陷缺陷缺陷缺陷缺陷元器件缺陷設計缺陷原材料裝配工藝缺陷缺陷缺陷型故障偶然失效型故障電子裝備故障圖2.1.1電子裝備故障原因分解示意2.2電子設備可視缺陷分類按照GJB2082《電子設備可視缺陷和機械缺陷分類》，從影響與後果方面缺陷分為致命缺陷、重缺陷、輕缺陷；從可視的角度來看，產生缺陷的主要工藝類型有：焊接、無焊連接、電線與電纜、多餘物、防短路間隙、接點、印製電路板、零件製造安裝、元器件、纏繞、標記等，其中多數都可能產生致命缺陷或重缺陷，輕缺陷比較普遍。致命缺陷是指對設備的使用、維修、運輸、保管等人員會造成危害或不安全的缺陷，或可能妨礙某些重要裝備（如艦艇、坦克、大型火炮、飛機、導彈等）的戰術性能的缺陷。重缺陷是指有可能造成故障或嚴重降低設備使用性能，但又不構成致命缺陷的缺陷。輕缺陷是指不構成重缺陷，但會降低設備使用性能或不符合規定的技術標準，而對設備的使用或操作影響不大的缺陷。可視缺陷是指通過人的視覺器官可直接觀察到的，或採用簡單工具對設備品質特徵所能判定的缺陷。承制單位的品質檢驗人員對大多數可視缺陷都可以發現並交有關部門排除，唯有不可視缺陷需要進行環境應力篩選或其他方法才能被發現，否則影響產品可靠性。3篩選應力及其效應運算式3.1常規篩選與定量篩選常規篩選是指不要求篩選結果與產品可靠性目標和成本閾值建立定量關係的篩選。篩選方法是憑經驗確定的，篩選中不估計產品引入的缺陷數量，也不知道所用應力強度和檢測效率的定量值，對篩選效果好壞和費用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期失效為目標。篩選後的產品不一定到達其故障率恒定的階段。定量篩選是要求篩選的結果與產品的可靠性目標和成本閾值建立定量關係的篩選。定量篩選有關的主要變數是引入缺陷密度、篩選檢出度、析出量或殘留缺陷密度。引入缺陷密度取決於製造過程中從元器件和製造工藝兩個方面引進到產品中的潛在缺陷數量；篩選檢出度取決於篩選的應力把引入的潛在缺陷加速發展成為故障的能力和所用的檢測儀錶把這些故障檢出的能力；殘留缺陷密度和缺陷析出量則取決於引入缺陷密度和篩選檢出度。定量環境應力篩選關係式如下：DR=DIN—F=DIN(1—TS)(2-3-1)TS=SS×DE(2-3-2)式中：DR——殘留缺陷密度，平均個/產品；DIN——裝備引入的缺陷密度，平均個/產品；F——境應力篩選析出的缺陷量，平均個/產品；TS——篩選檢出度；SS——篩選度；DE——檢測效率。在進行定量篩選之前，首先要按照可靠性要求確定殘留缺陷密度的目標值DRG，然後通過適當地選擇篩選應力種類及其量值的大小、檢測方法、篩選所在等級等參數設計篩選大綱。實施此大綱時，要進行監測和評估，確定DIN、SS、DR的觀察值，並與設計估計值比較，以便及時採取措施保證實現定量篩選目標，並使之最經濟有效。定量環境應力篩選的控制過程請參閱圖2.3.2。3.2恒定高溫應力3.2.1參數的計算3.2.1.1篩選度計算設恒定高溫篩選的應力參數是溫度Tu、篩選時間t、環境溫度TE(一般取25℃)，其篩選度SS的運算式為：SS＝1－exp[-0.0017(R＋0.6)0.6t](2-3-3)式中：R＝Tu－TE＝Tu－25——溫度變化範圍，℃；t——恒定高溫的持續時間，h。按公式(2-3-1)計算的恒定高溫篩選度數據見表2-3-1。加工引入的缺陷DIN加製造篩選產品元器件材料缺陷DIN元DINSS×DEDRDIN=TS=DR=DIN元＋DIN加SS×DEDIN—FF=DIN×TS圖2.3.2定量環境應力篩選變數關係示意3.2.2篩選故障率計算恒定高溫篩選時缺陷的故障率運算式如下：λD＝[－ln(1－SS)]/t(2-3-4)式中：λD——故障率，次／小時；SS——篩選度;根據式(2-3-4)計算的恒定高溫故障率(λD)見表2-3-1表2-3-1恒定高溫篩選度(SS)和故障率(λD)時間溫度增量(t）℃H01020304050607080100.01240.06770.09910.12400.14520.16390.18090.19640.2108200.02470.18080.18850.23260.26930.30100.32900.35420.3772300.03680.18960.26890.32780.37540.42560.45040.48100.5084400.04880.24450.34140.41120.46610.51140.54980.58300.6121500.06060.29560.40670.48420.54360.59150.63120.66490.6938600.07230.34330.46550.54810.60990.65840.69790.78070.7884700.08390.38770.51850.60420.66650.71440.75250.78360.8093800.09530.42920.56630.65330.71490.76120.79730.82610.8495900.10650.46780.60930.69630.75630.80040.83390.86020.88121000.11760.50380.64800.73390.79170.83310.86400.88770.90631100.12860.53740.68290.76690.82190.86050.88800.90970.92601200.13940.56870.71440.79680.84780.88330.90870.92750.94161300.15010.59790.74270.82110.86990.90250.92520.94170.95391400.16070.62510.76870.84330.88880.91840.93880.95320.96391500.17110.65050.79120.86280.90490.93180.94980.96240.97131600.18140.67420.81190.87980.91870.94300.95890.96970.97741700.19160.69620.83050.89470.93250.95230.96630.97570.98211800.20170.71680.84730.90770.94060.96020.97240.98050.98591900.21160.73600.86250.91920.94920.96670.97740.98430.98892000.22140.75380.87610.92920.95660.97210.98150.98740.9912λD0.00130.00700.01040.01320.01570.01790.01990.02190.02373.2.3恒定高溫應力激發的故障模式或影響恒定高溫能激發的故障模式(或對產品的影響)主要有：使未加防護的金屬表面氧化，導致接觸不良或機械卡死，在螺釘連接操作時用力不當或保護塗層上有小孔和裂紋都會出現這種未防護的表面。加速金屬之間的擴散，如基體金屬與外包金屬，釺焊焊料與元件，以及隔離層薄弱的半導體與噴鍍金屬之間的擴散；使液體乾涸，如電解電容和電池因高溫造成洩漏而乾涸；使熱塑膠軟化，如該熱塑膠件處於太高的機械力作用下，則產生蠕變；使某些保護性化合物與灌封蠟軟化或蠕變；提高化學反應速度，加速與內部污染物的反應過程；使部分絕緣損壞處絕緣擊穿。3.3溫度迴圈應力3.3.1溫度迴圈應力參數溫度迴圈應力參數有：上限溫度、下限溫度、迴圈次數、溫度變化速率。3.3.2溫度迴圈應力篩選度計算SS＝1－exp－0.0017(R＋0.6)0.6[Ln(e＋v)]3．N(2-3-5)式中：R=Tu－TL，——溫度變化範圍，℃；Tu——上限溫度，℃；TL——下限溫度，℃；V——溫度變化速率，℃／min；N——迴圈次數；e=2.71828，——自然對數的底。按式(2-3-5)計算的溫度迴圈應力篩選度見表2-3-2。表2-3-2溫度迴圈應力篩選度次速率溫度範圍℃數℃/m20406080100120140160180

