一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法
【专利摘要】本发明公布了一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，筛选系统包括温度箱、振动台和测试设备。该方法采用了步进应力开展电子设备早期失效的剔除工作，改变了以往的筛选方法中只施加恒定温度循环或恒定振动应力的方法；同时采取了综合应力的筛选方法，这在以往的筛选方法中是没有的。通过对电子设备施加步进应力及综合应力的环境筛选应力，有效的提高了环境应力筛选的有效性和筛选效果。该环境应力筛选方法已经顺利在某型号产品中实施，交付的电子设备经过了实际应用考核，证明了该控制方法的有效性和适用性，在电子设备的生产过程中具有较强的推广性。
【专利说明】一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子设备环境应力筛选方法，特别是一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法。
【背景技术】
[0002]电子设备从产品线上下来以后直至交付用户之前，需要实施环境应力筛选进行早期失效的剔除。这些早期失效大部分是在电子元器件自身缺陷以及生产装配工艺过程中引入到产品中的缺陷。从保证产品使用过程的可靠性出发，必须有一种能够剔除这些缺陷的方法，其中比较现实可行的方法就是采用环境应力筛选技术，通过模拟或加大产品使用过程中的环境应力从而激发产品早期失效，并将此过程作为一道工序引入到产品的生产过程中。
[0003]以往的环境应力筛选方法即采用固定的温度循环应力和振动应力的方法进行早期失效的剔除。随电子业的不断发展，电子硬件工业的控制已有实质上的改进，工艺上的易变化性得到了控制；同时随微电子失效物理的研究的深化，电子器件的设计更为“健壮”，生产和装配工艺更为稳定，导致了以往的环境应力筛选技术出现了效率下降，且部分早期失效不能暴露的问题。因此，必须改进环境应力筛选的方法以提高筛选的效率和筛选的效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，改善以往的环境应力筛选方法的筛选效率低和筛选效果不够好的问题。具体方法如下:
[0005]一种以步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，其步骤包括:
[0006]第一步搭建环境应力筛选系统
[0007]环境应力筛选系统，包括温度箱、振动台、筛选对象的测试设备，筛选对象和测试设备之间在测试时通过测试电缆或温度箱上的通道联接。温度箱的功能为:对筛选对象施加温度应力。振动台的功能为:对筛选对象施加振动应力。测试设备在筛选过程中对筛选对象进行性能测试或监测。
[0008]其中，所述的温度箱能够提供10°C或15°C /min的变温速率、其温度变化范围达到-40°C?100°C，以及供测试设备进行产品测试的通道；所述的振动台能够提供频率范围5?2000Hz、随机振动量级2?IOGrms的推力；温度箱和振动台能够同时工作。
[0009]第二步利用测试设备对筛选对象进行常态测试
[0010]将筛选对象接在测试设备上。常态测试采用电压拉偏的方法，即在测试过程中测试设备逐步对筛选对象施加电应力，直致其额定工作电压U± 15%，电压施加的顺序为U、
0.95U、1.05U、0.9U、1.1U、0.85U、1.15U，每个电应力的停留时间以进行一次筛选对象的完整测试为准。若第二步中筛选对象测试正常，进行第三步的试验。
[0011 ] 第三步利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力
[0012]将筛选对象放在温度箱中，同时筛选对象通过温度箱通道与测试设备联接。利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力，流程如下:从室温开始，以变温率10°c /min或15°C /min，并以10°C步长降温至产品筛选低温限Tmin，再以10°C?15°C /min步长升温至产品筛选高温限Tmax，在每个步长的温度上停留10-20min，完成一个温循。循环次数18-20次。Tfflin和Tmax小于例试条件相应高低温限5°C。步进温循中筛选对象通电工作，通过测试设备实时监测。第三步中筛选对象测试正常，进行第四步的试验。
[0013]第四步对筛选对象施加综合应力
