1、G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G02G03G04G05G06G07G08G09G0AG0BG0CG0DG01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01 G02G03G01G04G05G04G06 G07G
2、08G08G05G01 G01 G09G0AG08G05G05G05 G01 G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G02G03G04G05G06G07G08G09G0AG0BG0CG0BG0CG0DG0EG0FG10G0DG11G0FG01G12G13G01G0FG11G14G0DG15G12G11G16G0FG11G17G18G10G01G19G17G15G0FG19G19G01G19
3、G1AG15G0FG0FG11G0DG11G1BG01G13G12G15G01G18G0FG15G12G19G1CG18G1AG0FG01G1CG15G12G0EG0CG1AG17G19G01 G01 G07G08G08G05 G05G05 G05G1DG01G02G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G01G07G08G08G07 G08G07 G08G05G03G04G01G02G03G04G05G06G07G08G09
4、G0AG0BG01G01G01G01G01G01G02QJ 3138 200159目 次前言 .1 范围 . 12 规范性引用文件 13 术语和定义 . 14 一般要求 24.1 环境应力筛选的目的 应用与效益 . 24.2 环境应力筛选大纲 . 54.3 受筛选产品 54.4 通用检测仪表 54.5 筛选设备要求 54.6 受筛选产品性能监测 64.7 环境应力筛选 条件允差 64.8 ESS 信息收集 分析与记录 64.9 故障处理 . 65 详细要求 75.1 环境应力筛选方法 . 75.2 航天器和运载器的环境应力筛选 17附录 A 资料性附录 常规 ESS 原理 /定量 ESS 的数
5、学模型 /航天 ESS 标准的发展 35附录 B 资料性附录 导弹系统环境应力筛选技术条件及要求 . 40附录 C 资料性附录 运载器电子产品环境应力筛选的条件及要求 42附录 D 资料性附录 若干航天系统产品环境应力筛选技术条件及要求的综述 . 46QJ 3138 200160前 言航天产品环境应力筛选指南 是贯彻 GJB 450 装备研制与生产的可靠性通用大纲 QJ 1408A航天产品可靠性保证要求 GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法 和 GJB/Z 34 电子设备环境应力筛选指南 等通用的要求与方法标准的指导性技术文件 为航天型号工程管理和技术人员编制和实施航天产品环境应力筛选大
6、纲提供指导本指导性技术文件的附录 A 附录 B 附录 C 附录 D 为资料性附录本指导性技术文件由中国航天科技集团公司提出本指导性技术文件由中国航天标准化研究所归口本指导性技术文件起草单位 中国航天标准化研究所本指导性技术文件主要起草人 宋文治 施修明 伍平洋QJ 3138 20011航天产品环境应力筛选指南1 范围本指导性技术文件提供了航天产品环境应力筛选的一般技术要求和原则 并提供相应的实施方法及应用示例本指导性技术文件中的相关要求与技术内容适用于导弹和航天系统电子产品 为 编制受筛产品的环境应力筛选大纲提供指导 其它类型产品可参照执行2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件
7、的引用而成为本指导性技术文件的条款 凡是注日期的引用文件 其随后所有的修改单 不包含勘误的内容 或修订版均不适用于本指导性技术文件 然而鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件 其最新版本适用于指导性技术文件GJB 451 可靠性维修性术语GJB 841 故障报告 分析和纠正措施系统GJB 899 1990 可靠性鉴定和验收试验GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法GJB/Z 34 电子设备环境应力筛选指南MIL STD 1540C 1994 运载器 上面级飞行器 航天器试验要求MIL STD 2164A 1996 电子产品环境应力筛选
