确定筛选成品率的置信度，据此和 λD/λ0 值,从有关标准查出λDT值； 按T=λDT?λD求得无故障验收筛选时间T。 λ0 D=100λ0 引入缺陷密度 （计算）DIN λD λ0 筛选选择 TS=1-DRG/DIN 和安排 确定 确定 确定 DE SS λDT 求T 组装 应力 检测 SS=TS/DE 查有 等级 种类 仪表 关标 λDT 准 λD 根据SS值和确定的应力种类 从标准中查表获得λD －D YL=eRG 求得YL RG 确定YL的置信度值 图2.4.2 无故障验收筛选时间T确定过程
5 方案的实施与应用实例
环境应力筛选是装备研制生产的工艺过程，装备承制方要编制大纲，在不同阶段按照大纲实施。为了收到预期效果，必须认真做好各项工作。
5.1 样品的准备
无论是在那一个组装等级上进行环境应力筛选，一般都要全数进行。因此，筛选前的样品准备就是全部产品的技术状态准备。其主要工作就是在该组装等级完成装配之后，根据产品的不同情况进行性能检测、性能调试和电缆连接、机械结构的连接和紧固。
5.2 实验室的准备
实验室是进行环境应力筛选的场所，需要提供满足大纲要求符合精度的应力条件和检测设备、标准大气环境条件、仲裁大气环境条件等。 5.2.1 实验室大气环境条件
实验室需要提供标准大气环境条件和仲裁大气环境条件， 标准大气环境条件，主要用于产品筛选前后的性能检测，其温度为15～35℃，相对湿度即为实验室湿度，大气压力即为实验室气压，不加控制。仲裁大气环境条件，用于必要的产品性能检测，以解决有争议内容的仲裁，其温度为23±2℃，相对湿度为50±5％RH，大气压力为86～106kPa，都需要进行控制。 5.2.2 环境应力条件的容差
提供环境应力的设备必须按规定进行定期计量，保证筛选应力的精度。 a) 温度容差
除必要的支持点外，受筛产品应完全被试验箱内空气所包围，受筛产品周围的温度梯度应小于1℃/m，箱内温度不得超过试验温度±2℃的范围。 b) 随机振动容差
21
随机振动应力条件的容差，GJB 1032作了规定，参阅表2-5-1。容差的dB数按公式(2-5-1)计算。
dB=10lg(W/W0) (2-5-1)
2
式中：W—实测的加速度功率谱密度，g/Hz；
2
W0—规定的加速度功率谱密度，g/Hz。
均方根加速度容差不大于1.5dB，其容差的分贝数（dB）由公式(2-5-2)计算。 dB=20lg(GRMS/GRMS0) (2-5-2) 式中：GRMS—实测的均方根加速度，g； GRMS0—规定的均方根加速度，g。
表2-5-1 随机振动应力容差范围 频率范围Hz 分析带宽Hz 容差规定dB 容差放宽备注 20～200 25 ±3 200～500 50 ±3 500～1000 50 ±3 -6dB，累计带宽100Hz之内 1000～2000 100 ±6 -9dB，累计带宽300Hz之内 c) 试验时间容差
标准规定，试验时间的容差为±１％。 5.2.3 试验设备的准备
a) 筛选试验所用的温度循环试验箱应按以下要求进行准备：
产品除必要的安装支点外，都能全部暴露在传热的空气介质之中； 满足高低温范围要求，温度变化速率平均不低于5℃/min； 试验箱内没有直接到达产品的辐射热；
控制箱温的温度传感器应只采集箱内循环气流的温度，而不受产品和箱的辐射热的影响； 箱内气流应使样品周围的温度场分布均匀，并能在样品和箱壁之间自由循环； 能控制箱内气流的温度和湿度，保证在试验期间样品上不出现凝露。 b) 随机振动试验设备及其夹具的准备
随机振动设备必须满足标准规定的应力要求；
