環境（jìng）應力篩選（xuǎn）使用的應力主要用於激發故障，而不是模擬使用環境，所以不必複現使用中遇到的（de）環境。根據（jù）實踐（jiàn）經驗，對於電子組件來（lái）說，溫度（dù）循環和隨機振動兩種應力在激發（fā）產品內部缺陷方麵特別有效。

    一、溫度循環

    1、基本參數
    表征溫度循環篩選應力的基本參數包括上限溫度、下限（xiàn）溫度、溫度變（biàn）化速率、上限溫度保溫（wēn）時間、下限（xiàn）溫度保溫時間和（hé）循環次數（shù）。
    2、特性分（fèn）析（xī）
    溫度循環諸參數中（zhōng），對篩選效果影響的是溫度變化範圍、溫度變（biàn）化速率以及循環次數。提高溫度變化範圍和變化速率（lǜ）能（néng）加強產品的熱脹冷（lěng）縮程度和縮短這一過程的時間增強熱（rè）應力，而循環次數的增加則（zé）能累計這種激發效應。因此加大上述三參數中任一參數的量值（zhí）均有利於縮短整個（gè）溫度（dù）循環篩選效果。縮短在（zài）上、下限溫度值上的停留時間有利於（yú）縮短整個溫度循環的時間，提高篩選的效率。產品溫度達（dá）到穩定（dìng）的時間可以以產（chǎn）品中的關鍵部件為準。必要時要特（tè）別（bié）監測該部件的溫度，以保證（zhèng）篩選有效和防止其損壞（huài）。
    溫度循環中試驗箱內（nèi）氣流速度是（shì）關鍵因素，因為它直接影響到產品的溫度變化速率。產品溫度變化速率一般遠低於試驗箱（xiāng）內空氣溫度（dù）變化速率，提高箱（xiāng）內（nèi）氣流速度能使產品溫度變化速率加大，使其溫度更快接近於（yú）試驗箱內空氣的溫度。
    3、誘發（fā）故障機理
    當溫度在室溫（wēn）上下循環時，設備交替膨脹和（hé）收縮，使設備中產生熱應力和應變（biàn）。如（rú）果（guǒ）某產品內部有瞬時的熱梯（tī）度，或產品內部鄰接材（cái）料的熱膨脹係數（shù）不匹配，則這些（xiē）熱應力和應變將會（huì）加劇。這種應力和 應變在缺陷處，起著應力集（jí）中的作用。這（zhè）種（zhǒng）循環加載使缺陷長大，終大到出現故障。
    溫（wēn）度循環激發出的（de）主要故障模式如下：
    1）使塗層、材料或線頭上各種微觀裂紋擴大；
    2）使粘結不好的接（jiē）頭鬆弛；
    3）使螺釘連接或鉚接不當的接頭鬆弛；
    4）使機械張力不足的壓配接頭鬆弛；
    5）使質量差的焊接接（jiē）觸電阻加大或造成開路；
    6）多餘物汙（wū）染；

    二、隨機振動

    1、基本參數
    表征隨機振動篩選（xuǎn）應力的基本參數是頻率（lǜ）範圍、功率譜（pǔ）密度、振動（dòng）時間、振動軸向（數）。典型的振動譜如圖1所示。

    常用頻譜的加速度均方根值來表示隨（suí）機振（zhèn）動的強度。

圖1

    2、特性（xìng）分析
    隨機振動（dòng）是在（zài）很（hěn）寬（kuān）的頻率範圍上對產品施加振（zhèn）動，產品在（zài）不（bú）同的頻（pín）率（lǜ）上同時（shí）受到（dào）應力，使產品的許多共振點受到激（jī）勵。這就（jiù）意味著具有不（bú）同共振（zhèn）頻率的元部件同時在共振，隨機振動這一同時激勵特性，其篩選效果大大（dà）增強（qiáng），篩選所需持（chí）續時間大大縮短，其持續時（shí）間可減少到正弦掃頻的1/3~1/5。
    為了使產品中要重（chóng）點加以篩選的元部件受到強應力篩選，以使敏感的（de）關鍵元件或響應過大的部位不產生損壞，可調整（zhěng）輸入振動量值，即在重點加以篩選的元部件共振頻率附近使用高量（liàng）值；在關鍵（jiàn）的元件或大（dà）響應（yīng）部位使用低量值（zhí）。
    即使產品實（shí）際使用中不經受任何振動，隨（suí）機振動一般（bān）也適用的。這是因為在（zài）環境應力篩選中評價應力的適用性的基本原則是把缺陷變成故障的能力，而（ér）不管實（shí）際壽（shòu）命期中這些缺陷如何變成故障。
    3、激發出的故障模式
    隨機振（zhèn）動篩選（xuǎn）激發的主要故（gù）障模式或影（yǐng）響如下：
    1）結構部（bù）件、引線或元件接頭產生疲勞，特別是導線上有微裂紋或類似缺陷的情況下；
    2）電纜磨（mó）損；
    3）螺釘接頭鬆弛；
    4）安裝（zhuāng）加工不當的集成（chéng）電路離開插座；
    5）匯（huì）流條（tiáo）及連到電路板上的（de）焊接接頭受到高應力，引起焊接薄弱點故障；
    6）與可（kě）作相對運動的部件（jiàn）橋形連接的元器件引線因沒有消除應（yīng）力（lì）而造成損壞；
    7）已受損或安裝不當的脆性絕緣材（cái）料出現裂紋。