250.16830.23490.28860.33240.36970.40230.43120.45720.4809

2100.20970.40310.48120.54100.58910.62900.66290.69200.7173

2150.39110.52540.61240.67520.72320.76120.79200.81750.8388

2200.47070.61550.70340.76360.80750.84070.86650.88710.9037

450.29980.41470.49390.55430.60270.64270.67650.70540.7305

4100.49690.64370.73080.78930.83120.86240.88630.90510.9201

4150.62920.77480.84980.89450.92340.94300.95670.96670.9740

4200.71980.85220.91200.94410.96290.97460.98220.98730.9907

650.41410.52220.64000.70250.74960.78840.81600.84010.8601

6100.64310.78730.86030.90330.93060.94090.96170.97080.9774

6150.77420.89310.94180.96570.97890.98640.99100.99390.9958

6200.85170.94320.97390.98680.99290.99600.99760.99860.9991

850.50950.65740.74390.80140.84220.87230.89530.91320.9274

8100.74690.87310.92750.95560.97150.98110.98710.99100.9936

8150.86250.94930.97740.98890.99410.99670.99810.99890.9993

8200.92150.97810.99230.99690.99860.99970.99970.99980.9999

1050.58980.73790.81780.86740.90050.92730.94050.99290.9623

10100.82040.92420.96240.97960.98830.99300.99560.99120.9982

10150.91630.97590.99130.99640.99840.99920.99960.99980.9999

10200.95850.99160.99770.99930.99970.99990.99990.99990.9999

1250.65680.79940.87040.91150.93730.95440.96610.97440.9804

12100.87260.95480.98050.99060.98520.99740.99850.99910.9995

12150.94900.98860.99660.99880.99960.99980.99990.99990.9999

12200.97800.99680.99930.99980.99990.99990.99990.99990.99993.3.3溫度迴圈應力故障率計算λD=[－Ln(1-SS)]/N(2-3-6)式中：λD——故障率，平均次／迴圈；SS——篩選度；N——迴圈次數。各參數組對應的故障率見表2-3-3。3.3.4溫度迴圈應力激發的故障模式或影響使塗層、材料或線頭上各種微細裂紋擴大；使粘接不好的接頭鬆馳；使螺釘連接或鉚接不當的接頭鬆馳；使機械張力不足的壓配接頭鬆馳；使品質差的焊點接觸電阻加大或開路；粒子污染；密封失效。表2-3-3溫度迴圈故障率(λ)D速率溫度循環範圍℃℃/min2040608010012014016018050.08910.13390.17030.20200.23080.25730.28210.30550.3278100.17170.25800.32810.38930.44470.49580.54360.58880.6317150.24800.37260.47390.56230.64230.71610.78520.85040.9125200.31810.47790.60770.72120.82370.91841.00701.09061.77023.4掃頻正弦振動應力3.4.1掃頻正弦振動應力的篩選度計算SS=1－exp[－0.000727(G)0.863·t](2-3-7)式中：G—高於交越頻率的加速度量值，g；t—振動時間，min。按式(2-3-7)計算的結果見表2-3-4。3.4.2掃頻正弦振動應力的故障率λD=[－Ln(1－SS)]/t(2-3-8)式中：λD—故障率，次／h；SS—篩選度；t—時間，h。按式(2-3-8)計算的結果也見表2-3-4。表2-3-4掃頻振動篩選度和故障率）5λD3.4.3掃頻正弦振動應力激發的故障模式或影響使結構部件、引線或元器件接頭產生疲勞，特別是導線上有微裂紋或類似缺陷的情況下；使電纜磨損，如在鬆馳的電纜結處存在尖緣似的缺陷時；使製造不當的螺釘接頭鬆馳；使安裝加工不當的IC離開插座；使受到高壓力的匯流條與電路板的釺焊接頭的薄弱點故障；使未充分消除應力的可作相對運動的橋形連接的元器件引線造成損壞，例如電路板前板的發光二極體或背板散熱板上的功率電晶體；已受損或安裝不當的脆性絕緣材料出現裂紋。3.5隨機振動應力3.5.1隨機振動應力的參數隨機振動應力的參數有：頻率範圍、加速度功率譜密度(PSD)、振動時間、振動軸向數。其振動譜可參閱圖2.3.3。3.5.2隨機振動應力篩選度隨機振動應力篩選度的計算式如下：SS=1－exp[－0.0046(Grms)1.71t](2-3-9)式中：Grms—加速度均方根值，g；Grms=（A1＋A2＋A3）1/2；(2-3-10)A1、A2、A3——隨機振動譜的面積，g2(見圖2.3.3)；t—動時間，min。3.5.3隨機振動應力故障率計算加速度功率譜密度g2/Hz隨機振動應力的故障率計算式如下：+3db/oct－3db/octλD=[－Ln(1-SS)]/t(2-3-11)A1A2A3式中：λD—故障率，平均次／h；頻率HZSS—篩選度；t—時間，h。020803502000按照式(2-3-9)計算的篩選度和按照