夹具在规定的功率谱密度上限频率2000Hz以内不应有共振频率存在，即在20～2000Hz范围内沿振轴方向的传递函数必须保持平坦；，不平坦容差不得超过±3dB，如有困难，在500～2000Hz频率范围内允许放宽到±6dB，但累计带宽在300Hz以内。 c) 通用仪表的准备
通用仪表应有计量合格的证明，测试准确度不应低于测试参数容差的1/3。 d) 筛选记录的准备
为了保证在筛选期间能有效地采集数据、分析故障、记录纠正措施，必须准备相应的记录表，同时参加人员必须熟悉产品性能、接口、检测仪表、试验装置、筛选程序、操作规定等内容。
5.3 环境应力筛选管理
5.3.1 环境应力筛选的计划管理
装备承制方要在产品研制的方案阶段就根据产品可靠性要求和试验条件制定环境应力筛选大纲和计划，并与产品研制计划相协调，纳入研制生产计划网络之中，随着产品研制生产的进度适时安排各项筛选工作。环境应力筛选需要耗费资源，要占用一定时间，要使用技术力量，因此要在研制生产周期和费用的预算方面，在人员安排方面综合考虑这些因素。这样才能使环境应力筛选工作得以落实。
5.3.2 环境应力筛选条件的剪裁
环境应力筛选条件一般按照GJB 1032标准和产品环境应力筛选大纲的规定设计。在筛选过程中，还要根据产品的工艺成熟程度及使用信息对筛选条件进行调整，甚至采用简化或抽样的筛选方案。
22
a) 简化原则
当产品制造工艺成熟，其MTBF数值很大，接收概率接近100％，且得到定购方的认可，环境应力筛选条件才可以在标准规定的基础上进行简化。 b) 简化方案的选择
其一，抽样筛选方案：抽样按GJB 8052标准规定进行，要求在整个筛选过程中不发生失效，才能判定该批产品通过环境应力筛选，简化有效，否则不能采用简化方案。因此选择抽样筛选方案风险较大。
其二，简化筛选程序方案：筛选的无故障检验阶段的程序时间，可从缺陷剔除试验阶段就开始计算，在标准规定的最大120小时范围内，有连续40小时以上的时间无故障。如果程序的前40小时不出现故障，则可以免去其后的程序时间。 5.3.3 环境应力的筛选程序
无论是一般环境应力筛选还是定量环境应力筛选，其程序由初始性能检测、缺陷剔除试验、无故障检验及最后性能检测等组成。过程示意参阅图2-5-1。 初始性能检测 ?环 境 应 力 筛 选 ?最后性能检测 缺 陷 剔 除 ? 无 故 障 检 验 随机 温度 温度 随机 振动? 循环 循环 ? 振动 5min 40h 40～80h 5～15min 至少连续40h 无故障 图2-5-1 环境应力筛选程序示意
初始性能检测在标准大气（即实验室大气温度环境）条件下进行，按照有关标准或技术文件进行外观、机械和电气性能检测并记录。凡检测不合格的不能进行环境应力筛选。 环境应力筛选包括缺陷剔除试验和无故障检验试验两个阶段：
缺陷剔除试验，对样品施加规定的随机振动和温度循环应力，先进行随机振动，后进行温度循环。对试验发现的所有故障都要详细记录，在随机试验中发现的故障要待振动结束后排除，在温度循环中发现故障时应即时中断试验，排除后继续试验，并从发现故障的循环起点继续计算试验时间（即扣除发现故障该循环的试验时间）。
无故障检验试验的目的是验证筛选的有效性，先进行温度循环，后进行随机振动。应力量级可与缺陷剔除试验相同，温度循环时间增加到最大80小时，随机振动时间加长到15分钟。无故障检验试验始终要对样品进行功能监测，在温度循环中，应有连续40小时无故障；在随机振动中，应有连续5分钟无故障，验证试验才算通过。如在温度循环的前40小时发现故障，允许排除后继续验证试验；在随机振动的前10分钟出现故障，也允许在排除故障后继续验证试验。试验情况同样要作详细记录。
