環境應力篩選使用的應（yīng）力主要用（yòng）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環境。根（gēn）據實踐經驗，對於電子組件來說，溫度循環和隨機振動兩種應力（lì）在激發產品內部缺陷方麵特別（bié）有效。

    一、溫度循環

    1、基本參數
    表征（zhēng）溫度循環篩選（xuǎn）應力的基（jī）本參數包括上限溫度、下限溫度、溫度變化速率、上限溫度保溫（wēn）時間、下限（xiàn）溫度保溫（wēn）時間（jiān）和循環次數。
    2、特性分析
    溫度循環諸參（cān）數中（zhōng），對篩選效果影響的是（shì）溫度變化範圍、溫度變化速率以及循環次數。提高溫度變化範圍（wéi）和變化速率能加強產品的熱脹冷縮程度（dù）和縮短這一過程的時間增強熱應力，而循環次數的增（zēng）加則能累計這（zhè）種激發效應（yīng）。因此（cǐ）加（jiā）大上述三參數中任一參數的（de）量（liàng）值均有利於縮短整個溫度循環篩選效（xiào）果。縮（suō）短在上、下限溫度值上的停留時間有利於縮短整個溫度循環的時間（jiān），提高篩選的效率。產品溫度達到穩定的時（shí）間可以以（yǐ）產品中的關鍵部件（jiàn）為準。必要時要特別監測（cè）該（gāi）部件的溫度（dù），以保證篩（shāi）選有（yǒu）效和防止（zhǐ）其損壞。
    溫度循環中試驗箱內（nèi）氣流速度是關鍵因素，因（yīn）為它直（zhí）接影（yǐng）響到產（chǎn）品的溫度變化速率。產品溫度變化速率一般遠低於試（shì）驗箱（xiāng）內空（kōng）氣溫度變化速（sù）率，提高箱內（nèi）氣流速度能使產品溫度變化速（sù）率加大，使其溫度更快接近於試驗箱內（nèi）空氣的溫度（dù）。
    3、誘發故障機理
    當溫度在（zài）室溫（wēn）上下循環（huán）時，設（shè）備交（jiāo）替膨脹（zhàng）和收縮（suō），使設備中產（chǎn）生（shēng）熱應力和應變。如果某產品內部有瞬（shùn）時的熱梯度，或產品內部鄰（lín）接材料的熱膨脹係數（shù）不匹配，則這些熱（rè）應力和（hé）應變將（jiāng）會加劇。這種應力和 應變在缺陷處，起著（zhe）應力集中的作用。這種循環加（jiā）載使缺陷（xiàn）長大，終大到出現故障。
    溫（wēn）度循環激發出的主要故障模式如下：
    1）使塗層、材料或線頭（tóu）上各種微觀裂紋擴大；
    2）使粘結不好的接頭鬆弛；
    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（de）壓配接頭（tóu）鬆弛；
    5）使質量差的焊接接觸電阻加大或造成開路；
    6）多餘物汙（wū）染；

    二（èr）、隨機振動

    1、基本參數
    表征隨機振（zhèn）動篩選應力的基本參數是頻率範圍、功率譜密度、振動時（shí）間、振（zhèn）動軸向（數）。典型（xíng）的振動譜如圖1所示。