8、指南3 术语和定义GJB 451 GJB 1032 GJB/Z 34 确立的以及下列术语和定义适用于本指导性技术文件3.1部件 subassembly部件是包含两个或更多 个元器件 零件 的单元 它们可以被拆开或更换元器件 零件 例如装有元器件 零件 的印制电路板 齿轮组等3.2组件 unit组件是具有某种功能的产品 从制造 维修或记录的目的来看可视为一个完整及独立的整体 又称为单元 例如 液压 作动筒 阀门 蓄电池 发射机等3.3分系统 subsystem分系统是许多功能上相关组件的组合 它由两个或更多 个组件组成并可能包括电缆或管道之类的连接件 以及安装这些组件的支承结构 例如 电源 姿控
9、 遥测 热控和推进分系统3.4 QJ 3138 20012运载器 launch vehicle运载器由正样飞行器的一个或多个下面级组成 它能将上面级及航天器发射上天 通常是进入 一亚地球轨道轨迹 在发射阶段用来保护航天器 或者还包括上面级在内的整流罩 常被认为是运载器的一部分3.5上面级飞行器 upper stage vehicle是正样飞行器的一级或多级 能将被运载的送入 亚地球轨道的一个或多个航天器推入轨道3.6航天器 space vehicle航天器是由一整套分系统及组件组成 它能支持某项空间运行任务 一个航天器可以是轨道飞行器或其主要部分 或者是连接在运载器 或上面级上执行任务的一个有
10、效载荷 使用可回收运载器 或上面级的型号所特有的空中保障设备被认为是航天器的一部分3.7载人航天器 manned spacecraft载有航天员或其它成员的航天器 如载人飞船 空间站 航天飞机等3.8系统 system系统是能够执行或支持一项工作任务的设备 技术人员及技术的组合 一个系统包括为运行它所需的所有工作设备 有关设施 材料 软件 辅助装置及所需操作人员 一个系统通常由系统计划办公室或负责对它进行采办的部门来定义3.9发射系统 launch system发射系统是能将一个或多个航天器发射入轨的设备 技术人员及技术的组合 它包括正样飞行器及有关设施 地面设备 材料 软件 程序 辅助装置及
11、所需操作人员3.10在轨系统 on orbit system在轨系统是为使航天器在轨道运行所需的设备 技术人员及技术的组合 它包括航天器 指令与控制网络 有关设施 地面设备 材料 软件 程序 辅助装置以及所需操作人员3.11正样飞行器 flight vehicle是用于飞行的发射系统各部分的组合 即运载器 上面级及将要送入轨道的航天器3.12导弹武器系统 missile weapon system导弹及其配套技术装备 设施的总称4 一般要求4.1 环境应力筛选的目的 应用与效益4.1.1 环境应力筛选的目的QJ 3138 20013环境应力筛选是向产品施加适当的环境应力 主要是热循环应力及随机
12、振动应力 和电应力激励暴露其存在的制造工艺和元器件等缺陷 并加以剔除的一道工序 它是一种经济有效地保障硬件无制造缺陷和元器件缺陷的工艺 而不是一般意义上的试验 其原理参见附录 A 中的 A.1 当然 对某些设计不够成熟的产品或可靠性增长试验不充分的情况 它也可作为早期发现设计隐患提高产品可靠性的手段4.1.2 环境应力筛选应用范围和管理效益4.1.2.1 环境应力筛选应用范围环境应力筛选主要适用于电子产品 包括电子组件 单机和系统 原则上 亦可用于电气 光电机电或电化学产品根据 GJB 1032 的规定 它可用于海 陆 空等六类军事装备 也适用于机载 舰载等战术导弹以及有批量的战略导弹 对于运
13、载火箭 卫星等无批量的产品 按 MIL STD 1540C 环境应力筛选亦适用 只是具体筛选应力类型和量级有差异 如需增加热真空循环等 而且筛选对象除电子产品外 还有阀门等多项非电子产品 详见 5.2环境应力筛选主要用于产品的批生产阶段 批生产产品出厂前 一般应 100 地进行环境应力筛选 至少应在元器件级以上的最低组装级或根据工程实际规定的最佳组装级的产品上逐个进行环境应力筛选 以消除早期故障 其在产品寿命各阶段的应用如表 1 所示表 1 环境应力筛选在寿命期各阶段的应用初样 可靠性增长试验的预处理研 制 阶 段正 试 样 可靠性鉴定试验前预处理各组装级的筛选以消除工艺和元器件缺陷生 产 阶
