艦載軟武器電路板ESS試驗應(yīng)用研究

宜昌測試技術(shù)研究所 陳 真

1.概述

環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）是剔除產(chǎn)品中早期故障，提高產(chǎn)品使用可靠性的一種工藝手段，GJB1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》在我國軍用裝備研制生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了十分良好的效果。

艦船軟武器裝備[1]主要通過干擾精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)系統(tǒng)等手段，實現(xiàn)對武器的軟殺傷，以降低其對艦船目標的打擊精度，起到保護艦船目的。軟武器屬于成敗型一次性產(chǎn)品，其配裝電路板無故障工作時間通常小于25h，優(yōu)質(zhì)高效地開展電路板ESS試驗，是軟武器裝備生產(chǎn)的一項重要工作。

本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法，以GJB/Z34篩選度模型為理論，制定了艦載軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件，經(jīng)多批次生產(chǎn)驗證，所制定簡化ESS試驗條件，滿足產(chǎn)品使用要求，極大縮短試驗時間，提高試驗效率。

2.ESS試驗裁剪方法探討

2.1 溫度循環(huán)裁剪理論

GJB1032規(guī)定電子產(chǎn)品一般采用溫度循環(huán)和隨機振動相結(jié)合方式進行ESS試驗[2]，一般篩選程序如表1所示。

表1 GJB1032規(guī)定ESS篩選程序

由表1可知，決定ESS試驗時長的主要為溫度循環(huán)。其附錄C就ESS試驗時間的剪裁方法進行了闡述，其中對于期望的平均無故障時間（MTBF）＜25h的產(chǎn)品，僅給出Tt=Tw=10h，循環(huán)數(shù)為5的指導(dǎo)建議，說明工程應(yīng)用GJB1032時不能生搬硬套，需據(jù)實分析確定。

而針對溫度循環(huán)篩選試驗，GJB/Z34提出篩選度概念（用SS表示），從定量角度計算ESS試驗析出潛在缺陷的概率，計算篩選度RADC模型[3]為：

(1)中R-溫度變化范圍；

V-溫度變化速率，°C/min；

N-循環(huán)次數(shù)；

e-自然對數(shù)的底；

由式(1)中可知：其為溫度變化范圍R、溫度變化速率V及循環(huán)次數(shù)N的增函數(shù)。根據(jù)此規(guī)律，在篩選度不變情況下，提高溫度變化范圍及溫度變化速率，則溫度循環(huán)試驗的循環(huán)次數(shù)相應(yīng)減少，為縮短試驗時間提供理論支撐。

2.2 溫度循環(huán)裁剪流程

(1)溫度循環(huán)試驗裁剪

GJB1032規(guī)定，在無故障檢驗階段，在80h中應(yīng)有連續(xù)40h無故障，若該時間段內(nèi)前40h連續(xù)無故障，則后40h可省略。

(2)反算裁剪后溫度循環(huán)數(shù)

GJB1032中規(guī)定溫度循環(huán)試驗的溫度變化率為5°C/min；高低溫極限值一般取產(chǎn)品的工作極限溫度，也可取非工作溫度；無故障檢驗循環(huán)次數(shù)為10次～20次。則根據(jù)RADC模型可計算產(chǎn)品的篩選度。但考慮產(chǎn)品實際特點及試驗設(shè)備情況，可確定試驗設(shè)備溫變速率V和保證產(chǎn)品功能正常的最大工作溫度變化范圍R，在保證同GJB1032中相同篩選度條件下，可反算裁剪后溫度循環(huán)數(shù)。產(chǎn)品的最大工作溫度變化范圍可用步進應(yīng)力施加法[4]確定。

(3)極限溫度保持時間

極限溫度保持時間，可采用溫度傳感器通過實測，連續(xù)監(jiān)測試樣件表面及關(guān)鍵部位溫度變化情況，達到溫度穩(wěn)定時來確定保持時間。應(yīng)以在極限溫度下產(chǎn)品能達到溫度穩(wěn)定并能完成產(chǎn)品功能測試為原則。取產(chǎn)品達到溫度穩(wěn)定時間和測試產(chǎn)品所需時間較長者為極限溫度保持時間。