[0014]将筛选对象放在温度箱中，将温度箱放在振动台上，温度箱与振动台联接，并且测试设备与筛选对象通过温度箱上通道联接。综合应力即非步进温循、步进随机振动、电应力同时施加。加载过程如下所述。对筛选对象施加非步进温循，温度循环范围Tmin?Tmax，非步进温循从室温开始，以变温率10°c或15°C /min下降到Tmin，保温0.5h，再以10°C或15°C /min上升到Tmax，保温0.5h，完成一个温循；循环次数8?10次。同时对筛选对象施加步进随机振动:从2Grms开始每个步长2Grms直到IOGrms,每个步长量级上持续5min,随机振动时间均匀分布在一个温度循环中。随机振动的谱形为:在20Hz?150Hz范围内，传递函数不平坦允差+3dB/oct;在150Hz?600Hz，功率谱密度保持在F，F视随机振动总均方根值确定；600Hz?2000Hz，传递函数不平坦允差为_6dB/oct。测试设备对筛选对象施加额定负载并进行持续测试，同时在此过程中执行电源通断电激励。电源通、断激励的方法如下:在综合应力的高温Tmax、低温Tmin保持段，各进行3?5次的电源通、断激励。
[0015]第四步中筛选对象测试正常，进行第五步的试验。
[0016]第五步对筛选对象进行常态测试
[0017]将筛选对象接在测试设备上。常态测试采用额定电压，利用测试设备对筛选对象执行一次完整的测试。
[0018]第六步数据分析及异常情况处理
[0019]在上述第二步至第五步中，若筛选对象暴露出的早期故障，必须进行故障分析，找出故障原因。若故障为随机故障则对筛选对象进行修理并继续进行试验。若为系统性失效，则应改进工艺或设计，并经验证改进措施有效。
[0020]至此，完成以步进应力对电子设备实施环境应力筛选。
[0021]本发明的环境应力筛选方法采用了步进应力开展电子设备早期失效的剔除工作，改变了以往的筛选方法中只施加恒定温度循环或恒定振动应力的方法；同时采取了综合应力的筛选方法，这在以往的筛选方法中是没有的。通过对电子设备施加步进应力及综合应力的环境筛选应力，有效的提高了环境应力筛选的有效性和筛选效果。该环境应力筛选方法已经顺利在某型号产品中实施，交付的弹上电子设备经过了实际应用考核，证明了该控制方法的有效性和适用性，在电子设备的生产过程中具有较强的推广性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图1为具体实施例中常态测试电压拉偏的施加示意图；
[0023]附图2为具体实施例中施加步进温循应力示意图；
[0024]附图3为具体实施例中随机振动谱形图；
[0025]附图4为具体实施例中电源通、断电激励示意图；【具体实施方式】
[0026]下面通过实例对本发明做进一步的说明，但是需要注意的是，公布实例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
[0027]具体环境应力筛选方法如下:
[0028]第一步搭建环境应力筛选系统
[0029]环境应力筛选系统，包括温度箱、振动台、筛选对象的测试设备，筛选对象和测试设备之间在测试时通过测试电缆或温度箱上的通道联接。温度箱的功能为:对筛选对象施加温度应力。振动台的功能为:对筛选对象施加振动应力。测试设备在筛选过程中对筛选对象进行性能测试或监测。
[0030]其中，所述的温度箱能够提供10°C或15°C /min的变温速率、其温度变化范围达到-40°C?100°C，以及供测试设备进行产品测试的通道；所述的振动台能够提供频率范围5?2000Hz、随机振动量级2?IOGrms的推力；温度箱和振动台能够同时工作。
[0031]第二步利用测试设备对筛选对象进行常态测试
[0032]将筛选对象接在测试设备上。常态测试采用电压拉偏的方法，即在测试过程中测试设备需要对筛选对象施加其额定工作电压U± 15%的电应力，电压施加的顺序为U、
0.95U、1.05U、0.9U、1.1U、0.85U、1.15U，示意图见图1，每个电应力的停留时间以进行一次筛选对象的完整测试为准。若第二步中筛选对象测试正常，进行第三步的试验。
[0033]第三步利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力
[0034]将筛选对象放在温度箱中，同时筛选对象与测试设备连接。利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力流程如下:从室温开始，以变温率10°c /min或15°C /min,并以10°C步长降温至产品筛选低温限Tmin，再以10°C /min步长升温至产品筛选高温限Tmax，在每个步长的温度上停留lOmin，完成一个温循。循环次数20次。Tmin和Tmax小于例试条件相应高低限5°C。该施加过程见示意图2。步进温循中筛选对象通电工作，实时监测。第三步中筛选对象3测试正常，进行第四步的试验。
[0035]第四步对筛选对象3施加综合应力