圖2.3.3隨機振動譜示意式(2-3-11)計算的故障率數值見表2-3-5。表2-3-5隨機振動篩選度和故障率時間加速度均方根值(g)min0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0

5.007.023.045.012.104.140.178.218.260.303.346.389.431.478

10.014.045.088.140.198.260.324.389.452.514.572.627.677.723

15.021.067.129.202.282.363.444.522.595.661.720.772.816.854

20.028.088.168.260.356.452.543.626.700.764.817.861.896.923

25.035.109.206.314.424.529.625.708.778.835.880.915.941.959

30.041.129.241.363.484.595.691.772.836.885.922.948.966.979

35.048.149.275.409.538.651.746.882.878.920.949.968.981.989

40.055.168.308.452.586.700.791.860.910.944.966.981.989.994

45.061.187.339.492.629.742.829.891.933.961.978.988.994.997

50.068.205.369.529.668.778.859.915.951.973.986.993.996.998

55.074.224.397.563.702.809.884.938.964.981.991.996.998.999

60.081.241.424.595.734.836.905.948.973.987.994.997.9991.00

λD.084.276.552.9031.321.802.352.953.614.325.095.906.777.693.5.4隨機振動應力激發的故障模式或影響隨機振動應力激發的故障模式或影響與正弦掃頻振動應力相同，但故障機理更複雜，發展故障的速度要比掃頻正弦振動應力快得多，這是由於隨機振動能同時激勵許多共振點的作用結果。3.6篩選效果對比3.6.1溫度應力對比a)對恒定高溫應力的分析恒定高溫篩選的篩選度與溫度增量、篩選時間密切相關，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，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品的使用壽命。故障率低和可能影響產品的使用壽命是恒定高溫篩選應力的致命缺點。b)對溫度迴圈應力的分析溫度迴圈應力的篩選度與溫度範圍、迴圈次數有關，並且與溫度變化速率關係最密切，即溫度升降速率越大，其篩選度也越大。由表2-3-2可查得溫度範圍為180℃、迴圈次數為4、溫度變化速率為20℃/min時，篩選度為0.9907。歸一化後其故障率與溫度變化範圍和溫度變化速率成正相關。由表2-3-3可查得,當溫度變化範圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min時溫度迴圈應力的故障率平均為0.2020次/迴圈，一般每個迴圈時間在3.5～4.0小時之間，因此該應力的故障率相當於平均0.0505次/h～0.0577次/h之間。因此，故障率高、篩選效率高、不會影響產品使用壽命是溫度迴圈應力的特點。c)溫度應力的比較由上分析可知，溫度變化範圍為80℃、溫度變化速率為5℃/min的溫度迴圈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前者比後者容易得多。溫度增量為80℃的恒定高溫應力要讓產品經受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。而溫度迴圈應力，通常採用溫度交變試驗箱，此類設備對溫度範圍為80℃（由－35℃變化到＋45℃）、溫變速率為5℃/min的性能參數是最低的要求，輕易便可實現，此應力可使產品平均篩選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迴圈應力的篩選效率，可以通過提高溫度變化率的應力參數來實現。由表2-3-2可知，當溫度範圍仍為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/迴圈提高到平均0.7212次/迴圈，後者是前者的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20℃/min的溫變速率，需要大幅度地增加升降溫系統的功率，甚至要在機械致冷的基礎上加裝液態氮致冷系統及其控制裝置。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振動應力對比一般說來，振動應力是定量環境應力篩選方法才採用的應力，它可以暴露溫度迴圈暴露不了的某些

缺陷。據統計，對電子設備而言，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境

應力篩選的設備，但由表2-3-4和表2-3-5的資料可以比較它們的故障率(即篩選效率)。我們按照GJB1032《電子產品環境應力篩選》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；設持續時間為5min，查表2-3-5得篩選度為0.478、故障率為7.692次/