14、 段可靠性验收试验前的预处理环境应力筛选 使 用 阶 段 故障修复件 备件消除早期故障a 研制阶段在产品研制早期 即初样阶段 环境应力筛选是可靠性增长试验的一种预处理工艺 见 GJB 8991990 中 4.6 的规定 在可靠性鉴定试验以前 亦应对受试产品进行环境应力筛选 以消除早期故障以提高鉴定试验效率和试验结果的准确性在研制阶段 利用环境应力筛选还可尽早地提供产品设计故障信息 这些故障信息和筛选结果也为制订产品生产阶段的可靠性筛选大纲提供帮助b 生产阶段批生产产品交付验收之前 应 100 地进行环境应力筛选 至少应在的最低组装级或根据 ESS最佳效费比确定的 组装级按筛选大纲要求进行 以消
15、除早期工艺和元器件故障c 使用阶段故障产品在修复后 也要进行环境应力筛选 以消除更换件和维修操作可能引入的故障4.1.2.2 环境应力筛选的管理效益a 在产品研制阶段 通过 ESS 预先剔除产品中因工艺缺陷及元器件缺陷引起的故障 据统计 60%故障可能是由工艺缺陷引起的 30%故障可能是由元器件缺陷引起的 有助于提高可靠性增QJ 3138 20014长试验的效益 保证硬件性能和可靠性满足要求并为生产阶段的筛选做好准备b 在生产阶段 ESS 从最低组装级开始可以较低成本发现隐患并进行改进消除根源 减少高组装级的返修量及高昂费用使整个生产过程更为有效 管理者可用 ESS 为质量控制工具 及时发现和
16、解决生产中的质量问题c 由于 ESS 使故障得以在生产步骤中产生 减少潜在缺陷被带到外场的可能性 降低了昂贵的外场维修费用 从而提高了外场可靠性 减少型号研制总费用d 交付硬件及备件均经过 ESS 使最初交付硬件满足可靠性和质量要求 同时使外场故障极少发生或极少采取维修措施 增加了用户对产品的置信度和满意度4.1.3 环境应力筛选与有关可靠性试验的关系4.1.3.1 环境应力筛选与可靠性增长试验环境应力筛选主要用于剔除生产过程中元器件和工艺缺陷 以保证产品的使用可靠性 而可靠性增长试验则是通过试验 分析和改进 TAAF 程序 发现并消除产品设计问题使产品的可靠性满足规定要求为了实现可靠性增长
17、要充分利用各种手段发现产品的设计问题 这些手段中包括常规的性能试验和检测 环境适应性试验 应力筛选和可靠性研制 /增长试验等 而环境应力筛选和环境试验等一样可在产品研制阶段早期 用于剔除产品潜在缺陷 包括设计缺陷 作为早期可靠性增长的有效手段此外 为了提高可靠性增长试验的效率 其参试产品必须先进行环境应力筛选 以排除工艺 元件等非设计隐患环境应力筛选与可靠性增长试验改善可靠性的模式不同 前者主要用于提高使用可靠性 后者则用于提高固有可靠性 二者的关系如图 1 所示图 1 环境应力筛选与可靠性增长试验 RGT 关系的示意图4.1.3.2 环境应力筛选与可靠性统计 鉴定和验收 试验环境应力筛选是可
18、靠性统计试验的预处理工艺 任何进行用于可靠性统计试验的样本必须经过环境应力筛选 只有通过环境应力筛选 消除了早期故障的样本 其统计试验的结果才代表其真实的可靠性水平ESS前故障率ESS 后故障率阴影区 A阴影区 B阴影区 A 代表 ESS 消除的早期故障提高使用可靠性阴影区 B 代表 RGT 消除的设计缺陷提高固有可靠性ESS RGT时间QJ 3138 200154.1.3.3 环境应力筛选与传统批生产抽样验收试验环境应力筛选方法要求批生产产品应 100 地进行 而传统的批生产抽样验收是在抽样的基础上进行的4.2 环境应力筛选大纲为了确保环境应力筛选有效地进行 达到预期的目的 必须根据研制进度
19、 费用和保障条件等事先拟定环境应力筛选大纲 该大纲的内容一般应包括a 受筛选产品b 受筛选产品的组装等级 组件 /设备 分系统 系统 技术状态 尺寸 重量 复杂程度等c 筛选方法 应力的类型 量级 施加顺序 筛选条件允差 通 /断电 检测及无故障的要求等d 性能检测 筛选前 筛选期间及筛选后 项目 检测仪表及其精度要求e 筛选用设备 温循箱 振动台等 及其状态说明f 故障判据及中断处理g 筛选过程及故障记录要求h 纠正措施及实施效果的要求4.3 受筛选产品受筛选产品的技术状态应与技术条件规定相一致 受筛选产品应具备产品要求的功能和性能 并具有检验合格证明4.4 通用检测仪表所用仪表应满足下述要