最后性能检测是将通过无故障验证试验的样品在标准大气环境条件下，按其技术条件逐项检测并记录，将结果与初始检测的结果进行比较，根据规定的验收极限值对产品作出评价。
整个环境应力筛选过程结束后，要编制环境应力筛选报告，作为装备可靠性信息资料保存，纳入可靠性信息管理。
5.4 试验记录与故障信息的综合应用
5.4.1 试验记录的管理
环境应力筛选是装备研制生产工艺的重要环节，对试验过程获得的所有记录、数据、分析报告既要按照承制方的工艺文件管理的规定实施，又要纳入FRACAS管理，防止信息流失。 5.4.2 故障信息的综合应用
环境应力筛选获得的故障信息是宝贵的资源，综合应用故障信息可以获得良好的效益。其作用如下：a) 用于直接排除产品的缺陷，这是环境应力筛选的首要目标；
b) 用于检查和排除同型号同批次尚未进行环境应力筛选产品的缺陷，有可能实现简化筛
23
选，从而节省资源和时间。
c) 用于修改设计，有可能到达可靠性增长的效果。环境应力筛选暴露的故障，除了来自工艺缺陷、元器件缺陷之外，还可能有来自设计的缺陷，前者按照环境应力筛选的程序加以排除，后者必须对其进行分析、判断，确认属于设计缺陷导致的故障后，反馈给设计部门，可以通过修改设计的方法消除，从而到达可靠性增长的效果。
d) 用于承制单位技术信息数据库保存，为以后产品的性能设计、工艺设计、可靠性设计积累经验，提供依据，提高整体水平。
5.5 应用实例
5.5.1 基本情况
在原国防科工委科技部4局和7局、电科院预研局7处的支持下，在某厂的配合下，电子工业部五所工程中心于1991～1992年对某厂生产的6部某型号短波自适应电台进行环境应力筛选，共暴露了23个故障，连同无故障验收试验共进行了123小时的试验，获得圆满结果，使电台可靠性水平得到提高，收到了生产厂家预料之外的效果。 5.5.2 环境应力筛选方案
由于某厂引进国产化生产该型号电台，技术性能和可靠性指标都照抄原机的，国产化后许多内容尚未定量化，因此没有条件进行定量环境应力筛选，而采用环境应力筛选方案。 5.5.2.1 筛选应力的确定
按照环境应力筛选标准GJB 1032，采用高低温循环和随机振动两种应力组合。 a) 温度循环应力
根据电台设计的工作环境条件温度范围＋60℃、-40℃和五所试验设备的能力确定：
产品通电工作筛选温度范围为＋60℃、－40℃，温度变化率为＋7℃/min、－11℃/min；根据性能检测要求，确定高、低温停留时间各为1.5小时，一个温度循环时间为3.5小时；暴露缺陷的循环次数为10，无故障验收试验循环次数为20。 b) 随机振动应力
按照GJB 1032标准的规定和五所随机振动设备的能力确定：频率范围为20～2000Hz，功率谱
2
密度为：0.04g /Hz（在80～350Hz之间），20～80Hz和350～2000Hz功率谱密度变化率为±3dB/倍频程(见图2.5.2）。 5.5.2.2 应力施加步骤
根据GJB 1032标准的规定，应力施加的顺序是：随机振动15分钟→温度循环10个周期（暴露缺陷过程）→温度循环20个周期（无故障验证试验）→随机振动(5～15分钟)。 +60℃1.5h +60℃1.5h +7℃/min +7℃/min －11℃/min 5min 1.5h －40℃ a) 温度循环剖面示意
功率谱密度
2 0.04g/Hz +3dB/oct －3dB/oct
频率 20Hz 80Hz 350Hz 2000Hz
24
b) 随机振动谱示意 图2.5.2 筛选应力示意