小時。同樣設掃頻正弦振動的加速度為7g、持續時間為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篩選應力效果對比項目恒溫45℃恒溫105℃交變80℃交變80℃掃頻7g隨機rms7g5℃/min20℃/min5min5/minSS0.87610.9912中等高0.01930.478λD(1/h)0.01040.02370.20200.72120.233970.692H/次故障100425240.30.13(70.8min)影響壽命較大較大基本不影響不影響不影響不影響試驗設備造價低低較低較高低較高當然，只有隨機振動控制設備和與之配套的電磁振動臺才能提供隨機振動應力，其設備價格要比掃頻振動臺昂貴，但是為了提高篩選效率，最大限度地消除早期故障，這個投入還是合算的。3.6.3結論a)經典的老煉工藝與常規的恒溫篩選對暴露產品的缺陷有一定的作用，但其篩選度和故障率數值很小，效率十分低，需要用相當長的時間才能達到消除早期失效(缺陷)的效果，因而可能會影響產品的使用壽命，有必要改用定量環境應力篩選方法。b)如果採用常溫考機的辦法作為產品出廠的依據，在幾百小時內暴露不了一個缺陷，也說明不了產品的可靠性有什麼樣的水準，此法意義不大。c)定量環境應力篩選，需要採用溫度迴圈應力，其效率已比恒定高溫老煉篩選大為提高；就溫度迴圈篩選而言，提高溫變速率又是進一步提高篩選效率、減少篩選對產品使用壽命影響的最佳方法，我們要為此項篩選創造條件。d)定量環境應力篩選，需要採用振動應力，其中又可以採用掃頻正弦振動或隨機振動方式，但從篩選效率對比可知，隨機振動方式是最佳的應力。為了提高篩選效率、減少振動應力篩選對產品結構件壽命的影響，應創造條件採用隨機振動方式。4.環境應力篩選方案設計4.1設計原則環境應力篩選試驗方案的設計原則是：使篩選應力能激發出由於潛在設計缺陷、製造缺陷、元器件缺陷引起的故障；所施加的應力不必類比產品規定的壽命剖面、任務剖面、環境剖面；在試驗中，應模擬設計規定的各種工作模式。根據條件和是否必要來確定常規篩選或是定量篩選；根據不同階段和產品的特徵制訂篩選方案。4.1.1研製階段的篩選研製階段一般按照經驗得到的篩選方法進行常規篩選.，其主要作用是：一方面用於收集產品中可能存在的缺陷類型、數量及篩選方法效果等資訊；另一方面，在可靠性增長和工程研製試驗前進行了常規試驗，可節省試驗時間和資金；同時利於設計成熟快捷的研製試驗方法。研製階段的常規篩選要為生產階段的定量篩選收集資料，為定量篩選作準備,設計定量篩選的大綱。4.1.2生產階段的篩選生產階段的篩選主要是實施研製階段設計的定量篩選大綱；並通過記錄缺陷析出量和設計估計值的比較，提出調整篩選和製造工藝的措施；參考結構和成熟度相似產品的定量篩選經驗資料，完善或重新制訂定量篩選大綱。這些經驗資料主要有：故障率高的元器件和元件型號；故障率高的產品供貨方；元器件接收檢驗、測試和篩選的資料；以往篩選和測試的記錄；可靠性增長試驗記錄；其他試驗記錄。4.2設計依據4.2.1依據產品缺陷確定篩選應力4.2..1.1影響產品缺陷數量的因素如前所述，產品在設計和製造過程引入的缺陷主要是：設計缺陷、工藝缺陷、元器件缺陷。這些缺陷可歸納為兩種類型，一是固有缺陷，它是存在於產品內部的缺陷，如材料缺陷、外購元器（部）件缺陷和設計缺陷；二是誘發缺陷，它是人們在生產或修理過程中引入的缺陷，如虛焊、連接不良等。這些缺陷的可視缺陷或用常規檢測手段便可發現缺陷，可在生產中被排除；除此之外的缺陷便成為潛在缺陷，構成裝備的早期故障根源。裝備的早期故障一般要經過100小時以內的工作才能暴露，從而被排除。影響產品缺陷數量的主要因素有：產品的複雜程度。產品越複雜，包含的元器件類型和數量越多、接頭類型和數量越多，則設計和裝焊的難度越大，設計製造中引入缺陷的可能性越大。同時也增加環境防護設計的難度。元器件品質水準。元器件品質水準是裝備缺陷的主要來源，元器件品質水準包括品質等級和缺陷率指標兩個方面，後者用PPM表示，一般生產廠要在說明書中表示。這是定量篩選方案設計的重要依據。組裝密度。組裝密度高，元器件排列擁擠，裝焊操作難度大，易碰傷元器件，工作中散熱條件差，