20、求a 应能实时地采集到所需的产品性能参数b 应可提供全部环境筛选条件的连续记录c 检测仪表准确度不应低于筛选 条件允差的 1/3d 在环境筛选设备运行前 所有测量仪表应进行校准4.5 筛选设备要求原则上 凡能产生规定环境应力的筛选设备均可用于环境应力筛选4.5.1 热循环筛选设备可供使用的热循环筛选设备按制冷方式分有机械制冷和 液氮制冷两种 前者控制精度高 但温度变化率受到制冷功率限制 一般 5 /min 10 /min 后者控制精度较差 但温度变化率可达 30 /min60 /min 前者控制精度高 但温度变化率受到制冷功率限制 一般 5 /min 10 /min 对热循环筛选设备的主要要求
21、如下a 应备有产品放置搁架 以利于被筛选产品充分暴露于筛选设备箱内空气中b 应有足够的工作温度范围及温变率c 箱中热源布置不要使辐射直接到达产品及传感器d 箱中气流应 使温场均匀且有较高流速以利于产品与空气间的热交换e 应备有空气排湿能力的选件以防 产品凝露4.5.2 随机振动筛选设备常用的随机振动筛选设备主要是电动振动台 与之相比 气动激振器 的谱形不易调节 且有 2000Hz以上的高频分量 选用时要注意QJ 3138 20016对随机振动筛选设备的主要要求如下a 要有大尺寸的工作台面以利于产品安装b 应备有必要的夹具 夹具应在高达 2000Hz 的频率范围内没有或只有极小的夹具共振 对给定
22、的夹具和设备组合应进行检验以确定共振或传递因子 在夹具校准时 需利用 一动力学 模拟件来代替实际 受筛件 以避免在产品上累积应力循环 若使用真实产品 则需将振动输入限制在低量级范围c 应具有由一个或多个加速度计振动输入进行控制的能力 控制 加速度计要安装在尽可能靠近夹具和产品的部位 或者夹具和支持结构的界面处 控制加速度计应该采用机械紧固件 螺钉或螺栓 而不要使用胶接 并应使加速度计的 敏感轴向与激励方向平行4.6 受筛选产品性能监测ESS 的总有效性取决于在环境应力施加之前 施加期间和施加之后对受筛选产品性能监测的完善程度 在环境应力施加之前 应对所有功能参数进行检测并尽可能地得到定量结果
23、这将成为一个参考基准 以备在其后的筛选的各个阶段中用于判断故障或是性能恶化程度4.7 环境应力筛选条件允差4.7.1 热循环筛选条件允差除必要支撑点外 被筛选件应完全被空气所包围 在被筛选件附近的温度梯度不超过每米 1热循环设备箱内温度应在要求筛选温度的 2 以内4.7.2 随机振动筛选条件允差GJB 1032 规定的随机 振动振动筛选条件 允差见表 2表 2 GJB 1032 随机振动筛选条件允差频率范围 Hz 分析带宽 Hz 允 差 dB20 200 25200 500500 10005031000 2000 100 6注 如有困难 在 500 1000Hz 频率范围 内允差可放宽到 6d
24、B 但累计带宽不得超过 100Hz在 1000Hz 2000Hz 频率范围 内允差可放宽到 9dB 但累计带宽不得超过 300Hz4.8 ESS 信息收集 分析与记录应按 GJB 841 的规定 运用产品的故障报告 分析和纠正措施系统 FRACAS 去收集分析在 ESS期间产生的所有故障数据并适时地记录纠正措施 该系统应包括全部受筛选件 受 筛选件间的接口测试仪器设备 筛选程序 筛选人员和操作规程 为了能尽可能全面地评价 受选筛件在筛选条件下的性能 应记录所有相关的信息 以利于在进行筛选结果分析时 补充实时监测之不足 应保存受筛选件的筛选记录 通过信息累积用于关键参数的趋势分析在记录中还应包括
25、筛选设备 输入电源功率 操作和程序错误等引起的问题以及对其所采取纠正措施与有效性验证情况备查4.9 故障处理4.9.1 产品在缺陷剔除阶段出现的故障QJ 3138 20017若产品的故障出现在缺陷剔除阶段 即可立即进行修正 也可以延迟到筛选结束时再进行 然而若该故障对监测产品的工作状态有不利影响 则应立即进行纠正4.9.2 在无缺陷筛选期间的故障若在无缺陷筛选的前 40h 内出现故障 则应采取纠正措施 若在筛选已进行 40h 之后出现故障则应结束筛选 并且在纠正措施有效实施之前 不能认为产品符合 ESS 要求而交付4.9.3 重新筛选已出现过故障的产品的重新筛选应在适当的研究 分析和纠正措施实