    常（cháng）用（yòng）頻譜的加速（sù）度均方根值來（lái）表示隨機（jī）振動的強度。

圖1

    2、特性分析
    隨機振動是在（zài）很寬的頻率範圍上對產品（pǐn）施加振動，產品在不同的頻率上同時受到應力，使產（chǎn）品的許多共振（zhèn）點受到激勵。這就意味著（zhe）具有不同共（gòng）振（zhèn）頻率的元部件同時在共振，隨機振動（dòng）這一同時激勵（lì）特性，其篩選效果大大增強，篩選所需持續時間大大縮短（duǎn），其持（chí）續時間可減少到正（zhèng）弦掃頻的1/3~1/5。
    為了使產品中要（yào）重點加（jiā）以篩選的（de）元部件受到強應力篩選，以使敏感的關鍵元件或（huò）響應過大的部（bù）位（wèi）不（bú）產生損壞，可調整（zhěng）輸入振動量值，即（jí）在（zài）重點加以篩選的元部件共振頻率附近使用高量值；在關鍵的元件或大響應（yīng）部位使用低量值。
    即使產品實際使用中不經（jīng）受任（rèn）何振動，隨機振動一般也適用的。這是因（yīn）為在環境（jìng）應力篩選中評（píng）價應力的適用性的基本原則（zé）是把缺陷（xiàn）變成故障的能力，而不（bú）管實際壽命期中這些缺陷如何變成故障。
    3、激發出的故障模式
    隨機振動篩選激發的主要故障模式或影響如下：
    1）結構部件、引線或元件接頭產生疲勞，特別是導線（xiàn）上有微裂紋或類似缺（quē）陷的（de）情況下；
    2）電纜磨損；
    3）螺釘接頭鬆（sōng）弛；
    4）安裝加（jiā）工不當的集成電路離開插座；
    5）匯流條及連到電路板上的焊接接頭受（shòu）到高應力，引起焊接薄弱點故障；
    6）與可作相對運動的（de）部件橋形連接的元器件引線因沒有消除應力而造成損（sǔn）壞；
    7）已受損或安（ān）裝不當的脆（cuì）性絕緣材料出現裂紋。

    三、隨機振動（dòng）參數的計算方法

    隨（suí）機（jī）振動試驗標準中給（gěi）出的參考譜（pǔ）值（zhí）通常是按對數（shù）坐（zuò）標給出的。相鄰的兩點有時給出譜值和頻率值，有時給出一點的譜值、斜率及頻率值。
    1、相關概念
    1）方根均（jun1）值
    在f1和f2區間內單值函數的方均根值，是在該區間內的函數值的（de）平方的平均值的平方根值。通常（cháng）用rms表示。
    2）總均方根加速度（Grms)
    均方根加速度指通過頻譜曲線下麵的麵積開根（gēn）號值。
    3）功率譜密度PSD
    功（gōng）率譜密（mì）度指隨機信號的各個頻率分量（liàng）所包含的（de）功率（lǜ）在頻域上是怎（zěn）樣分布的，通常用PSD表（biǎo）示，單位g^2/Hz。它在頻域上分布的曲（qǔ）線圖稱譜圖。橫坐標為頻（pín）率，縱（zòng）坐標為功率率密度。
    4）倍頻程
    倍頻程oct是octave的縮寫（xiě），用log2(f2/f1)求得。
    5）分貝
    分貝decibel,用10log(PSDj/PSDi)求得。

    2、斜（xié）率的計算方法

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（lǜ）是按對數坐標給出的，其（qí）單位為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（xié）率m，則由上式容易得出j的譜值為：
    Psdj=Psdi(fj/fi)^(m/10lg2)
    3、加（jiā）速度均方值計算方法
    如圖2所示，要（yào）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（shēng）斜率對應的公式為：

    下降斜率對應的公式為：

    當下（xià）降斜率為3時，由於分母為零，改換積分公（gōng）式可（kě）以導出：

    平直譜的計算Psd值乘以頻率之差（chà）可得。
    4、總的加速度均方值
    總的加速度均（jun1）方值等於各段曲線的加速度均方值之和。
    Grms^2=g1^2+g2^2+g3^2+....

    四、篩選應力（lì）的選擇

    1、應力類型的（de）選擇和安（ān）排
    1）應力的選擇

    篩選（xuǎn）用（yòng）的環境（jìng）應力，一般優先采用溫度循環和隨機振動。如果經濟條（tiáo）件或設備條（tiáo）件不許可，可采用（yòng）效（xiào）率較低的其他應力，如振動改用（yòng）正弦掃（sǎo）頻振動，溫度循環（huán）改成溫度衝擊（jī）等。

圖3

    2）篩選對象

    不同組裝等級（元器件級、組件級、單元級、設備或係統級）的環（huán）境應力篩選。

圖4

    3）應力安排

    環境應力篩選不僅取（qǔ）決於采用（yòng）的各應力（lì）特有的作用機理，還取決於其（qí）互相加速作用。使用（yòng）溫度循環和隨（suí）機振動篩選時，篩選應力佳（jiā）組合應是振動-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如（rú）圖6所示。