易引入工藝缺陷和使缺陷加速擴大。設計和工藝成熟程度。設計和工藝的成熟程度的提高，可以大大地減少產品的設計缺陷和工藝缺陷

的種類及其數量。一般，在研製階段，在結構設計定型之前，設計缺陷占主導地位；在生產階段，

設計缺陷減少，元器件缺陷和工藝缺陷比例增加，並且隨著設計的改進和工藝的不斷成熟，元器件

缺陷將占主導地位。製造程序控制。製造程序控制主要是品質控制，包括採用先進的工藝品質控制標準和管理制度，管理控制得越嚴格，引入缺陷的機會就越少。4.2.1.2環境應力對缺陷的影響現場環境應力是影響缺陷發展成故障的主要因素。任何缺陷發展成為故障都需要受到一定強度應力經過一定時間的作用，產品只有受到能產生等於或大於閾值的環境應力才能使某些缺陷變為故障；在某些溫和的環境應力中，許多缺陷不會發展為故障。因此，只有選擇能暴露某些缺陷的應力作為篩選的條件，才能達到篩選的目的。常用的應力所能發現的典型缺陷見表2-4-1。據統計，溫度應力可篩選出80％的缺陷，振動應力可篩選出20％左右的缺陷。表2-4-1常用應力能發現的典型缺陷溫度迴圈應力振動應力溫度加振動應力元器件參數漂移粒子污染焊接缺陷電路板開路、短路壓緊導線磨損硬體松脫晶體缺陷元器件安裝不當混裝元器件缺陷錯用元器件鄰近板摩擦緊固件問題密封失效相鄰元器件短路元器件破損導線松脫電路板蝕刻缺陷導線束端頭缺陷元器件粘接不良夾接不當機械性缺陷大品質元器件緊固不當4.2.2根據缺陷分佈確定篩選等級4.2.2.1缺陷分佈缺陷在裝備研製生產的不同階段的類別和分佈是變化的，因此在制定篩選大綱時要根據產品缺陷的分佈確定篩選等級。在研製階段，設計缺陷的比例最大；在生產初期，設計缺陷比例下降，工藝缺陷比例增加，占最大比例；在生產成熟階段，設計和工藝趨於成熟，個人操作熟練，元器件缺陷比例變得最大，此時設計缺陷一般只占5％以下，工藝缺陷在30％以下，而元器件缺陷可占60％以上。表2-4-2是不同裝備在單元或模組組裝等級進行環境應力篩選暴露的缺陷比例，反映了缺陷的分佈情況，可作參考。表2-4-2各種產品篩選的缺陷比例硬體類型篩選組裝等級溫度篩選故障%振動篩選故障%飛機發電機單元5545電腦電源單元8812航空設備電腦單元8713艦載電腦單元937接收處理機單元7129慣性導航裝置單元7723接收系統單元8713機載電腦模組8713控制指示器單元7827接收、發射機模組7426平均綜合79214.2.2.2篩選組裝等級的選擇為了保證基本消除裝備的早期故障，最好在各個裝配等級上都安排環境應力篩選。任何篩選都不可能代替高一裝配等級上的篩選。而任何高一級的篩選雖然可以代替低一級的篩選，但篩選效率會降低，篩選成本要提高。一般裝備分成設備或系統級（包括電纜和採購的單元）、單元級（包括採購的元件和佈線）、元件級（包括印製電路板和佈線）、元器件等4個級別。據經驗介紹，對元器件的篩選成本需要1～5個貨幣單位的話，元件級篩選則需要30～50貨幣單位，單元級需要250～500貨幣單位，設備或系統級需要500～1000貨幣單位。根據多數單位的情況來看，設計篩選取組件級及以下和取單元級及以上的較多。從綜合的角度來看，組件級篩選的優點是：每檢出一個缺陷的成本低，尺寸小、不通電可進行成批篩選、效率高；元件的熱慣性低，可進行更高溫度變化率的篩選，篩選效率提高。其缺點是：由於不通電，難以檢測性能，篩選尋找故障的效率低；如果改成通電篩選檢測，需要專門設計設備，成本高；不能篩選出該組裝等級以上的組裝引入的缺陷。單元級以上的篩選優點是：篩選過程易於安排通電監測，檢測效率高；通常不用專門設計檢測設備；單元中各元件的介面部分也得到篩選，能篩選各元件級引入的潛在缺陷。其缺點是：由於熱慣性較大，溫度變化速率不能大，溫度迴圈時間需要加長；單元級包含了各種元部件，溫度變化範圍較小，會降低篩選效率；每檢出一個缺陷的成本高。4.2.3根據檢測效率確定定量篩選目標檢測效率是環境應力篩選工作的重要因素。給產品施加應力把潛在缺陷變成明顯的故障後，能否準確定位和消除,就要取決於檢測手段及其能力。當選擇在較高組裝等級進行篩選時，有可能利用較現成的測試系統或機內檢測系統；在選擇高組裝級篩選時，能準確地類比各種功能介面，也便於規定合理的驗收準則，容易實現高效率的檢測，提高檢測效率。表2-4-3列出了不同組裝等級情況的檢測效率，表2-4-4列出了各種測試系統的檢測效率範圍，可用於計算析出量的估計值。需要指出的是，綜合利用各種檢測系統能提高檢測效率。表2-4-3不同組裝等級情況的檢測效率組裝等級測試方式檢測效率組件生產線工序間合格測試0.85