26、施并验证有效后再进行5 详细要求5.1 环境应力筛选方法5.1.1 筛选应力选择5.1.1.1 应力类型的选择据国内外已发表的 ESS 调查统计结果说明 在常用的 13 种环境应力中 热循环和随机振动是最有效的筛选应力 见图 2050100150200250300350有效加权值温度循环 随机振动 高温老练 电应力 热冲击 定频正弦 组合环境 扫频正弦 机械冲击 湿度 加速度 高度筛选应力类型图 2 筛选应力类型筛选应力激发出的主要故障模式如下a 热循环1 使涂层 材料或线头上各种微裂纹扩大2 使粘结不好的接头 松驰3 使螺钉连接或铆接不当的接头 松驰4 材料热膨胀系数不同产生的变形和应力引起
27、的故障5 使机械张力不足 的压配接头松驰6 使质差的钎焊接触电阻加大或造成开路7 使运动件及密封件故障b 随机振动1 结构部件 引线或元件接头产生疲劳 特别是导线上有微裂纹的情况下QJ 3138 200182 电缆磨损3 接头 松驰4 安装加工不当的集成电路片脱落5 汇流条及连到电路板上的钎焊接头受到振动应力 引起 钎接薄弱点故障6 元器件及引线布置不良而造成损坏7 已受损或安装不当的脆性绝缘材料出现裂纹从国内实践看 据各类型号在部分设备上的 ESS 经验 除上述热循环和随机振动应力之外 高温老练也是必要的 特别是在稳定性能方面可发挥较好的作用 从表 3 综述的筛选效果看 有些型号产品热循环效
28、果较随机振动为好 而另外一些型号产品则相反表 3 部分航天型号设备 ESS 应力筛选效果比较应力类型及筛选效果型 号热循环 % 随机振动 % 高温 老炼 %中程导弹 控制 0 100 /中程导弹 遥测 79 21 /运载火箭 100 0 /地空导弹 52 28 10远程导弹 0 80 20为描述不同应力的筛选效果 GJB/Z 34 给出了在试验研究的基础上得出的数学模型 该模型用筛选度 SS Screening Strength 作为衡量不同应力筛选效果的尺度 SS 是经应力 筛选后筛出的缺陷数 与筛前产品中存在的缺陷数之比值 详见附录 A 之 A.2 由该模型可以看出各个应力参数对筛选度的影
29、响 它主要用于定量 ESS 亦可供常规 ESS 在选择应力参数时参考5.1.1.2 筛选应力量级的确定筛选应力量级的确定主要有如下 4 种方法 常规 定量 步进和加速 其中 常规法是最常用的和最基本的方法 其他方法皆源于此 该法主要用于批量产品如战术导弹 定量方法是为了解决 前法靠经验确定筛选应力的不足 依靠筛选应力的数学模型 试图依此精确地定量确定筛选应力 它适用于重要的批量产品 步进方法则是以递增的应力试验和故障分析为手段确定筛选应力的方法 该法所得到的结果最符合产品实际情况 加速方法通过步进应力试验得到产品的性能极限和破坏极限 然后将其 降额用做筛选应力 该法概念较新 虽国外已用于批量生
30、产的客机产品 但目前尚未形成标准5.1.2 常规筛选应力的确定方法5.1.2.1 GJB 1032 常规筛选应力的确定方法GJB 1032 给出的筛选应力与使用环境无关 一般所用的是强化应力 但不能超出产品设计的极限应力5.1.2.1.1 热循环特性参数及其应力的确定a 温度范围的确定热循环中的温度极值决定了温度范围 高 低温之差 为提高筛选效率 筛选温度变化幅度应尽可能大 若对产品进行通电筛选 则筛选的 温度限应取产品的设计极限工作温度 若筛选时产品不通电 则其 温度限应取产品的设计贮存温度限b 温变率的确定QJ 3138 20019温变率对筛选效率有重要影响 因为它可在受筛选产品中产生温度
31、梯度并引起热应力 其量级随着温变率的增加而增加GJB 1032 所规定的温变率不小于 5 /min 根据 MIL HDBK 2164A 的规定 温变率要求已增加到不小于 10 /min 注意这里的温变率 是指箱内空气温度在温度范围内的平均变化率而非产品本身的温变率 箱温由布置在箱内的温度传感器 3 个以上 的均值控制 由于受筛选产品本身的热惯性影响 产品 实际温变率 尤其在产品内部 远低于 5 /min 具体 取决于受筛产品本身的热惯性 产品在箱内的安装状态和试验箱的性能力 容积 功率 风速等 特别是对试验箱的容积要求 原则上 它应为产品体积的 8 27 倍 即产品所占各边长为箱各边长的 1/