    三、隨機振動參數的計算方法

    隨機振動試驗標準中給出的參考譜值通常是按（àn）對數坐標（biāo）給出的。相鄰的（de）兩點有時給出譜值（zhí）和頻率（lǜ）值，有時給出一點（diǎn）的譜值、斜率及頻率值（zhí）。
    1、相關概念
    1）方根均值
    在f1和f2區間內單值函數的方（fāng）均根（gēn）值，是在該區間內的函數值的平方的（de）平均值的（de）平方根值。通常用rms表（biǎo）示。
    2）總均方根加速度（Grms)
    均（jun1）方根加速度指通過頻譜曲線下麵的麵積開（kāi）根號值。
    3）功率譜密度PSD
    功率譜密度指隨機信號的各個（gè）頻率分量所包含的功率在頻域（yù）上是（shì）怎樣分布的，通常用（yòng）PSD表示，單位g^2/Hz。它在頻域上分布的曲線圖稱（chēng）譜圖。橫坐標為頻率，縱坐標為（wéi）功率（lǜ）率密度。
    4）倍頻程
    倍頻（pín）程oct是octave的縮寫，用log2(f2/f1)求得。
    5）分貝
    分貝decibel,用10log(PSDj/PSDi)求得。

    2、斜率的計算方（fāng）法（fǎ）

圖2

    如圖2所示，點i的坐標為fi,Psdi,點j的坐標fj,Psdj,由於所需要計算的斜率是按對數坐標給出的，其單位為（wéi）dB/oct,此時斜率m表示為：
        m=10lg(Psdj/Psdi)/log2(fj/fi);
    如若已知i的譜值和斜率m，則由上式容易得出j的譜值為：
    Psdj=Psdi(fj/fi)^(m/10lg2)
    3、加速度（dù）均方值計算方法
    如（rú）圖2所示，要計算加速度均方值就要計算點i、點j、和fi、fj所圍成的圖形的麵積。

    其中上升斜率對應的公式為：

    下降斜率對應的公（gōng）式（shì）為：

    當下降斜率為3時，由於分母為零，改換積分公式可（kě）以導出：

    平直（zhí）譜的計算Psd值乘以頻率之差可得。
    4、總的加速度均方（fāng）值
    總的加速（sù）度（dù）均（jun1）方（fāng）值等於各段曲線的加速（sù）度均方值之和。
    Grms^2=g1^2+g2^2+g3^2+....

    四、篩選應力的選擇

    1、應力類型的選擇和安排
    1）應（yīng）力的選擇

    篩選用的環境應力，一般優先采用（yòng）溫度循環和隨機振動。如果經濟條件或（huò）設備條件不許可，可采用效率較低的其他應力，如振動改用正弦掃頻振動，溫度循環改成溫度衝擊等。

圖3

    2）篩選對象

    不同組裝等級（元（yuán）器件級、組件級、單元（yuán）級、設備或係（xì）統級）的（de）環境應力篩選。

圖（tú）4

    3）應力安排

    環境（jìng）應力（lì）篩選不僅取決於采用的各應力特有的作用機理，還取決於（yú）其互相加速作用。使用溫度循環和隨機振動篩選時，篩選應力佳組合應是振動（dòng）-溫度循環-振動。振動好在循環前進行。