組件生產線電路測試0.90

組件高性能自動測試0.95單元性能合格鑒定測試0.90

單元工廠檢測測試0.95

單元最終驗收測試0.98

系統線上性能監測測試0.90

系統工廠檢測測試0.95

系統定購方最終驗收測試0.99

表2-4-4不同測試系統檢測效率範圍(%)電路負載板短路測試電路分析儀電路測試儀功能板測試儀

數字式45～6550～7585～9490～98

模擬式35～5570～290～9680～90

混合式40～060～087～9483～954.2.4元器件缺陷率的確定確定環境應力篩選的定量目標必須確定產品的元器件缺陷率。可以按以下方法確定元器件缺陷率。4.2.4.1查表法國產元器件由GJB299《電子設備可靠性預計手冊》規定品質等級，當產品選定某個等級的元器件後，按照使用環境條件，可以從GJB/Z34《電子產品定量環境應力篩選指南》的附錄A的相應表中查得不同品質等級、不同使用環境的各種電子元器件的缺陷率資料（以PPM表示）。進口元器件問題較複雜，我們不可能查得每一個國家每一種元器件的缺陷率，只能參考美國MIL－HDBK－217E查出品質等級，然後從GJB/Z34中查出進口元器件的缺陷率。4.2.4.2試驗驗證法當所用的元器件品質等級無法從手冊中查得缺陷率資料時，可根據GJB/Z34《電子產品定量環境應力篩選指南》提供的方法對元器件進行抽樣篩選，處理試驗資料獲得該元器件的缺陷率。4.2.4.3推算法當具備足夠的失效率、缺陷率、環境係數、品質係數等資料時，可以按照以下步驟推算同類元器件在同種環境中其他品質等級下的缺陷率。4.2.4.3.1根據品質係數推算同類元器件在同種環境中其他品質等級下的缺陷率a)基本資訊某類元器件的缺陷率DP，包括在生產廠發現的缺陷率DPF和在現場使用中發現的缺陷率DPU，即DP=DPF+DPU，用PPM表示。已知缺陷率和品質等級的元器件的品質係數πQ1和未知品質等級的缺陷率元器件的係數πQ2。b)計算公式失效率與品質係數成正比的元器件，其缺陷率為DPC=(πQ2/πQ1)×DPO=(πQ2/πQ1)×(Dpfo+Dpuo)(2-4-1)式中：DPC——要計算的缺陷率，PPM；DPO——已知品質等級元器件的總缺陷率，PPM；πQ1——已知品質等級元器件的品質係數，可從有關標準中查得；πQ2——要計算其缺陷率的品質等級元器件的品質係數，可從有關標準查得；Dpfo——已知品質等級元器件工廠缺陷率，PPM；Dpuo——已知品質等級元器件現場使用中發現的缺陷率，PPM。c)示例已知：某進口電晶體的品質等級為JAN級，缺陷率為DP（JAN）=346PPM；求取：品質等級為JANTX進口電晶體的缺陷率。步驟：從有關標準查得：πQ（JΑΝ）=1.2πQ（JΑΝTX）=2.4按式（2-4-1）計算DP(JANTX)=(πQ(JANTX)/πQ(JAN))×DP(JAN)=(0.24/1.2)×346=69.2(PPM)4.2.4.3.2根據環境係數推算同類元器件同一品質等級在其他環境中的缺陷率其一：失效率與環境係數成正比的元器件a)基本資訊某品質等級的元器件在給定環境中的缺陷率DP，包括在生產中發現的缺陷率DPf和現場使用環境中的缺陷率DPU，在生產中發現的缺陷率實際上就是地面固定環境（GF）的缺陷率。給定環境的相應環境係數πE1。求取缺陷率所處環境相應的環境係數πE2。b)計算公式DPC=Dpf+(πE2/πE1)×Dpu(2-4-2)式中：DPC——要計算的缺陷率，PPM；Dpf——已知的在工廠的缺陷率，PPM；Dpu——已知的在使用現場的缺陷率，PPM；πE1——已知缺陷率所在環境的環境係數，可從有關標準查得；πE2——要計算的缺陷率所在環境的環境係數，可從有關標準查得。c)示例已知：進口的品質等級為JAN的電晶體在地面固定環境（GF）中的缺陷率為346PPM，其中工廠缺陷率為60PPM，使用環境缺陷率為286PPM；求取：該等級電晶體在地面移動環境(GM)中的缺陷率。步驟：從有關標準查得兩種環境的環境係數：πE1=πE(GF)=5.3πE2=πE(GM)=18應用公式(2-4-2)計算:DPC=Dpf+(πE2/πE1)×Dpu=60+(18/5.3)×286=60+971=1031(PPM)其二：失效率與環境係數不成正比的元器件，以半導體積體電路為主a)基本資訊：半導體積體電路的品質等級；半導體積體電路的總量；半導體積體電路工廠缺陷率，PPM；半導體積體電路現場工作小時數；半導體積體電路現場失效率。b)確定失效率模型半導體積體電路失效模型為：λP=πQ×[C1×πT×πV×πPT＋(C2＋C3)×πE]×πL(2-4-3)式中：λP——工作失效率；πQ——品質係數；πT——溫度應力係數；πV——電應力係數；πE——環境係數；C1，C2——電路複雜度失效率；C3——封裝複雜度失效率；πL——器材成熟係數；πPT可編程工藝係數，除可編程式的唯讀記憶體外，其餘為一。可根據半導體積體電路的品質係數和有關技術，確定πE、πQ、πT、πV、πPT和C1，把它們和已知的現場失效率資料一併代入式(2-4-3)，可求得C1×πT×πV×πPT和C2＋C3的值，並分別令其為K1、K2，式(2-4-3)簡化為：λP=πQ×(K1＋K2×πE)×πL(2-4-4)式中：K1=C1×πT×πV×πTPK2=C2+C3c)導出現場缺陷率計算公式現場缺陷率等於現場失效率與現場工作時間的乘積除以元器件總數。