32、2 到 1/3c 保持时间的确定该时间 为温度达到稳定所需要时间 温度极值下的停留时间 具体由筛选前的热测定试验确定 GJB 1032 中规定 保持时间是产品 三个重要部位处 实测的温度均值 与箱温之差 Ts10 所需的时间 测点不宜选在高热惯性部位 因为这样会使保持时间过长d 热循环次数及总筛选时间的选择研究结果证明 产品早期故障随筛选热循环次数的增加而剧减 呈指数关系 仅需 8 10 次的热循环即可以高概率暴露并去除产品早期故障 故 GJB 1032 推荐的热循环筛选次数为 10次 为检验筛选效果紧接着再做 10 20 次循环 总计 20 30 次 以每循环需 4h 计 则筛选总时间为 8
33、0h 120h 显然这不致对产品的疲劳寿命有重要影响 实际上 热循环次数还应与具体产品的复杂程度和元器件数量有关 热循环时间与产品质量大小有关 故制定具体产品筛选大纲时可据实情增删e 产品通断电状态的确定筛选中是否通电和进行性能检测视具体情况而定 一般考虑以下因素通电在产品内部生热形成温度梯度 由这些热梯度导致的热应力 /应变可以析出那些不通电筛选时会漏过的缺陷 故通电筛选在析出缺陷方面要比不通电筛选更有效通电并且进行监测的筛选可找出那些在不通电筛选时会漏过的故障 间歇故障 和在一般环境条件下测试时不会显示出来的故障从提高筛选效率出发 筛选中应尽量通电并进行性能检测 但要注意 一般情况下通电
34、监测的筛选比不通电筛选费用高从可行性和经济性出发 一般在高组装级 组件或系统级 进行通电和检测 低组装级 印制线路组件 不进行通电和检测 这是因为在低组装级往往不具备检测性能的条件 而专门设计和制造一个检测系统费用太大 因此 通电振动筛选最合适的组装等级是组件 黑盒子级 因为此时最可能利用其本身的性能检测能力f 无故障循环次数确定无故障循环应作为热循环筛选的一个组成部分 其作用是1 作为筛选圆满程度的度量 若在规定的时间或循环次数内产品没有出现故障 表明筛选已有效地完成2 作为故障修理是否有效的度量 对于出现故障经采取措施修复的产品 也要进行规定的无故障筛选 以证明修理有效QJ 3138 20
35、0110GJB 1032 规定 见该标准附录 C 在 40h 80h 的无故障检查时间内 要有至少 40h 不出故障 其工作量是相当可观的 为此当产品复杂程度较低且经费或进度有限制时 可适当减少无故障循环次数 根据型号 ESS 实施经验 一般取 2 个循环即可 美 空军 R&M 2000 ESS 及陆军 AMC 702 25 ESS 标准亦如此 实际上 40 80h 的无故障检查时间是在假定产品通过ESS 的概率 PA 大于 90% 产品 0=1h 筛选时间 TT=无故障检查时间 TW 剩余缺陷百分比为 1% 鉴别比 =2 等条件下求得的 显然这样一些假设不可能适于所有的情况 假设的任何变动都
36、会影响结果 由 GJB 1032 附录的表 C3 可见 在其他假定条件不变的情况下 若 0=1/2则筛选时间 TT 与无故障检查时间 TW 均可减少到 20h 故可酌情进行剪裁5.1.2.1.2 随机振动筛选特性及其应力的确定a 振动频率范围考虑振动频率范围和量值时 重要的是要 了解受筛产品的振动响应特性 这可通过响应特性试验完成 据国内外的调查结果 一个有效的筛选 振动谱其频率范围应为 20Hz 2000Hz这覆盖了大部分产品响应的频率范围b 振动 谱型及量级振动 谱型见图 8 其量级一般在 0.01g2/Hz 0.04g2/Hz 间选择 具体应通过筛选条件摸底 试验用步进应力法 并观察分析
37、故障机理 最后确定但 该谱在用于包含有光电和机电装置等对振动敏感的产品时应小心使用 此时应当设法根据产品振动响应特性确定振动应力条件 在敏感频率处可局部降低 输入谱值 一般可用 0.02g2/Hz代替 0.04g2/Hzc 振动轴向原则上 随机振动一般应在三个轴向进行 三向筛选在寻找缺陷方面最有效 但三向筛选工作量大 时间长 为经济起见 亦可选择单轴筛选 或两轴依次筛选 一般在决定 单轴或双轴激励轴向前 要进行振动调查 测量产品关键部位的响应 据以找出最 有效轴向在两个或三个轴向同时激励产品的振动筛选可以满足激励主要 响应轴的要求 同时还增加了旋转激励 很明显 其优点是可减少筛选和装卸时间 但
