通過(guò)加強(qiáng)環(huán)境應(yīng)力篩選加快裝備交付進(jìn)程研究

王道震，徐建生，劉健，劉紅波，趙淑明

（天津七一二通信廣播股份有限公司，天津 300462）

引言

近年來(lái)，我公司需要在短時(shí)間內(nèi)交付部隊(duì)大量新裝備，若在最后的廠檢或軍驗(yàn)中出現(xiàn)故障，往往會(huì)嚴(yán)重拖延交付進(jìn)度。我們積極探索改進(jìn)軍檢的方式，將被動(dòng)檢驗(yàn)變?yōu)橹鲃?dòng)查找問(wèn)題，將檢驗(yàn)工作前移，不僅贏得寶貴的排故時(shí)間，還能加速交付部隊(duì)的進(jìn)程。目前，行之有效的方法為改進(jìn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)方法，把“嚴(yán)”最后一道出廠的關(guān)口。

由于GJB1032A-2020中規(guī)定的篩選試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，而且篩選效率偏低，往往造成較高的返修率。對(duì)某些技術(shù)復(fù)雜、研制周期緊張或生產(chǎn)批量較大的組件級(jí)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)試驗(yàn)效率過(guò)低，拖延研制或生產(chǎn)計(jì)劃[1]。本文優(yōu)化組件級(jí)溫度沖擊溫變率、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，提高了溫度循環(huán)的篩選度。在等效損傷的前提下，通過(guò)優(yōu)化隨機(jī)振動(dòng)量值和振動(dòng)時(shí)間，提高整機(jī)振動(dòng)的篩選度。

1 印制板級(jí)篩選的篩選度判據(jù)計(jì)算

1.1 篩選度判據(jù)選擇

篩選度公式及參數(shù)在GJB/Z 34-1993 《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》中為已知條件，但是該軍標(biāo)中沒(méi)有給出篩選度的判據(jù)。GJB 1032A上給出了篩選度的建議值90%，一般認(rèn)為是整機(jī)溫度沖擊的篩選度的要求[3]。為提前發(fā)現(xiàn)缺陷，意味著需要提高印制板級(jí)篩選的篩選度判據(jù)。IPC-9261A是美國(guó)電子電路和電子互聯(lián)行業(yè)協(xié)會(huì)制定的規(guī)范，文件定義了計(jì)算與電子印制板組裝工藝相關(guān)的每百萬(wàn)次機(jī)會(huì)缺陷（DPMO）指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.2 印制板溫度循環(huán)篩選度分析

GJB/Z 34-1993 《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》規(guī)定篩選度指電子產(chǎn)品中存在缺陷時(shí)，該篩選將缺陷析出故障的概率，我們用Ss 表示。

式中：

R—溫度變化范圍，最高溫-最低溫（TU-TL），℃；

V—溫度變化速率，℃/min；

N—循環(huán)次數(shù)；

e—自然對(duì)數(shù)的底。

考慮到航臺(tái)原來(lái)的印制板環(huán)境應(yīng)力篩選一般為3次循環(huán)，溫度變化率為V≥28℃/min，N=3，篩選度Ss=0.995 633 7。根據(jù)IPC-9261A中對(duì)印制板上元器件缺陷數(shù)的“最高”要求為343 ppm，對(duì)應(yīng)的電路板成品率為0.999 657，由于0.995 633 7小于0.999 657，因此原先的篩選方法對(duì)應(yīng)的篩選度是不夠的。

我們選擇做10個(gè)循環(huán)的印制板溫度沖擊。印制板級(jí)溫度沖擊篩選[2]：溫度范圍R=140 ℃（85℃，-55℃），溫度變化率為V≥28 ℃/min，N=10，篩選度Ss=0.999 998 3，此時(shí)篩選度Ss大于IPC-9261A中的規(guī)定的0.999 657，所以篩選方案合理是充分且合理可行的。

2 印制板級(jí)篩選的相關(guān)參數(shù)

2.1 印制板溫度保持時(shí)間分析

GJB 360B標(biāo)準(zhǔn)中在溫度沖擊試驗(yàn)中，規(guī)定了高低溫下保持時(shí)間與受試樣品質(zhì)量之間的關(guān)系如表1 所示。

