李骏 孙颖
上海航天电子技术研究所 上海 201109
摘要：电子产品的可靠性是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，是评价和衡量电子产品质量的重要指标，可靠性评价的主要指标有可靠度、失效率、平均无故障工作时间（MTBF），一般情况下可靠性指标在产品设计阶段就已明确，在设计定型及鉴定阶段通过可靠性试验进行验证，在批量生产阶段则可以通过可靠性试验提前使产品的潜在故障激发出来，并针对故障发生的根本原因制定纠正措施或预防措施，从而不断提高电子产品的质量。
关键词：可靠性试验；可靠性指标
引言：
电子产品在当今社会的应用多样化，智能化电子产品风靡已久，其中以智能手机为主要的代表，这类电子产品已经成为了大众生活中不可或缺的一部分，应用数量的增长也促使着电子产品的功能也要更加完善。应用范围的增长，让大众对电子产品的要求也逐渐提，电子产品的生产标准也要更加科学化。
1 试验目的
可靠性试验是对产品的可靠性设计及批量生产的质量水平进行验证和监控，其目的在于：①发现产品在设计、元器件、原材料、工艺等方面存在的问题和不足，确认是否符合可靠性的定性或定量要求；②验证产品在生产前是否具备批量生产的条件 ③在批量生产阶段为生产过程是否受控提供真实有效的数据；④为用户和厂家对出厂产品进行合格或不合格，接收或拒收判定提供依据；⑤提高出厂产品的整体可靠性，减少维修费用。
2 失效分布
电子产品在寿命期内的失效率变化大体上相似，其变化趋势形状像一个浴盆（如图1所示），可形象地称之为“浴盆曲线”。电子产品在寿命期内的可靠性变化可以划分为三个阶段：早期失效段、恒定失效段、耗损失效段。
早期失效段：其特点是在产品生产完成后的短时间内（一般在100h以内）故障率较高，随着产品加电工作时间的增加其故障率会加速降低。导致故障产生的主要原因是生产工艺和设计方面的缺陷，例如装配和调试人员操作不当导致的指标偏移，生产和检测设备性能精度导致的产品质量问题等。这些故障可以通过制定更为严格的进货检验标准，加强生产过程的监控，在出厂前进行有效的环境应力筛选试验等方法提前暴露故障并排除，大大降低厂家交付环节的风险。恒定失效段：其特点是该阶段的时间较长，产品在使用周期内故障发生的概率较低， 视产品的复杂程度及器件等级不同而定，一般情况下该阶段与产品的寿命基本保持一致。故障产生的主要原因是个别元器件本身质量的差异引起偶然失效，例如长期发热造成二极管不导通，长时间使用造成结构件过度疲劳等。
图 1 电子产品失效分布
耗损失效段：其故障主要原因是结构件、元器件正常的磨损、疲劳、老化、损耗，而且已达到使用寿命期造成的失效，特点是随着时间的推移和各种器件的寿命期不同，产品的故障率会迅速上升，维修频率会增加，维修费用也会随之剧增，最终报废。
3 环境应力筛选试验
3.1 试验特点
环境应力筛选试验的特点有以下几点：①试验对象是已经投入批量生产的产品，是在生产阶段完成的全部准备交付给用户的产品，不是设计开发阶段的样机；②试验目的是通过适量环境应力将故障提前激发并排除，而不是对产品的极限值进行摸底和考核；③试验结果是提高产品的使用可靠性，而不是提高固有可靠性， 也不能确保每个通过筛选的产品在交付后不发生故障；④试验效果应根据产品的设计可靠性指标及实际生产的情况综合进行评价，如果筛选出的故障较多，应分析是产品存在严重的设计缺陷还是选择的环境应力条件过高，如果筛选出的故障较少，并不代表产品质量一定好，也可能是筛选应力的强度不足或时间较短，没有充分把故障激发出来【1】。
3.2 环境应力选择
