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浅析电子装备动态温度重要性

摘要:阐述了电子装备温度应力筛选试验所暴露出来的各种故障以及偶发故障,需要通过完备的事先设计好的实时监测方法及手段才能快速定位,找出解决温度循环应力筛选过程中偶发故障问题的思路,将温度应力筛选效能发挥到最大,提升客户满意度。

关键词:温度应力筛选;偶发故障;实时监测

环境应力筛选(ESS)技术,在轨道交通行业生产过程中得到了广泛深入的应用,这对剔除产品早期故障起到了良好的作用。在实际应用过程中大家都偏重设计温度剖面,施加最佳应力以激发失效,而往往忽视了过程中的监测方案。通过实践发现,环境应力筛选筛选建立一套完善的监测方法是非常必要、重要的。

1温度应力筛选的目的

温度应力筛选是ESS的一种,即采用温度应力进行可靠性筛选。而功能动态ESS是其中的一种,指产品在应力环境下加电且执行产品功能/性能监测的ESS。是对单板级、各分系统及以上各层次产品施加合理温度应力和电应力,将它们内部的潜在缺陷加速变成故障,并加以发现和排除的过程,达到剔除产品早期故障的目的。使其在出厂时便进入随机失效阶段,以固有的可靠性水平交付用户使用。在动态ESS过程中多为偶发故障,通常在特定条件下以一定概率出现,但此特定条件与复现概率很难确定,需要长时间的试验与结合软硬件原理推算得出,如果有一套健全的监测手段很可能大大提提升其推演的效率。

2温度应力筛选现状

目前环境试验的国内标准主要有GJB1032《电子产品环境应力筛选方法》、GJB/Z34《电子产品定量环境应力筛选指南》,国外标准主要有MIL-HDBK-344A《电子设备的环境应力筛选试验》、MIL-HDBK-2164A《电子设备的环境应力筛选试验工艺》等等,都提供了非常详细的如何确定试验剖面的方法与指南,但对于过程检测往往只一笔带过,甚至未提及。

3动态实时监测实际应用案例

轨道交通产品某装置动态环境应力筛选试验方案,前期投入大量时间确定试验温度剖面以及电应力水平。其过程监测仅做到用PC机监测通信的生命状态,通过一段时间筛选发现,客户现场的早期失效仍然居高不下,厂内故障也无法快速定位故障,导致在初期分析偶发性故障如同盲人摸象般,浪费大量人力物力,急需重新就过程监测制定详细方案。通过前期在厂内外收集到的相关数据,针对收集到的数据分类汇总,确定需要监测的项点,并最终确定其监测方案。3.1硬件建构:3.2各监测项的实现:3.2.1温度的监测:以便统计分析发生故障点与温度相关性。老化箱通过以太网线将实时状态、程序设计温度、实际监测温度送往上位机。3.2.2供电电源监测:以便上位机与被试样品进行同步。供电电源采用安捷伦可编程电源,可通过GPIB、以太网、串口方式将供电电源状态发送给上位机。3.2.3受试样品的电源系统的实时监测:以便统计分析发生故障点与受试样品的供电电源的相关性。受试系统中有两个系统单元自带电压监测单元,由下位机记录到产品端系统日志中。其他部件功耗小以及对电源性能要求不高,故不对其他系统进行外加电源监测模块。3.2.4各输入输出信号的实时监测:本系统是采用自环回测试,由产品端下位机控制收发,并将收发过程记录下来同时将最终结果发往上位机。3.2.5老化试验数据实时记录:上位机主要负责各下位机发送过来的数据的收集与诊断、汇总,最终通过一定判断逻辑输出日志文件与试验报告文件。3.3监测文件的应用。3.3.1故障分析在此受试样品试验过程中暴露出产品故障模式中有83%偶发故障,通过对监测日志的分析,很快定位故障规律。通过上下位机系统日志对比,能很快定位故障原因,大大提升了偶发故障的分析效率。3.3.2设计优化本筛选试验暴露的16类故障中有4类属于设计缺陷,9类属于物料问题,2类工艺问题。另发现3类隐患问题,需要采取纠正设计措施才能消除这类故障模式以及隐患。由此可见,环境应力筛选不仅可以暴露物料和工艺的缺陷,提出早期失效,还可以暴露设计缺陷,经过监测数据分析采取有效闭环纠正,还可以使产品实现可靠性增长。

4动态温度循环应力筛选中动态监测益处

通过某装置前期失败经验,可以说若做动态温度循环应力筛选不做动态实时监测,等于浪费资源。环境应力筛选进行动态监测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以及重要性。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。d)用于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结束语

环境应力筛选方案设计是一项综合工作,要掌握产品的设计、工艺、元器件的历史和现况信息,收集必要的数据;选取有效的试验剖面;选取何种筛选装配等级;都需要承担一定风险。因此,必须应用系统工程方法,围绕产品可靠性要求进行综合权衡,选择良好的监测手段,很好的运用监测数据,建立健全一套动态环境应力筛选方法是必不可少的前提,才能充分应用环境应力筛选效能。

参考文献:

[1]常规试验设备温度循环应力筛选技术改进TN06[A]西南技术工程研究所2014年

[2]集成电路高温动态老化测试系统的设计TN47[A]陕西昌岭电子科技有限责任公司2010年

作者:易秀 单位:株洲中车时代电气股份有限公司

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