從基本資訊可得到現場工作時間和元器件總數，再利用式(2-4-3)求得的失效率資料,就可導出缺陷率計算公式：DPU=λΡ×Τ／Ν(2-4-5)式中：DPU——現場缺陷率；λΡ——統計得到的工廠缺陷率；Τ——現場工作總時間；Ν——統計的元器件總數。令K3=T/N，合併式(2-4-3)、(2-4-4)、(2-4-5)得：DPU=DPf+Dpu=Dpf+K3×πQ×(K1＋K2×πE)×πL(2-4-6)式中：DPU——要計算的缺陷率；Dpf——統計得到的工廠缺陷率；πQ——品質係數；πE——環境係數；πL——器材成熟係數；K1、K2、K3——根據統計資料導出的常數。d)示例已知：進口積體電路的品質等級為C－1，統計的積體電路數量N為624087個，統計的工廠缺陷率Dpf為160PPM，現場總工作時間T為8580×106h，現場失效率為0.025×10－6/h；求取：該品質等級積體電路的失效率計算公式和缺陷率計算公式。步驟：根據有關標準確定某些值為：πQ=13.0C1=0.0053πT=0.032πV=1.0πPT=1.0πE=4.0πL=1.0代入式(2-4-3)：λP=πQ×[C1×πT×πV×πPT＋(C2＋C3)×πE]×πL有：0.025=13.0[(0.0053×0.032×1.0×1.0)+(C2+C3)4.0]1.0則：C2+C3=K2=0.00044C1×πT×πV×πTP=K1=0.00017將上述資料代入式(2-4-4)得到失效率計算公式：λP=πQ×(0.00017+0.00044πE)現場缺陷率計算公式為：DPU=λΡ×Τ／Ν=λΡ×8580×106/624087=[πQ×(0.00017+0.00044πE)]×0.0137481=πQ×(2.3372+6.0492πE)×10-6=πQ×(2.3372+6.0492πE)(PPM)總缺陷率計算公式為：DPU=DPf+Dpu=160＋πQ×(2.3372+6.0492πE)(PPM)用此公式可以推算其他品質等級和環境下元器件的缺陷率。4.2.4.3根據某元器件的缺陷率和失效率求取另一失效率已知的元器件缺陷率此方法的前提是：假設失效率類似的元器件,其缺陷率也類似。a)基本資訊要計算的元器件的失效率λ1；已知缺陷率為DPO的元器件的失效率λ２；b)計算公式DPC=DPO×λ２/λ1(2-4-7)式中：DPC——要求解的缺陷率，PPM；DPO——已知的缺陷率，PPM；λ1——已知缺陷率的元器件的失效率；λ2——要求解缺陷率的元器件的失效率。此式求解的缺陷率是指某品質等級的該類元器件在某種環境條件下的缺陷率，如果要求解的元器件是在不同環境條件和不同品質等級的缺陷率，則可用本節相應的其他方法求解。其總關係式為：DPC=(πQ2/πQ1)[DPU×(πE2/πE1)+DPf](2-4-8)式中：DPC——要計算的缺陷率，PPM；πQ1——已知缺陷率的元器件的品質係數；πQ2——要求取缺陷率的元器件的品質係數；DPU——已知的現場缺陷率，PPM；πE1——已知缺陷率的元器件的環境係數；πE2——要求取缺陷率的元器件的環境係數；DPf——已知的工廠中缺陷率，PPM。c)示例已知：品質為M等級的進口元器件在地面固定環境中的失效率為0.00207×10-6；C-1級進口積體電路在地面固定環境的失效率為0.05123×10-6，總缺陷率為503.2PPM，工廠缺陷率為160PPM。求取：品質等級為M的電阻器在地面固定環境中的缺陷率。步驟：DPC=DPO×λ２/λ1=503.2×10-6×(0.00207×10-6/0.5123×10-6)=(160+343.2)×10-6×(0.00207/0.5123)=6.46+13.87(PPM)=20.33(PPM)求取其他品質等級和環境中的缺陷率公式為：DPC=(πQ2/πQ1)[13.87×(πE2/πE1)+6.46]PPM4.2.5依據殘留缺陷密度的相關性4.2.5.1殘留缺陷密度與平均故障間隔時間的關係據統計，目前良好的元器件的平均失效率在10-6/h至10-7/h之間，現場環境中由潛在缺陷造成的故障率合理範圍是大於10-3/h。假定裝備交付時故障率比規定的故障率λ0大10％是可接受的，且假定潛在缺陷造成的故障率λD為10-3/h，根據GJB/Z34提供的故障率與殘留缺陷密度的關係式：DR=100λ0(2-4-9)DR=100/MTBF(2-4-10)式中：DR——殘留在產品中的缺陷密度；λ0——產品規定的故障率，1/h。根據該標準提供的關係式計算得的缺陷密度與MTBF的關係資料見表2-4-5。表2-4-5殘留缺陷密度與MTBF的關係(前提條件：λD為10-3/h，交付時允許故障率比規定的高0.1)故障率0.10.010.0050.0020.0010.00050.00020.00010.00001MTBF1010020050010002000500010000100000DR1010.50.20.10.050.020.010.0014.2.5.2殘留缺陷密度與篩選成品率的關係篩選成品率是指提交驗收時產品中可篩選的潛在缺陷數為零的概率。其關係式為：Y=e－DR(2-4-11)式中：Y——篩選成品率；DR——殘留缺陷密度。置信度不同，篩選成品率的下限YL也不同，它是缺陷故障率與無故障試驗時間的乘積、缺陷故障率與規定故障率的比值的函數，表2-4-6列出了置信度為90%的篩選成品率下限資料，其他參數的資料可參閱GJB/Z34。表2-4-6置信度為90%的篩選成品率下限值(λD/λ0=0.1-1.0)故障(失效)率比值λD/λ0λDT0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