圖6

    4）應力確定（dìng）原則
    環境應力篩選所用的應力一般是加速（sù）應力（lì），但不能（néng）超出設計的極限應力，以不使（shǐ）設備（bèi）性能下降或（huò）壽命降低。
    2、溫度（dù）循環應力的確定方法

    溫度循環參數量：溫度範圍、保持時間、溫度變化速率、循環次（cì）數。

    1）溫度上限、下限值確定準則
    溫度循環中的溫度上限、下限值決定了篩（shāi）選強度。溫度範圍（高低溫之差）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、下限值的關鍵是給硬件適當應力以析出而又不損壞好的產品（pǐn）。應考慮使（shǐ）用儲存（cún）溫（wēn）度極值和元器件的工作溫度。可用以下幾種方法來確定溫度上、下（xià）限：
    a.如果產品打算通電篩選，在其上、下限溫度使（shǐ）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（xiàn）溫度不低（dī）於產品的設（shè）計（jì）工作溫度；
    b.如果產品不打算進行通電（diàn）篩選和在其上下限溫度時進（jìn）行檢測，則（zé）應力篩選的上限溫度不應高於產品的（de）儲存高溫，其下限溫度不應低於產（chǎn）品的貯存（cún）低溫；
    c.如果產品（pǐn）隻（zhī）打算僅在上（或（huò）下 ）限（xiàn）溫度通（tōng）電並檢測性能，則其上限溫度（dù）不應高於產品的（de）設計工作溫度，下限溫度不應低於產品儲存低（dī）溫，或其上限溫度（dù）不應高於產品的儲存高溫，下限（xiàn）溫度不應低於產品的設計工作溫度。
    d.如僅在產品的係統進行（háng）篩選，在確定篩選的上限、下限溫度時，要對係統中的各部件和元（yuán）器（qì）件的設計工作溫（wēn）度和設計（jì）工作溫度及儲存高溫和（hé）低溫進（jìn）行對比分別（bié）找出此係統的（de）各部件和（hé）元（yuán）器件的設計工作溫度（dù）和儲（chǔ）存高溫中的值，得到一個設計工作溫度和一個儲存高溫，再（zài）分別找出此係統的各（gè）部件和元器件中設計工（gōng）作溫度和儲存低溫的值，得到一個（gè）設計（jì）工作溫度和一個儲存低溫。
    這4個溫度值中，兩個工作溫度構成一（yī）組，設計、工（gōng）作（zuò）溫度，兩個儲存溫度構成一組儲存（cún）高（gāo）、低溫。把這二組溫度作為確定該係統篩選（xuǎn）上限、下限（xiàn）溫（wēn）度的依據。
    2）溫度變（biàn）化速率確定準則
    由於（yú）以下原因，在ESS中加（jiā）熱、冷卻是不均勻的：
    a.受篩產（chǎn）品表麵（miàn）不均勻的熱傳遞；
    b.受篩產品表麵與內部之間的（de）熱滯後；
    c.受篩產品各部件的熱慣性不一樣（yàng）。
    因此（cǐ），在整個受篩產（chǎn）品中就可能存在瞬時溫度梯度（dù）。這種溫度梯度及其引起的熱應力/應變（biàn）隨著溫度變化速率的增加而增加。如果溫度變（biàn）化速率太高，有可（kě）能損壞受篩產品； 如果（guǒ）箱（xiāng）中空氣流速慢且受篩產（chǎn）品質量大，由於熱慣性大，增加試驗空氣溫度變化速率反（fǎn）而會導致過分溫和的篩選，因為受篩產品溫度變化跟不上箱中空（kōng）氣溫度的變化。
    溫度變化速率（lǜ）不小（xiǎo）於5℃/min。溫度變（biàn）化速率（lǜ）小於5℃/min，篩選效果將降低。
    3）上、下限溫度的持（chí）續時間確定準則
    種（zhǒng）準則是：當受篩產品（pǐn）中響應慢的部分的溫度與終（zhōng）溫度之差在規定值之內時，就認（rèn）為實現了穩定。這（zhè）一準則核心（xīn）是使元器件溫（wēn）度達到某一規定值。不推薦把受篩產品中具有熱慣性的元部件（jiàn）作為溫度穩定的部位，也不推薦僅使組件中的（de）某一（yī）部分元部件作（zuò）為確定的部位。