环境应力是指外界各种环境条件对产品本身造成的破环力，例如快速的温度变化，强烈的振动冲击等。 既然是破坏力，就必然存在对产品的影响， 在进行筛选试验前要合理选择环境应力，如选择的应力条件不适用于产品，过高会导致产品在出厂前出现批量的质量问题，缩短产品寿命，增加额外的生产成本，过低会使产品带着潜在质量隐患出厂，而这种潜在的质量隐患会在交付到用户后短时间内暴露，引起用户投诉甚至退货，大大增加维修成本。建议环境应力筛选试验采用温度循环和随机振动相结合的应力进行， 两种应力能激发的缺陷类型不同，在实际生产中温度应力能筛选80%左右的缺陷，振动应力能筛选20%左右的缺陷，应力条件和试验效果已经完全满足大多数电子产品的筛选要求。
温度应力：温度循环应力的筛选试验分为加电检测和不加电检测两种，主要区别在于是否对产品上电开机进行功能性能检测，加电检测能更充分地体现产品缺陷的发生时机以及变化趋势，所以在实际生产中普遍采用加电检测的形式，需要注意的是，温度循环的上限温度不高于产品设计的最高工作温度，下限温度不低于设计的最低工作温度，温度变化速率的快慢对最终筛选效果影响非常大，在条件允许的情况下应尽可能提高温度变化速率，一般情况下筛选的温度变化速率不应小于5℃/min 据统计电子设备早期故障一般在交付的前50～100h 暴露，暴露时间的长短取决于电子产品的复杂程度以及材料的质量情况。
振动应力：振动量值的设置要有数据参考，不能盲目地选择较高的振动量值， 应该充分考虑产品设计开发的环境指标以及在环境鉴定试验中最终确定的合格值，原则是不能对产品造成不必要的损坏，一般选用0.04g2/Hz。对于未确定能承受的振动量值的产品，应通过科学的方法（比如破坏性试验等）统计出产品对振动的响应特性， 由低到高逐渐调整确定振动量值，建议频率范围为20～2000Hz，一般都在三个互相垂直的三个方向上进行，每个方向的振动周期范围为5～10min，最少不应低于5min。 随机振动的最佳效果一般在15～20min 内体现，盲目增加振动时间不仅无益于筛选，反而会引起产品内部组件疲劳损伤，甚至导致不可弥补的损失，建议选用 0.04g2/Hz振动20min。
3.3 试验流程
在进行环境应力筛选试验前应先进行初始性能检测，将受试产品按照接收标准或出厂检验标准进行外观、机械、功能、性能检测，检验合格的产品方可进行环境应力筛选。通过初始检测的合格品应先进行环境应力筛选试验的缺陷剔除试验，该试验的作用是通过各种应力尽可能地将缺陷激发出来，对受试产品施加 5min的随机振动，如果该过程中发现故障，应确保5min的振动时间达到后再进行故障排查，待故障排除后进入到40h的温度循环应力，如无特殊要求，建议在该试验中温度循环高温取产品的工作上限温度，低温取工作下限温度，与随机振动试验不同的是，温度循环试验中发现故障的，应将故障品从试验箱中取出进行故障排查，待故障排除后再继续进行试验，试验的时间应从发现故障所处的循环点继续往下进行【2】。
结语
环境应力筛选试验不仅要在产品设计之初就定下可靠性指标并进行逐级分配设计，在鉴定试验中要对各项环境指标进行验证和确认，还要在生产过程中选定适量的环境应力并进行全数筛选试验。环境应力筛选属于可靠性工程试验，可以利用环境应力筛选试验来验证可靠性方面的工作，以充分应用环境应力筛选的结果，提高产品的可靠性指标。
参考文献：
[1]秦媛.电子产品检测及质量控制研究[J].电子世界,2017(12):48.
[2]刘平.电子产品生产中的质量影响因素及科学管理分析[J].中国管理信息化,2015,18(19):123-124.
论文作者:李骏,孙颖
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
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