0.10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.20.250.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.31.000.100.020.010.010.010.000.000.000.00

0.41.000.540.140.070.050.040.030.030.020.020.51.001.000.380.200.130.100.090.080.070.06

0.61.001.000.690.380.260.210.170.150.140.130.71.001.001.000.580.410.330.280.240.220.210.81.001.001.000.780.560.450.390.350.320.290.91.001.001.000.960.710.580.500.450.410.381.01.001.001.001.000.840.690.600.540.500.471.11.001.001.001.000.950.790.690.630.580.551.21.001.001.001.001.000.880.780.710.660.621.31.001.001.001.001.000.950.850.780.730.691.41.001.001.001.001.001.000.910.830.780.741.51.001.001.001.001.001.000.960.880.830.79

1.61.001.001.001.001.001.001.000.930.880.841.71.001.001.001.001.001.001.000.960.910.871.81.001.001.001.001.001.001.000.990.940.911.91.001.001.001.001.001.001.001.000.970.932.01.001.001.001.001.001.001.001.000.990.954.3試驗剖面的確定4.3.1應力類型定量環境應力篩選一般選用溫度迴圈和隨機振動應力,對電子產品而言,一般都可以滿足篩選要求。某些產品有特殊要求的可選用特定的篩選應力。4.3.2應力組成溫度迴圈和隨機振動應力各自激發的缺陷類型是不相同的,因此不能互相取代。然而，它們在激發缺陷的能力上卻可以互相補充和加強，由振動加速發展的缺陷可能在溫度迴圈中以故障的形式暴露出來；同樣，由溫度迴圈加速發展的缺陷也可能在振動中以故障形式暴露出來。因此，環境應力篩選的試驗剖面應把溫度迴圈和隨機振動組合起來，即隨機振動—溫度迴圈—隨機振動或溫度迴圈—隨機振動—溫度迴圈。可以參閱GJB1032《電子產品環境應力篩選方法》。4.3.3應力量值篩選應力的量值以不能超過產品的設計極限，能激發潛在缺陷又不損壞產品中完好的部分為原則。4.3.3.1溫度迴圈參數的選擇a)確定溫度迴圈的上下限溫度：採用加電檢測性能的篩選方案時，溫度迴圈的上下限溫度不高於和低於設計的最高和最低的工作溫度。採用非加電檢測性能的篩選方案時，溫度迴圈的上下限溫度不高於和低於產品貯存的高溫和低溫。採用只在上限（或下限）溫度加電和檢測性能的篩選方案時，溫度迴圈的上限（或下限）溫度不高於（不低於）設計的最高（最低）工作溫度，另一側的溫度不低於（或高於）貯存溫度。示意圖見2-4-1。溫度高溫貯存溫度設計最高工作溫度1234設計最低工作溫度低溫貯存溫度1產品加電篩選時檢測性能的溫度迴圈範圍2產品不加電篩選時的溫度迴圈範圍3產品加電篩選時檢測性能的上限溫度迴圈範圍4產品加電篩選時檢測性能的下限溫度迴圈範圍圖2-4-1溫度迴圈篩選溫度範圍示意只對元件進行篩選時，要找出元件中分元件（元器件）各自的最高和最低工作溫度、最高和最低貯存溫度，溫度迴圈的上下限溫度以這些高溫中的最低者和低溫中的最高者為溫度組，參照上述原則進行設計。一般設計的工作溫度和貯存溫度離設計的極限溫度還有一定距離，為了提高篩選效率，有時擴大溫度變化幅度，向設計的極限溫度靠近。示例:某元件由5個分元件組成，其設計的各項溫度列於下表，確定其定量環境應力篩選溫度。從表中可得到篩選的工作溫度組為60℃和－30℃，貯存的溫度組為80℃和－40℃。分組件號設計工作高溫低溫（℃）設計貯存高溫低溫（℃）180－40100－55290－45100－503100－50120－404110－30150－55560－5080－55b)確定溫度變化速率：溫度變化速率對篩選效果影響極大，應盡可能加快溫度變化速率。標準規定設備或部件篩選的溫度變化速率不小於5℃/min。由於受篩選產品本身的熱慣性，產品的實際溫度變化速率遠低於試驗箱內的空氣溫變平均速率，因此要根據試驗箱的能力儘量提高溫度變化速率。在條件不具備，進行非定量環境應力篩選時，可採用兩箱法進行溫度衝擊篩選。在定量環境應力篩選過程中，可按定量要求和觀察到的故障數調節已選定的溫度變化速率，以保證實現定量目標。c)確定上、下限溫度的持續時間：溫度迴圈中上、下限溫度的持續時間取決於產品在此溫度下達到穩定的時間和檢測性能所需的時間，可通過對產品的熱測定和對試驗箱溫度穩定時間的測定後確定。d)確定溫度迴圈次數：溫度迴圈次數實際就是篩選的持續時間。根據電子設備早期故障一般在交付的前50～100小時暴露，它與產品的複雜程度有關。一般，初始篩選和單元級的篩選採用10～20個迴圈，元件級篩選採用20～40個迴圈。4.3.3.2振動應力的選擇a)確定振動量值篩選的振動量值一般應低於產品環境鑒定試驗的合格值，以不損壞產品為准。常規篩選的隨機振動量值一般可用0.04g2/Hz，把握不大的產品可根據通過測定摸清產品對振動的回應特性，由低到高適當調整，最後確定振動量值。b)確定隨機振動頻譜隨機振動頻譜應採用GJB1032或GJB/Z34標準規定的頻譜，頻率範圍為20～2000HZ，對少數情況可縮小到100～1000HZ。應對受篩選產品進行振動測定，確定產品共振頻率、優勢頻率，對產品回應大的頻率段、要減少輸入，反之加大輸入，以保證不損壞產品和實施規定量值的篩選。c)確定軸向和時間隨機振動一般要在三個軸向上進行，每個軸向振動5～10min，最少不少於5min。如果產品中多數印製板呈同一個方向排列，則可僅在垂直於印製板方向進行10min的隨機振動。正弦振動也應在三個軸向上進行，一般進行30min，不超過60min。隨機振動的最大效果發生在15～20min內，延長振動時間不僅無益於篩選，反而會引起疲勞損傷,一般用0.04g2/Hz振動20min。我們可按此資料進行等效振動時間的計算：T=20(W0/W1)3(2-4-12)式中：T——等效時間，min；W0——0.04g2/Hz；W1——所用振動量值，g2/Hz。表2-4-7列出按式(2-4-12)計算的資料。表2-4-7功率譜密度、加速度均方根值和等效時間對照加速度均方根值grms功率譜密度g2/Hz等效時間min6.060.04205.20.03474.240.021603.00.0112804.3.3.3加電和性能檢測時間的選擇a)一般原則為保證篩選效果，篩選中應儘量進行加電和性能檢測，以便發現間歇故障和電應力缺陷。從可能和經濟性出發，一般在高裝配等級篩選時進行間歇加電和性能檢測，低裝配等級可能不具備性能檢測的條件，需專門設計製造一套檢測儀錶費用太大，篩選時只好不進行加電和性能檢測。b)溫度迴圈的加電和性能檢測為了不影響降溫速率，在降溫過程不加電，為了發現間歇性故障也可加電；儘量在其他溫度段加電，期間如果不能做到連續進行性能檢測，也應儘量頻繁的進行，以便及時發現故障和節省篩選時間。c)隨機振動的加電和性能檢測在振動過程中，應加電和進行性能檢測，以保證及時發現故障、不漏檢間歇故障；如果出現故障後不影響加電和檢測，則在振動結束後再修理。4.4無故障驗證試驗4.4.1無故障驗證試驗的作用無故障篩選是環境應力篩選的一個重要步驟，是在完成暴露缺陷的篩選試驗之後安排一段試驗，要求不再發生因缺陷引起的故障，以便證明篩選目的已經達到，暴露的故障已經排除，證明能在規定的置信度下滿足定量篩選的目標。因此又稱無故障篩選為無故障驗收篩選試驗。當試驗中發生缺陷型故障時，應重新試驗，以保證在規定的時間內不發生缺陷性故障。其作用是：作為篩選圓滿程度的度量，作為修復是否完成的度量。4.4.2無故障篩選應力的確定無故障篩選所用應力一般與環境應力篩選應力相同，有條件的也可模擬工作環境應力。4.4.3無故障篩選時間的確定無故障驗收的篩選試驗時間T的確定方法如下：a)搜集資訊受篩選產品預計的（規定值）失效率λ０；在選定的篩選應力作用下的缺陷故障率λD；受篩選產品的缺陷平均故障率與規定的故障率之比：λD／λ0；在給定的置信度下篩選成品率下限值YL。b)步驟無故障篩選時間T的確定過程參閱圖2-4-2。具體如下：根據產品規定的可靠性值MTBF確定定量篩選目標DRG：DRG=100λ０，λ０=1/MTBF；計算系統級的缺陷目標DIN；選定無故障驗收的篩選應力，一般與缺陷篩選應力相同；確定所需的篩選檢出度TS=1－DRG/DIN；確定所用的檢測設備及其檢測效率DE；計算所需的篩選度SS=TS/DE；從有關標準查得所用篩選應力參數和篩選度對應的λD；將λD除以λ0值；根據公式YL=e－DRG求取篩選成品率YL；確定篩選成品率的置信度，據此和λD/λ0值,從有關標準查出λDT值；按T=λDTλD求得無故障驗收篩選時間T。λ0DRG=10