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电子产品环境应力筛选技术(ESS)

作者: 网络 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.12.17

    1、引言

    环境应力筛选技术(ESS)经过一段时间的发展,现在已经成为很多生产厂家用于剔除批量生产产品早期失效的一种非常有效的工具。
    据统计,针对电子行业的产品,温度循环应力被认为是对产品筛选最有效的单一应力,这里所说的温度循环应力除了温度的上下限之外,温度变化速率对筛选起到最关键的作用。

    2、影响筛选效果的主要因素

    2.1温度的上下限值、温度变化速率、试验时间
    通常,大部分厂家将环境应力筛选试验放在整机组装完成后进行,然后对筛选后的产品进行功能测试,功能正常的产品就直接投放市场。这种做法无疑能够起到筛选的作用,从而提高产品的使用可靠性。目前市场上就有很多种品牌的环境应力筛选试验箱(这里推荐——瑞凯仪器)可以满足用户对整机产品进行筛选的要求。从环境应力筛选试验箱内部的空气循环方式来分,可以分成三种,参考图1~图3.

    影响筛选效果的因素很多,根据环境应力筛选度的数学模型,我们知道温度的上下限值

电子产品环境应力筛选技术(ESS)

    (Tu、TL)、温度变化速率(R1、R2)以及试验时间是主要因素,如图4所示。

    值得注意的是,上式中的温度变化速率指的是被试产品的温度变化速率,而不是环境应力筛选试验箱出风口的温度变化速率,而我们通常讲温度变化速率为15度/分钟的试验箱是指该试验箱内出风口的温度变化速率为15度/分钟,在实际试验中产品上的温度变化速率到底有多少应该是可靠性工程师最为关心的。怎样才能使产品上的温度变化速率与试验箱内出风口的温度变化速率一致呢?我们来分析图a和图b。

侧视图

侧视图2

侧视图3

    2.2风速、风量、风向和驻留时间

    从图a和图b可以很清楚看到,风速和风量在环境应力筛选中对筛选效果的影响非常大。是不是解决了上述因素的环境应力筛选试验箱就能够达到非常好的筛选效果呢?其实不然。我们再仔细看看图1~图3所示试验箱的结构,作为生产型企业,一般生产量很大,而产品的筛选要求是100%的筛选,用户必然希望能够充分利用试验箱的内部空间(产品试验区),我们试想想,当我们将图1~图3所示试验箱的产品试验区塞得满满的,产品的筛选效果会好吗﹖空气在试验箱内部怎么可以流通呢﹖根据GB 2423.2-89规定,拿这种环境应力筛选试验箱做筛选试验时,被测产品的总体积不得超过试验箱内部容积的1/5。作为企业来说,既要做到100%的筛选,又要不影响筛选效果,必然投入非常多的财力购买更多的筛选试验箱,这样在市场竞争中的价格劣势就体现出来,所以大部分企业就只能舍本求末,进行抽样筛选了。

产品温度变化与箱体内空气温度变化的实际曲线

产品温度变化与箱体内空气温度变化的实际曲线2

ESS程序

    3、全新的筛选方式

    有没有更好的方法可以让筛选效果、筛选量和成本投入有机结合起来呢?
    我们再来分析一下,一台性能好的环境应力筛选试验箱。被测产品的体积也在标准要求范围之内,筛选效果是不是非常好呢?
    前面我们提到了,温度循环(特别是快速温度变化)试验对电子产品的筛选效果最好,而作为电子产品来说,影响该产品功能的部件主要在于电子元器件集中的部件,例如:控制板、功能板、电源板等等,产品的外壳即使有损坏也不会影响产品的功能。充其量属于材料方面的可靠性问题,而温度循环试验对材料可靠性的效果并不明显,而产品的外壳在整机筛选中存在严重的挡风问题,恰恰是它影响了筛选效果。所以若将控制板、功能板和电源板从整机中拿出来单独进行环境应力筛选的话,筛选效果、筛选量和成本投入将有机结合起来了,于是就出现了类似与图5所示的板卡级产品环境应力筛选试验箱。这种试验箱在产品试验区形成均匀水平气流,与图1~图3所示试验箱的空气循环系统相比,其性能和效果均有明显的区别。
    这种试验箱的优点在于:
    1.被试验产品上的温度变化速率与箱内出风口的空气温度变化速率一致;
    2.水平吹风或垂直吹风设计;
    3.风量大、风速快,热交换速度快;
    4.产品试验区内各点风量一致(均匀性好);
    5.产品试验区可以得到最充分的利用。

    这些特点刚好解决其他类型试验箱存在的不足。一般来说,板卡级产品的筛选试验可以当作生产过程中的一道工序,完成板卡组装后马上进行筛选试验是最恰当的。

正视图

    4、结束语

    当然,要想充分利用该类试验箱的优点,以下几点还应该注意:
    1.合适的夹具,要根据被测产品的特点制订合适的夹具,同时要考虑电源的接入;
    2.被测板卡要方便加电。电应力在ESS试验中是非常有效的应力之一
    3.被测板卡的可测性,为了预防间歇性失效的出现,希望在进行筛选试验的同时进行实时监测。
    以上几点需要在产品的设计阶段就加以考虑。所以要想得到理想的筛选效果,必选择合适的环境应力筛选试验箱、设计正确的筛选程序,并在产品的设计阶段,考虑产品的可靠性筛选试验。
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