原先航臺(tái)溫度沖擊的溫度穩(wěn)定時(shí)間是2 h，由于絕大部分印制板的重量在1.36 kg以下，因此通過(guò)表1可知，原先的溫度沖擊方法存在著浪費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題。

表1 GJB 360B中關(guān)于溫度穩(wěn)定時(shí)間與質(zhì)量的關(guān)系

某陸航機(jī)載裝備各單元重量如下：電源單元0.269 kg；音頻接口單元0.219 kg；信道單元：0.398 kg；主控單元0.176 kg。可見(jiàn)561AZ1中所有的印制板重量都大于0.136 kg小于1.36 kg，所以1 h的溫度穩(wěn)定時(shí)間是足夠的。這樣由每循環(huán)4 h減少到每循環(huán)2 h，大大提高了溫度沖擊的效率。

3 整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選

3.1 振動(dòng)條件優(yōu)化

如圖1所示，隨機(jī)振動(dòng)在時(shí)域中瞬時(shí)振動(dòng)量值在高斯分布3倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)控制，在20～2 000 Hz寬頻范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行施振，對(duì)比傳統(tǒng)在一個(gè)頻率下的正弦振動(dòng)或正弦掃頻，其篩選效果大大增強(qiáng)，因此篩選所需持續(xù)時(shí)間也可以大大縮短。

圖1 隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度圖

下面公式為隨機(jī)振動(dòng)的篩選度公式[4]：

式中：

Grms—隨機(jī)振動(dòng)的均方根量值；

t—振動(dòng)時(shí)間，單位為分鐘。

目前GJB 1032A-2020中推薦的隨機(jī)振動(dòng)大小為6.06 g，譜型如上圖所示，振動(dòng)在溫度循環(huán)前后均至少振動(dòng)5 min，按照最少10 min計(jì)算，隨機(jī)振動(dòng)篩選度Ss為0.632 79。

按照GJB 1032A中附錄C中隨機(jī)振動(dòng)的累積損傷計(jì)算公式為：

式中：

T—等效時(shí)間min；

t0—0.04 g2/Hz功率譜密度作用下的對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間；

equiv—等效的功率譜密度值g2/Hz。

由于我廠電子設(shè)備較為復(fù)雜，測(cè)試需要的時(shí)間較長(zhǎng)，短短5 min測(cè)試是不充分的。因此此時(shí)時(shí)間為30 min，為了在振動(dòng)期間發(fā)現(xiàn)更多故障，只能進(jìn)行通電檢測(cè)。因此，總的振動(dòng)時(shí)間應(yīng)該為60 min。

此時(shí)對(duì)應(yīng)的Grms=5.05 g，其篩選度為0.987 73＞ 0.632 79，因此篩選效率大大提高。

3.2 電應(yīng)力條件優(yōu)化

一般的環(huán)境應(yīng)力篩選中采用標(biāo)稱電壓，不進(jìn)行電壓拉偏。借鑒可靠性鑒定試驗(yàn)中對(duì)電應(yīng)力的拉偏，將環(huán)境應(yīng)力中的電應(yīng)力進(jìn)行電壓上限、標(biāo)稱電壓、電壓下限拉偏。建議上限電壓30.8 V，標(biāo)稱電壓28 V，下限電源電壓22 V，進(jìn)行電壓拉偏。電應(yīng)力與溫度循環(huán)及振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行（圖2）。參照GJB 899A中標(biāo)稱電壓28 V拉偏10 %為30.8 V，GJB 181A中正常工作穩(wěn)態(tài)電壓的最高電壓29 V，取兩者較大者為30.8 V。下限電壓22 V則是依據(jù)GJB 181A中正常工作穩(wěn)態(tài)電壓的最低電壓。

圖2 整機(jī)溫度循環(huán)剖面及監(jiān)測(cè)點(diǎn)

4 整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選與廠檢或軍檢項(xiàng)目合并的探索

4.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及相關(guān)單位做法

我們國(guó)家對(duì)驗(yàn)收工作編制了軍用標(biāo)準(zhǔn)和專用規(guī)范，制定了“產(chǎn)品規(guī)范”和“驗(yàn)收規(guī)范”的編制依據(jù)，對(duì)于廠檢和軍檢均做了規(guī)定與約束，保證了驗(yàn)收工作的有效性。GJB 5711-2006《裝備質(zhì)量問(wèn)題處理通用要求》，規(guī)定了質(zhì)量問(wèn)題的處理原則與分類程序；GJB 3677A-2006《裝備檢驗(yàn)驗(yàn)收程序》規(guī)定了裝備檢驗(yàn)驗(yàn)收的依據(jù)、范圍、要求、條件和停止檢驗(yàn)和恢復(fù)檢驗(yàn)條件等內(nèi)容[5]。

GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》實(shí)施指南中明確“批生產(chǎn)中的環(huán)境驗(yàn)收試驗(yàn)、環(huán)境例行試驗(yàn)、環(huán)境應(yīng)力篩選主要是解決工藝問(wèn)題，它們應(yīng)互相協(xié)調(diào)并與全面質(zhì)量管理相結(jié)合進(jìn)行，必要時(shí)，適當(dāng)剪裁，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制（如推行環(huán)境應(yīng)力篩選），甚至去除環(huán)境例行試驗(yàn)和環(huán)境驗(yàn)收試驗(yàn)”[6]。

在我國(guó)航天的某些單位已經(jīng)進(jìn)行了嘗試，允許將整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選替代部分環(huán)境試驗(yàn)或廠檢、軍檢的高低溫試驗(yàn)。

4.2 環(huán)境應(yīng)力篩選和環(huán)境試驗(yàn)對(duì)比分析

高、低溫工作試驗(yàn)屬于環(huán)境試驗(yàn)，考察的是產(chǎn)品的極限條件，可能帶有一定的破壞性。產(chǎn)品從元器件的出廠篩選、元器件的二次篩選、單板溫度沖擊試驗(yàn)、整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選、廠檢、軍檢環(huán)境試驗(yàn)共計(jì)經(jīng)歷6次高、低溫工作試驗(yàn)，不但會(huì)造成資源和時(shí)間的浪費(fèi)還可能存在過(guò)試驗(yàn)的隱患。環(huán)境應(yīng)力篩選和高低溫試驗(yàn)的對(duì)比分析見(jiàn)表2。

表2 環(huán)境應(yīng)力篩選和高低溫試驗(yàn)的對(duì)比分析

質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中在B組檢驗(yàn)一般規(guī)定高、低溫工作試驗(yàn)的測(cè)試要求，廠檢和軍檢對(duì)常溫檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行高、低溫環(huán)境試驗(yàn)，分別到溫后持續(xù)2 h，方可進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)榄h(huán)境應(yīng)力篩選是每個(gè)產(chǎn)品都進(jìn)行的，而高低溫試驗(yàn)屬于環(huán)境試驗(yàn)。高低溫試驗(yàn)為鑒定試驗(yàn)或批生產(chǎn)后例行試驗(yàn)，均為抽取部分設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3 環(huán)境應(yīng)力篩選及廠檢軍檢故障統(tǒng)計(jì)

以某型裝備為例，說(shuō)明我公司組件級(jí)別和整機(jī)級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選效果以及后續(xù)檢驗(yàn)中的故障情況，如表3所示：

表3 某型裝備環(huán)境應(yīng)力篩選及廠檢和軍檢故障統(tǒng)計(jì)

在后續(xù)的廠檢和軍檢以及質(zhì)量一致性檢驗(yàn)B組檢驗(yàn)的高低溫工作中沒(méi)有故障，以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明了加強(qiáng)環(huán)境應(yīng)力篩選的有效性。

5 小結(jié)

整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選中的高低溫上下限與廠檢、軍檢以及質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中B組檢驗(yàn)中高低溫試驗(yàn)的上下限一致，整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選時(shí)間遠(yuǎn)大于其余三項(xiàng)試驗(yàn)。環(huán)境應(yīng)力篩選每個(gè)產(chǎn)品都要進(jìn)行，從數(shù)量上做到全覆蓋。因此，建議將廠檢和軍檢合并到環(huán)境應(yīng)力篩選中的無(wú)故障驗(yàn)證環(huán)節(jié)，取消質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中B組檢驗(yàn)的高低溫工作。此舉必將檢驗(yàn)工作前移，使被動(dòng)的檢驗(yàn)變?yōu)橹鲃?dòng)查找問(wèn)題，在故障剔除階段充分暴露問(wèn)題并整改到位，使裝備使用可靠性得到增長(zhǎng)，同時(shí)減少檢驗(yàn)時(shí)間，加速裝備交付進(jìn)程。