38、这需要有专门的多轴振动台 如双轴电动振动台和 三轴六自由度气动振动台d 振动时间GJB 1032 推荐单轴振动筛选时间为 10min 双轴振动每轴 7.5min 三轴振动每轴 5min此外 由于一些筛选是在断电 不工作状态下进行的 在这些条件下 将无法找出间歇性等软故障 故按 GJB 1032 规定 允许 在筛后利用低量级振动以便有较充分的时间进行故障复现工作 但筛选和寻找故障用的总振动时间不得超过 20min 以免消耗过多的疲劳寿命 低量级振动的等效时间 TD 的计算公式如下TD = 20 0.04/低量级振动的功率谱密度值 3 1由上式可知利用低量级振动的等效时间大为延长 有利于故障寻找应
39、该注意 标准所给定总振动时间不得超过 20min 要求是经验性的 而不是硬性规定 故亦可根据实情适当剪裁e 产品通断电状态振动过程中一般应通电并进行性能检测 以及时发现故障和保证软故障 不漏检 提高寻找故QJ 3138 200111障效率 但对不具备通电条件的产品 如某些电路板可不通电f 无故障振动时间振动筛选在 温循之后再进行 10min 其间至少应有连续 min 无故障5.1.2.2 GJB/Z 34 定量筛选应力的确定方法这是一种较科学的确定筛选应力的方法 即定量 ESS 方法 它可根据数学模型确定产品筛选应力有关定量 ESS 数学模型的说明见附录 A 中的 A.2 但对使用者的要求高
40、需占有较充分的信息 产品使用的元器件类型 数量 所处环境 环境因子 等级及故障率等 且 过程较繁 详见 GJB/Z 34 其具体步骤简述如下a 预计受筛产品中的引入缺陷数 DINb 据要求的 MTBF 的倒数 求得漏筛缺陷数 DOUTc 筛选检出度 TS=1 DOUT/ DIN 确定检测效率 DE 筛选度 SS=TS/DEd 确定筛选应力类型e 分配各类筛选应力的百分比 一般假定输入缺陷有 24%是由随机振动筛出的 有 76%是由热循环筛出的 由此可知随机振动筛选度 SS RV =0.24 SS 热循环筛选度 SS TC =0.76 SSf 据罗 姆可靠性研究中心应力强度模型选择适当的随机振动
41、量级 使满足上述的 SShv 要求 与此相似 确定热循环应力量级 也可反过来做1 即已知 DIN 2 选择筛选应力参数 由罗 姆模型 SS3 据检测仪表发现故障的能力 确定检测效率 DE4 实际筛选检出度 TS 为 SS 与 DE 的乘积5 设 DIN 有 24%是可由随机振动应力激发成故障的 记为 DIN RV 有 76%是可由热循环应力激发成故障的 记为 DIN TC6 未筛出 剩余 的缺陷数为 DOUT= DIN RV 1 TS + DIN TC 1 TS 5.1.2.3 步进筛选应力的确定方法MIL HDBK 2164A 中特别强调 要用步进应力法来确定最有效的应力 并给出了步进应力方
42、法的流程图 见图 4 该法从低到高给产品施加应力 监测产品性能 对出现的故障进行分析 对于相关故障 则可据此确定筛选应力量级国内早在 1987 年在 导弹型号弹上产品随机振动筛选条件摸底试验中就采用了步进应力方法受筛产品共 17 台件 随机振动从 0.01g2/Hz 开始 以 0.005g2/Hz 为一步进级 逐级进行筛选 前几级无故障出现 从应力到达 0.035g2/Hz 时开始出现故障 在应力到达 0.04g2/Hz 时 在 17 台件出现 5 个故障 经设计 /工艺人员分析均属不良工艺及元件引起的故障 而非过应力故障 鉴于 该值恰与 GJB 1032标准推荐值相一致 故以其 做为正式筛选
43、条件由于筛选后的产品还要经受真实发射和飞行产生的振动环境的作用 为确保并 证明筛后产品仍有足够疲劳寿命 消除设计生产部门对 ESS 的疑虑 我们又设计另一验证试验 即将筛后产品进行一次鉴定级随机振动试验 结果未发现问题 说明筛后产品确有足够疲劳寿命QJ 3138 200112示例 国外某战斗机电子对抗系统的定量筛选流程见图 3DIN 引入缺陷数3.13 7DOUT 漏筛缺陷数 a0.651筛选应力 随机振动 热循环筛选应力参数6Grms30min横轴方向54 到 718 个热循环温变率 8.33 /min最后一个循环无故障筛选度 SSb检测效率 DEc筛选检出度 TS=SS DE引入缺陷数 D
44、INd漏筛缺陷数 DOUT = DIN 1 TSSSRV =0.9480.8230.78020.24 3.137=0.75290.7529 1 0.7802 =0.1655SSTC =0.96750.8230.79630.76 3.137=2.38412.3841 1 0.7963 =0.4856总漏筛缺陷数 DOUT 0.1655+0.4856 =0.651a 已求得该系统 DIN =3.317b 由附录 A 筛选度数学模型查得c DE=0.65+ 0.99 0.5 0.35 =0.823 假定有 65%的故障是由机内测量能力在 ESS 应力作用下发现的 对于其余35%未被发现的故障 假定之