    第二種準則是：當受篩產（chǎn）品中（zhōng）響應慢的部分溫度變（biàn）化（huà）速率達到某一規定小值時，就認為實（shí）現了（le）穩定。（不常用）
    4)無故障循環次數確定準則
    無故障（zhàng）循環應作為（wéi）通（tōng）電溫（wēn）度循環篩選的一個組成部分，其目的主要為：
    a.作為篩選圓（yuán）滿程度的度量；
    b.作為（wéi）故障修理是否有效的度量；
    GJB1032規定至少10個循環不出故障（zhàng），才通過其（qí）規定的篩選度的篩選。
    5)設（shè）備狀態確定（dìng）準則
    溫度循環篩選中，可以在兩個極值中的任一（yī）個（gè）或在（zài）這兩（liǎng）個溫度（dù）極值下及在室溫下進行（háng）充分的檢測。
    從可能性和經（jīng）濟（jì）性出發，一般在高組裝級進行（háng）通電和檢測，在低組裝級不進行通電和檢測（cè）。
    在溫度循環中，降溫階段（duàn）不應通電，因為通電使產品發熱，會影響產品溫度變化速（sù）率。
    3、隨機振（zhèn）動應力確定方法
    振動（dòng）篩選時產品中缺陷的析出主要取決於缺陷處振動響應量值，振動篩選的有效性是由受篩產品對振動的響應決定的，而不是由振動輸入決定的。
    1）振動譜和量值
    考慮振動譜和量值時，重要的是要規定其激勵特性。一個充分篩（shāi）選的振動譜的信號是寬帶的，以保證（zhèng）所有（yǒu）時間（jiān）在連續頻率上都（dōu）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）振動軸（zhóu）向
    原則上，隨機振動一般應在3個軸向進行，具體進行幾個軸向振動，按以下方法確定：
    a.單軸向（xiàng）篩選（xuǎn）
    如果經充分統計抽樣獲得的數據庫篩（shāi）選數據（jù）始終能證明在其他（tā）軸向（xiàng）發現（xiàn）的缺陷極（jí）少，則限於單一振動軸向的有效振動篩選是可以接受的。決定單軸激勵時，要在3個互相垂直的軸向進行（háng）振動調查，確定產品關（guān）鍵部位的響應，以找出有效（xiào）的軸向。
    b.兩軸向依次篩選
    當篩選（xuǎn）增加到（dào）在兩個軸向依次進行，將明顯提高發現缺（quē）陷的能力。然而，任意指定在某兩個軸向進行篩選，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（de）數據庫來確定這兩個軸向（xiàng）。
    c.三軸向依次篩選（xuǎn）
    從一般意義來說，三軸向篩選在尋找缺陷方麵為有效，篩選的有效性（xìng）取決於單元或係統對（duì）振動激勵的響應。在每一個軸向（xiàng）隨意施加一個固定的（de）輸（shū）入會導致過應力（lì）或欠應力條件。因此，理想的篩選是在每一個軸向（xiàng）施（shī）加振動，找出每一軸向佳（jiā）振動的輸入量值。這就能保證在每個軸向的危險頻率處（chù）有足夠（gòu）的能量去尋找出大多數預期的缺陷。
    d.雙（shuāng）軸向或三（sān）軸向同時篩選
    在兩個或3個軸向同（tóng）時激勵產品的振動篩選可以滿足激勵主要響應（yīng）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（zhèn）動持續時間
    隨機振動時間一般是每個（gè）方向10min，5min用（yòng）於激發缺陷成為故障，以便進行修（xiū）理和剔除早期故（gù）障，大部分產品中（zhōng）的潛在缺陷（xiàn）用（yòng）5min的隨機振動都能激發出來。另外用5min進行無故障驗證。

    五、基線篩選（xuǎn）方（fāng）案與實（shí）施過程

    1、基（jī）線篩選方案

    2、常規環境應力（lì）篩選設計程序

圖9 常規環境應力篩選設計程序（xù）