表2-5-2 某型号电台环境应力筛选故障记录 序号 应力条件 故障现象及发生次数 原因分析 消除措施 1 随机振动 机箱盖板螺钉脱落2次 装配缺陷 加强检验 2 随机振动 电容器C39脱落2次 电路板孔距不匹配 改进设计 3 随机振动 A7单元一联线碰地1次 装配工艺缺陷 加强检验 3 随机振动 A7单元地线断1次 装配工艺缺陷 加强检验 4 随机振动 A6单元控制线断1次 装配工艺缺陷 加强检验 5 随机振动 晶体滤波器损坏4次 器件工艺缺陷 加捆绑措施 6 随机振动 可充电电池G脚断1次 装配工艺缺陷 加捆扎措施 7 随机振动 机箱后板保险丝脱落1次 装配工艺缺陷 加强检验 8 温度循环 功放管损坏1次 设计缺陷 加散热设计 9 温度循环 集成电路损坏2次 设计缺陷 加散热设计 10 温度循环 集成电路接触不良1次 装配工艺缺陷 加强检验 11 温度循环 A2单元输出下降1次 晶体3极管失效 更换元件 12 随机振动 A7单元电感脱落3次 装配工艺缺陷 增加胶黏工艺次数 13 温度循环 A1单元电感脱落1次 装配工艺缺陷 增加胶黏工艺次数 13 温度循环 天调单元电感脱落1次 装配工艺缺陷 增加胶黏工艺次数 5.5.3 筛选记录 5.5.3.1 故障记录
6部电台按照环境应力筛选方案和标准规定的程序实施性能检测和环境应力筛选，在剔除缺陷阶段共暴露了23个故障列于表2-5-2。在无故障验收试验阶段未发现故障，6部电台的筛选工作顺利完成。此次筛选还进行了可靠性保证试验的研究，其它情况将在本教材的其它章叙述。5.5.3.2 故障分析
对23个故障进行分析，可以得到以下认识：
a) 随机振动应力筛选效率高，暴露产品的结构和装配工艺缺陷效果很好
该电台的环境应力筛选共暴露了23个故障，其中有19个是在随机振动应力筛选下暴露的，占82％；只有4个故障是温度循环应力筛选暴露的，仅占18％。在随机振动应力暴露的19个故障中，有16个属于工艺缺陷，可见该应力对此类缺陷的暴露效果极佳。 b) 温度循环应力筛选对暴露半导体器件的缺陷效果良好
温度循环应力筛选虽然只暴露了4个故障，但都属于半导体器件的（IC）故障，其中有2个是整机设计的缺陷、有1个是装配工艺的缺陷、有1个是器件失效（器件本身是否有缺陷未作进一步分析），可见温度循环应力对此类器件缺陷的筛选作用是十分显著的。 c) 环境应力筛选能够暴露设计缺陷，可为产品的可靠性增长提供依据
本筛选试验暴露的23个故障中有9个属于设计缺陷，需要采取纠正设计措施才能消除这类故障模式，并可使电台可靠性水平获得增长。这里介绍4个典型例子，供有关人员参考。 其一，晶体滤波器内部晶体片的固定工艺设计缺陷：
筛选中共发生4起晶体滤波器故障，经过解剖检查发现其内部晶体片的固定工艺设计有缺陷，只在晶体的一端靠电路引线固定，而另一端悬空，受到振动应力的激励后脱落。后来改进结构设计，在晶体片的另一端增加固定措施，此后再未发现这种故障模式。 其二，可充电电池的安装设计缺陷：
筛选中发生了可充电电池受震脱落的故障，经分析该电池重量超过14克，工艺设计没有按规范采取捆绑固定措施，而是依靠电池两端的自焊引线与印制电路板连接（波峰焊接），结果经不起随机振动应力的激励。后来采取加捆绑设计而解决。 其三，IC热设计缺陷
筛选中发生2次IC烧坏的故障，经查该器件消耗的功率较大，设计上又没有加装散热片，在温度循环高温停留段发生过热而损坏，这是热设计的缺陷。后来设计增加不大的散热片，该故障模式消除。
其四，印制电路板某电容器的安装孔距离设计缺陷
25
电子产品可靠性试验