45、中又有 50%在无应力状态下 在性能验收试验时可被检查出来 而其检测效率为0.99d 假定有 24%的缺陷由振动应力筛出 有 76%的缺陷 由温循振应力筛出图 3 国外某战斗机电子对抗系统的定量筛选流程5.1.2.4 高加速应力筛选 HASS 的应力确定方法该法由两部分组成 前一部分是高加速寿命试验 HALT HALT 通常是应用一系列的单项或综合应力 如多轴振动 热循环和产品功率循环 超过预计的外场环境 逐 步增加其强度直到产品破坏藉此我们可以a 发现并改进设计薄弱环节b 确定产品的极限能力后一部分是依上述极限应力确定 HASS 即 ESS 的应力量级 参见图 5该法从应用于低组装级 如印刷
46、电路板 开始 然后将 HALT 用于各较高组装级 单元至分系统甚至系统 对每一组装级均应确定 HALT 应力 因为它们的应力各不相同 典型系统所用的 HALT应力见表 4性能检查 随机振动通电监测温度循环通电监测性能检查QJ 3138 200113图 4 步进应力方法的流程图表 4 国外某产品 HALT 所用的应力参数及作用效果应 力 参 数 所 发 现 的 问 题Vcc 偏压 设计缺陷 不良元件时钟速度 /频率偏置 设计缺陷 不良元件时钟对称性偏置 设计缺陷 不良元件功率保持 /循环 无低温 设计余量不足高温 超载 劣质元件温度高低温循环 焊接工艺缺陷振动 焊接工艺问题产品损坏进 行低强度筛
47、 选选择被筛选缺陷类型选 择相应的筛 选实施筛选 检测出 缺陷增 强筛 选强 度否是选 择筛 选强 度分 析设 计能 力重 建或 新产 品进 行多 次筛 选增 强应 力强 度建 立样 件进行所选定的筛选降 低筛 选强 度修 改设 计产品损坏是 否是 否开始QJ 3138 200114图中 规范限 为产品规定的工作应力限 使用环境设计限 为产品设计应力限 在 该限内产品可正常工作以上这两个 应力限是已知的工作限 为产品实际工作应力限 在 该限内产品可正常工作破坏限 为产品破坏应力限 在 该限内产品仍可工作但性能已不正常以上这两个 应力限是未知的 它们必须由 HALT 试验确定ESS 应力限 为产
48、品筛选应力条件 它应取在工作应力限之内 一般要大于设计应力限 以提高筛选检出度图 5 ESS 应力与 HALT应力限之间的关系在设计 HALT 时首先应该根据产品的故障机理考虑可能采用的应力类型及参数 由表 5 可见 HALT法中所用筛选应力类型的多样性 然后在 HALT 期间进行修正 确定某些应力应该添加 另一些应力可能要取消 有可能要加以综合 HALT 是一个迭代的反馈过程 通过试验 修正 再试验过程来增删应力 最后通过步进法逐步增加应力直到破坏 从而可给出这些应力的上 /下破坏限和上 /下工作限据工作限应力可确定 ESS 的应力量级 取在工作限之下或稍高于工作限 参见图 5应用示例 某产
49、品温度规范限为 50 和 20 通过 HALT 试验结果发现 其工作限为 70 和 40 破坏限为110 和 60 故可取 65 和 35 作为热循环应力筛选的温度范围5.1.3 产品组装等级 层次 的选择为了保证彻底消除早期故障 应在各个组装等级安排环境应力筛选 任何一级上的筛选不能代替高一级上进行的筛选 这是因为在将低组装等级的各产品组装成高一级产品时 由于使用了外购件及组装工艺 会引入新的缺陷 但是随着组装等级的提高 其筛选检出度将降低 而筛选成本亦会随着提高图 6 为一个典型的制造过程 该图说明了在各组装级的制造过程中 由于使用了外购的线路板部件 组件 并进行布线 和装焊操作 都有引入新的缺陷的机会 证明了在各组装等级都进行筛选的下破坏限下工作限下设计限下规范限上规范限上设计限上工作限上破坏限设计裕度ESS 应力 HALT 应力应力设计已知值设计裕度QJ 3138 200115必要性尽管有必要在各组装等级进行筛选 但在每一组装等级都进行筛选往往是不够现实的 因为 组装级越高其筛选成本越高 在技术和经济有限 无法逐级进行筛选时 在制订 ESS 大纲时 应根据各组装等级上预期会出现的缺陷类型 各组装等级上的 ESS 条件及其费用 技术风险等因素找出最佳筛选组装等级 在筛选
