基于某型电源模块的环境应力筛选效应分析

陆建隆，刘福生

（中国船舶重工集团公司第七一六研究所机电设备环境与可靠性试验检测中心， 连云港 222000）

基于某型电源模块的环境应力筛选效应分析

陆建隆，刘福生

（中国船舶重工集团公司第七一六研究所机电设备环境与可靠性试验检测中心， 连云港 222000）

据统计，目前该所电子产品在环境应力筛选过程中无故障通过率达99 %以上，未能起到激发潜在缺陷的作用。本文通过对某型电源模块在两种不同试验状态进行应力响应实测，分析筛选效果，得出了目前的筛选模式存在的问题，给出了短期解决方案。

环境应力筛选；筛选度

引言

由于环境应力筛选（ESS）技术在剔除产品早期故障方面有较好的作用，因此，其在电工电子产品的研制生产过程中得到了广泛深入的应用。图1所示给出的“浴盆曲线”描述了电子产品寿命周期内的故障率变化情况，环境应力筛选就是在早期故障率高的阶段通过施加环境应力来激发产品的潜在缺陷，使产品快速的到达故障率恒定的使用寿命阶段。

近十余年来，该所一直施行模块级和单元级两级筛选，且产品均是100 %进行筛选后才能交付，这种筛选模式和筛选覆盖面对于我所产品的质量的稳定性起到了一定的作用。但近一两年以来，实验室经过统计发现，我所多型产品的环境应力筛选无故障通过率达到了99 %以上，而产品交付以后，常发生故障甚至是批次性故障的情况，两级筛选在激发潜在缺陷方面存在一定的不足。本文旨在通过实测某型电源模块在该所试验大纲模块级环境应力筛选下的数据来分析产品的筛选效果。

1 环境应力筛选（ESS）的环境条件与筛选度

1.1 环境应力筛选（ESS）的环境条件

常规的环境应力筛选条件有温度循环、高温老炼、随机振动和正弦振动。在实际应用中，一般会根据受试样品特点，选择相适应的最能够剔除制造过程缺陷的筛选方法，其中随机振动和温度循环较其它两种条件使用范围更加广泛。随机振动主要是剔除在结构设计和制造过程中带来的潜在缺陷；温度循环能够剔除在电路设计、制造过程中带来的缺陷和元器件本身的缺陷。本案例中的某型电源模块便是采用了随机振动+温度循环的方案。

图1 浴盆曲线

1.2 筛选度

1.2.1 随机振动筛选度

随机振动的参数主要有频率范围、加速度功率谱密度（PSD）、振动时间、振动轴向等。

随机振动的筛选度为：

式（1）中：

Grms—速度均方根值，单位：g；

t—振动时间，单位：min；

可以看出，随机振动的筛选度和Grms参数及振动时间t关系最为密切。

1.2.2 温度循环筛选度

温度循环的主要参数有上限时间（Tu）、下限时间（TL）、升温变化速率（V1）、降温变化速率（V2）、上限温度保温时间（tu）、下限保温时间（tL）和循环数（N）。温度循环的筛选度为：

式（2）中：

R—温度循环中的温度变化范围(℃)；

v—温度变化速率(℃/min)；

N—循环次数；

e—自然对数的底数。

可以看出，温度循环的筛选度与温变范围、变化速率等参数关系最密切。

2 实测分析

为了摸清该所产品在进行模块级筛选时的筛选度，我们选取了某型电源模块在不安装盖板和安装盖板仅留散热口两种状态进行环境应力筛选时进行响应测试。随机振动经过实测，实际筛选效果与理论筛选效果基本一致，满足目前使用要求。

在温度循环实测中，我们分别将热电偶布置在电源主板、电源背板、试验箱出风口三个部位进行数据采集。最终数据见图2、图3。

由图中数据可知，在所大纲中规定的30 min的保温时间内产品表面温度均没有达到上下限值，实际温度范围要小很多；温度变化速率经计算，也远小于设定值17.1 ℃/min。图中数据汇总见表1。

由于某型电源模块的关键部位主要是电源主板，我们取该点数据代入公式（2）中计算筛选度，得出结果见表2。

图2 不安装盖板裸露情况下实测曲线

图3 安装盖板仅留散热口情况下实测曲线

同时，根据GJB 1032附录B“温度循环保持时间的确定”的规定，当产品2/3关键部位温度在设定值±10 ℃内时，才视为达到规定温度。从实测数据来看，某型电源模块的上下限温度均没有达到要求。由此可以看出，虽然我们的实测只是采集了部分监测点的数据，远没有达到标准规定监测密度和要求，但可以确认采用安装盖板仅留散热口模式下进行温度循环的实际筛选效果不太理想，没有达到我们的期望筛选效果。

表1 两种试验状态下的实测数据汇总表

表2 实测数据分析汇总表

3 结论

通过实测数据分析，我们认为该所类似某型电源模块的电子产品在进行模块级环境应力筛选试验时，应尽量采取不安装盖板裸露的模式进行试验，同时加大温度保持时间，尽量不要使用温度保持30 min的模式进行试验，以提高筛选效果，激发产品潜在缺陷。

[1] GJB 1032-90,电子产品环境应力筛选方法[S].

[2] GJB/Z 34-93,电子产品定量环境应力筛选指南[S].

[3] 梁志君,白照高,郭涛. 电子产品温度循环筛选效果探析[J] .舰船电子工程, 2005,(3):117-119.

Environmental Stress Screening Effect Analysis of One Certain Type Power Module

LU Jian-long, LIU Fu-sheng
(Machinery-Electronic Equipment Environment and Reliability Test Center of the 716th Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Lianyungang 222000)

According to the statistics, the current electronic products in the process of environmental stress screening trouble-free pass rate is above 99 %, which was failed to inspire potential defects.This article tests the stress response in two different test conditions through a certain type of power supply module, analyzes screening results, and it concludes the current problems existing in the screening model, and the solutions are also given.

environmental stress screening; screening degree

TB24

B

1004-7204（2017）05-0028-03

陆建隆，（1988.2-），男，汉族，江苏苏州，工程师，工学学士，研究方向：环境与可靠性。