(4)最終篩選條件確定

根據(jù)(1)(2)(3)所述，確定單個溫度循環(huán)時間，在保證產(chǎn)品滿足(2)所述連續(xù)循環(huán)范圍內(nèi)無故障，方算溫度循環(huán)篩選合格。

3.具體ESS試驗條件

艦船軟武器某電路板，已知其工作溫度范圍-40°C～65°C，該產(chǎn)品用某電路板每生產(chǎn)批數(shù)量為200套，按產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，該電路板裝機前，需全數(shù)進行環(huán)境應(yīng)力篩選試驗，以下結(jié)合本文所述裁剪方法，制定某電路板具體簡化ESS試驗條件。

3.1 溫度循環(huán)試驗裁剪

按照GJB1032規(guī)定，溫度循環(huán)試驗時，對該電路板先進行缺陷剔除10個循環(huán)（共計40h）；隨后進行無故障檢驗20個循環(huán)（共計80h），并要求連續(xù)10個循環(huán)無故障。若前10個循環(huán)不出現(xiàn)故障，則可省略后續(xù)試驗，其對應(yīng)溫度變化率為5°C/min。則可計算溫度循環(huán)篩選試驗的篩選度如下：

3.2 裁剪后溫度循環(huán)次數(shù)

本單位可靠性試驗中心的溫度箱溫度其變化率可達10°C/min以上，但溫變率并非越大越好，當溫變率達到一定程度，再增大溫變率其篩選效果無明顯變化，溫度循環(huán)的溫變率合理取值[3]一般為5°C/min～15°C/min。由此可將溫變率由5°C/min提至10°C/min，由于電路板所選器件為工業(yè)級以上（對應(yīng)工作溫度范圍-55°C～85°C），并經(jīng)步進應(yīng)力施加法[4]得高溫工作極限為+80°C左右，適當降低，取+75°C，低溫工作極限為-50°C左右，適當提高，取-45°C，則工作溫度范圍為115°C。代入RADC模型，經(jīng)計算可得裁剪后循環(huán)次數(shù)N。

求解N為5.75，為篩選充分，取N=6個循環(huán)，能達到0.944的篩選度要求。

3.3 極限溫度保持時間

極限溫度保持時間以在極限溫度下電路板能達到溫度穩(wěn)定并能完成電路板功能測試為原則。取電路板達到溫度穩(wěn)定時間和測試電路板所需時間較長者，根據(jù)GJB1032中附錄B采用直接法測量該電路板高低溫極限溫度下，電路板經(jīng)1h可達到溫度穩(wěn)定，而完成批量（200套）功能測試需約30min，故極限溫度保持時間取1h。

3.4 裁剪后溫度循環(huán)圖

確定某電路板裁剪后的溫度循環(huán)剖面如圖1所示。

圖1 裁剪后溫度循環(huán)試驗剖面

由圖1可知，單個循環(huán)時間約為2.4h，若保證6個循環(huán)（14.4h）連續(xù)無故障，則進行6個循環(huán)（缺陷剔除）+6個循環(huán)（無故障檢驗）即可完成ESS試驗。則溫度循環(huán)試驗總時間為28.8h，相比80h可節(jié)省51.2h，極大提高了試驗效率。

3.5 生產(chǎn)驗證

某艦船軟武器自批生產(chǎn)以來，通過對配套電路板（近2000套）ESS試驗結(jié)果的統(tǒng)計、以及對產(chǎn)品交付用戶后實際使用情況統(tǒng)計，配套電路板均滿足產(chǎn)品功能實現(xiàn)要求。

4.結(jié)論

本文基于GJB1032中ESS試驗條件剪裁方法和 GJB/Z34篩選度模型為理論，制定了艦船軟武器某電路板具體簡化ESS試驗條件，經(jīng)多批次生產(chǎn)驗證，所制定簡化ESS試驗條件，在保證篩選效果情況下，大大縮短試驗時間，提高試驗效率。

[1]GJB4000-2000.艦船通用規(guī)范[S].國家軍用標準.

[2]GJB1032-1990.電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法[S].國家軍用標準.

[3]GJB/Z 34-1993.電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南[S].國家軍用標準.

[4]梁雪儀.溫度循環(huán)篩選剖面的剪裁方法[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2002,20(5):35-38.