圖5

    GJB1032中規定的溫度和振動篩選應力安排情況（kuàng）如圖6所示。

圖（tú）6

    4）應力確定原則
    環境應力篩選（xuǎn）所用的應力一般是加速應力，但不能超出設計的極限應（yīng）力，以不使（shǐ）設備性能下降或壽命降低。
    2、溫度循（xún）環應（yīng）力的確定方（fāng）法（fǎ）

    溫度循環參（cān）數量：溫度範圍、保持時（shí）間、溫度（dù）變化速率、循（xún）環次數（shù）。

    1）溫度上限、下限值確定準則
    溫度循環中的溫度（dù）上限、下限值決定（dìng）了篩選強度。溫度（dù）範圍（高低溫之（zhī）差）表明了產品在每一個循環中經受的熱應力/應變強度。
    選擇溫度上限、下限值（zhí）的關鍵是給硬件（jiàn）適當應力以（yǐ）析出而又（yòu）不損壞好的產品。應考慮使用儲存溫度極值和（hé）元器件的工作溫度。可用以下幾種方法來確（què）定溫度上、下限：
    a.如果（guǒ）產品打（dǎ）算通電篩選，在其（qí）上、下限溫度使要工作並檢測性能，則應力篩選的上限溫度不能高於產品的設計工作溫度，其下限溫度不（bú）低於產品的設計工作溫度；
    b.如果產品不打算進行通電篩選和在其上（shàng）下（xià）限溫（wēn）度時進行檢（jiǎn）測，則應力篩（shāi）選的上限溫度不應高於產品的儲存高溫，其下限溫度不應低於產品的貯存低溫；
    c.如果產品隻打算僅在上（或下 ）限溫度通電並檢測性能，則其上限溫度不應高於產品的設計工作溫度，下限溫度不應低於產品儲存低溫，或其上限溫（wēn）度不應高於產品的儲存高溫，下限溫度不（bú）應低於產品的設計工作（zuò）溫度。
    d.如僅在產品的係統進行篩選，在確（què）定篩（shāi）選的上限、下限溫度時，要對係統中的各部件和（hé）元器件的設計工作溫度和（hé）設計工作溫度及儲存高溫和低溫進行對比（bǐ）分別找出此係統的各部件和元器件（jiàn）的（de）設計工作溫度和儲存高溫中（zhōng）的（de）值，得到一個設計工作溫度和一個儲存高溫，再分別找出此係統的各（gè）部件和（hé）元器件中設計工作溫度和儲存低溫的（de）值，得到一個設計工作溫度和一個儲存低溫（wēn）。
    這4個溫度值中，兩（liǎng）個工作（zuò）溫度構成一（yī）組，設計、工作溫度，兩個儲（chǔ）存溫（wēn）度構成一組儲存高、低溫。把這二組溫度作為確定該係統篩選上限、下限溫度的（de）依據。
    2）溫度變化速率確定準則
    由於以（yǐ）下原因，在（zài）ESS中加熱（rè）、冷卻是不（bú）均勻的：
    a.受篩產品表麵（miàn）不均勻的熱傳遞；
    b.受篩產品（pǐn）表麵（miàn）與內部之間的熱滯後；
    c.受（shòu）篩（shāi）產品各部件的熱慣性不一樣。
    因此，在整個受篩產（chǎn）品中就（jiù）可能存在瞬時溫度梯度。這種溫度梯（tī）度及其引起的熱應力/應變隨著溫度變化速率的增加（jiā）而增加。如果溫度（dù）變化速率太高，有（yǒu）可能損壞受篩產品（pǐn）； 如果箱中空氣流速慢且受篩產品質量大，由於熱慣性大，增加試（shì）驗空（kōng）氣溫度（dù）變化速率反而會導致過分溫和的篩選，因為受篩產品溫度變（biàn）化跟不上箱中空氣（qì）溫（wēn）度的變（biàn）化。
    溫度變化速率不（bú）小於5℃/min。溫度（dù）變化速率小於5℃/min，篩選效果將降低。
    3）上、下限溫度的持續（xù）時間確定準則
    種準則是：當受篩產品中響應慢的部分的溫度與終溫度（dù）之（zhī）差在規（guī）定值之內時，就（jiù）認為實（shí）現（xiàn）了穩定。這一準則核心是使元器件（jiàn）溫度達到某一規定（dìng）值（zhí）。不推薦把受篩產品中具有熱慣性的元部件作為溫度穩定的部位，也不推薦僅使組件中的（de）某一部分元部件作為確（què）定的部位。