[0036]将筛选对象放在振动台上，同时温度箱与振动台连接，此时筛选对象也应在温度箱中，并连接测试设备与筛选对象。综合应力即非步进温循、步进随机振动、电应力同时施力口。加载过程如下所述。由温度箱2对筛选对象3施加非步进温循，温度循环范围为Tmin?Tmax,非步进温循从室温开始，以变温率10°C或15°C /min下降到Tmin，保温0.5h，再以10°C或15°C /min上升到Tmax,保温0.5h，完成一个温循；循环次数10次。由振动台对筛选对象3施加步进随机振动:2Grms (2Grms) IOGrms,每个步长量级上持续5min,时间为均勻分布在一个温度循环中。随机振动的谱形为:在20Hz?150Hz范围内，传递函数不平坦允差+3dB/oct;在150Hz?600Hz，功率谱密度保持在F，F视随机振动总均方根值确定；600Hz?2000Hz，传递函数不平坦允差为-6dB/oct，随机谱型示意图见图3。由测试设备对筛选对象施加额定负载并进行持续测试，同时在此过程中执行电源通断电激励。电源通、断激励的方法如下:在综合应力的高、低温保持段，各进行3?5次的电源通、断激励。电源通、断电激励示意图见图4。[0037]第四步中筛选对象测试正常，进行第五步的试验。
[0038]第五步对筛选对象3进行常态测试
[0039]将筛选对象接在测试设备上。常态测试采用额定电压，利用测试设备对筛选对象执行一次完整的测试。
[0040]第六步数据分析及异常情况处理
[0041]在上述第二步至第五步中，若筛选对象暴露出的早期故障，必须进行故障分析，找出故障原因。若故障为随机故障则对筛选对象进行修理并继续进行试验。若为系统性失效，则应改进工艺或设计，并经验证改进措施有效。
【权利要求】
1.一种步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步搭建环境应力筛选系统； 环境应力筛选系统，包括温度箱、振动台、筛选对象的测试设备，筛选对象和测试设备之间在测试时通过测试电缆或温度箱上的通道联接；温度箱的功能为对筛选对象施加温度应力，振动台的功能为对筛选对象施加振动应力，测试设备在筛选过程中对筛选对象进行性能测试或监测； 第二步利用测试设备对筛选对象进行常态测试； 将筛选对象接在测试设备上，采用电压拉偏的方法施加电应力，直致其额定工作电压的U±15%，电压施加的顺序为U,0.95U、1.05U、0.9U、1.1U、0.85U、1.15U，每个电应力的停留时间相等等于进行一次筛选对象的完整测试时间； 第三步利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力； 将筛选对象放在温度箱中，同时筛选对象通过温度箱通道与测试设备联接，利用温度箱对筛选对象施加步进温循应力，流程如下:从室温开始，以变温率10°C /min或15°C /min，并以10°C步长降温至产品筛选低温限Tmin，再以10°C~15°C /min步长升温至产品筛选高温限Tmax，在每个步长的温度上停留10-20min，完成一个温循，循环次数18-20次，步进温循中筛选对象通电工作，通过测试设备实时监测； 第四步对筛选对象施加综合应力； 将筛选对象放在温度箱中，将温度箱放在振动台上，温度箱与振动台联接，并且测试设备与筛选对象通过温度箱上通道联接；对筛选对象同时施加非步进温循、步进随机振动、电应力；加载过程如下:对筛选对象施加非步进温循，温度循环范围Tmin~Tmax,非步进温循从室温开始，以变 温率10°C或15°C /min下降到Tmin，保温0.5h，再以10°C或15°C /min上升到Tfflax,保温0.5h，完成一个温循，循环次数8~10次；同时对筛选对象施加步进随机振动:从2Grms开始每个步长2Grms直到IOGrms,每个步长量级上持续5min,随机振动时间均匀分布在一个温度循环中；随机振动的谱形为:在20Hz~150Hz范围内，传递函数不平坦允差+3dB/oct;在150Hz~600Hz，功率谱密度保持在F，F视随机振动总均方根值确定；600Hz~2000Hz，传递函数不平坦允差为-6dB/oct ;测试设备对筛选对象施加额定负载并进行持续测试，同时在此过程中执行电源通断电激励，电源通、断激励的方法如下:在综合应力的高温Tmax、低温Tmin保持段，各进行3~5次的电源通、断激励； 第五步对筛选对象进行常态测试； 将筛选对象接在测试设备上，采用额定电压，利用测试设备对筛选对象执行一次完整的测试； 第六步数据分析及异常情况处理； 在上述第二步至第五步中，若筛选对象暴露出的早期故障，进行故障分析，找出故障原因。
2.如权利要求1所述的一种步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，其特征在于，第一步，所述的温度箱能够提供10°C或15°C /min的变温速率、其温度变化范围达到-40°C~100°C，以及供测试设备进行产品测试的通道；所述的振动台能够提供频率范围5~2000Hz、随机振动量级2~IOGrms的推力；温度箱和振动台能够同时工作。
3.如权利要求2所述的一种步进应力对电子设备实施环境应力筛选的方法，其特征在于，第三步中，产品筛选低温限Tmin和产品筛选高温限Tmax小于例试条件相应高低温限5°C。`
【文档编号】G01R31/00GK103852672SQ201410126198
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】张瑛, 吕冰, 杨峰, 王瑞 申请人:中国航天科工运载技术研究院北京分院