    第二種準則是：當（dāng）受篩產品中響應慢的部分溫度變化速率達到某一規定（dìng）小值時，就認為實現了穩定。（不（bú）常用）
    4)無故障循環次數確定準則
    無故障循環應作為通電溫度（dù）循環篩選的一個組成部分，其（qí）目的主要為（wéi）：
    a.作為篩選圓滿程度（dù）的度量；
    b.作為故障修理是否有效的度量；
    GJB1032規定至少10個循環不出故（gù）障，才通過其規定的篩選度的（de）篩選。
    5)設備狀（zhuàng）態（tài）確定準則
    溫度循環篩選中，可以在兩個極值中的任一個（gè）或在這兩個（gè）溫度極值下（xià）及在室溫下進行充分的檢測。
    從可能（néng）性和經濟（jì）性出發，一般在高（gāo）組裝級進行通電和檢測，在低組裝（zhuāng）級不進行通電和（hé）檢測。
    在溫度循環中，降溫階段不應通（tōng）電，因為通電使產（chǎn）品發熱，會影響產品（pǐn）溫度變化速率。
    3、隨機振動應力確定方（fāng）法
    振動篩選（xuǎn）時產品中缺陷的析出主要取決於（yú）缺陷處振動響應量值，振動篩選的有（yǒu）效性是由（yóu）受篩產品對振動（dòng）的響應決定（dìng）的，而不是由振動輸入決定的（de）。
    1）振動譜和量值
    考慮振動譜和量（liàng）值時，重要的是要規定其激勵特性。一（yī）個充分篩選的振動譜的信號是寬帶的，以保證所有時間在連續頻率上都施加振動且達到適當的譜量值。
    GJB1032中推薦單軸振動10min，多軸振動每軸5min。
    2）振（zhèn）動軸向
    原則上，隨機振動一般應在3個軸向進行，具體進行（háng）幾個軸向振動，按以下方法（fǎ）確定：
    a.單軸向篩選（xuǎn）
    如（rú）果經充（chōng）分（fèn）統計抽樣獲得的數據庫篩選數據始終能證明在（zài）其（qí）他軸向發現的缺陷極（jí）少，則（zé）限於單一振動軸向的有效振動（dòng）篩選是可以（yǐ）接（jiē）受的（de）。決（jué）定單軸（zhóu）激勵時，要在3個互相（xiàng）垂直的軸向進（jìn）行振動調查，確定（dìng）產品關鍵（jiàn）部位的響應，以（yǐ）找出有效的軸向。
    b.兩軸向依次篩選
    當篩選增加到在兩（liǎng）個軸向依（yī）次進行，將明顯提高發現缺陷的能力（lì）。然而，任意指定在某兩（liǎng）個軸向進行篩（shāi）選，可能會限製尋找缺陷的能力。因此，應當通過振動調查或支持兩軸篩選工作的數據庫來確定這兩個軸向。
    c.三軸向依次篩選
    從一般意義來（lái）說，三軸（zhóu）向篩選在尋找缺陷（xiàn）方麵為有效，篩選的有效性取決於（yú）單元（yuán）或係統（tǒng）對（duì）振動激勵的響應。在每一個軸向隨意施加（jiā）一個固定（dìng）的輸入會導致過應力（lì）或欠應力條件。因此（cǐ），理想的篩（shāi）選是在每一個軸向施加振動，找出每一軸向佳振動（dòng）的輸入量值。這（zhè）就能保（bǎo）證在每個軸向的危險頻率處有足夠的能量去尋找出大多數預期的缺陷。
    d.雙軸向或三（sān）軸向（xiàng）同時篩選
    在兩個或3個軸（zhóu）向同時激勵產品的振動篩選（xuǎn）可以滿足激勵主要響應軸的要求，同時還增加了旋轉激勵，可大大減少篩選時間和裝卸費用。
    3）振動持續時間
    隨機振動時間一般是每個方向10min，5min用於（yú）激發缺（quē）陷成為（wéi）故障，以便進行修理和剔除早期故（gù）障，大部分產（chǎn）品中的潛在缺陷用5min的隨機（jī）振動都能激發出（chū）來。另（lìng）外用5min進行無故障驗證。

    五、基線篩選方（fāng）案與實施過程

    1、基線篩選方案

    2、常規環境應力篩選設計程序

圖（tú）9 常規環境（jìng）應力篩選設計程序（xù）