【航空工业行业标准(HB)】 机载电子设备环境应力筛选指南

中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准
HB/Z 213--92
机载电子设备环境应力筛选指南1992—05—18发布
中华人民共和国航空航天工业部1992—09—01实施
主题内容与适甲范围
引用标准
环境应力筛选
环境应力筛选与可靠性增长
环境应力筛选与可靠性统计试验4.4环境应力筛选与生产验收
4.5环境应力筛选与环境合格鉴定试验和可靠性试验4.6环境应力筛选的应用
5基本技术
5.1浴盆曲线和筛选机理
浴盆曲线
5.1.2筛选机理
5.2缺陷和故障
产品缺陷和故障
筛选典型缺陷、分类及其比例·5.3筛选应力
典型应力
温度循环
恒定高温
随机振动
扫频正弦振动·
定频正弦振动
温度冲击
5.3.2各种应力筛选效果比较
5.3.2.1定频正弦振动，扫频正弦振动和随机振动5.3.2.2温度循环与随机振动..
5.3.2.3各种筛选应力筛选效果比较·6环境应力筛选大纲的设计
设计准则·
应力类型选择
6.1.2应力量值选择·
温度循环·
6.1.2.2振动·
6.1.3组装等级的选择…
筛选应力安排：
6.1.5检测仪表和测试设备
6.2设计程序…
研制阶段筛选大纳的设计·
6.2.2批生产阶段筛选大纳的设计6.3故障报告、分析和纠正措施系统6.4筛选大纲的评价和调整
7筛选大纲实施技术
7.1受筛产品要求，
修理备件
7.3筛选故障修理
性能检测和记录
受筛产品的安装
响应监测
溢度循环箱试运行
振动响应调查：
故障处理办法及循环数计算….
夹具设计与鉴定
磁带随机振动环境应力筛选
附录A
附录B
附录C
附录D
附录E
温度和振动调查
基本筛选方法及其应力组成
磁带随机振动筛选方法
筛选大纲要目
环境应力筛选报告
中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准机载电子设备环境应力筛选指南HBIZ 213-92
本标准是航空工业贯彻GJB450《装备研制与生产的可靠性通用大纲》工作项目301和HB6206《机载电子设备环境应力筛选方法》的支持标准。1主题内容与适用范围
1.1主题内容
本标准规定了环境应力筛选的基本技术，并为研制、生产和使用各阶段设计、剪裁和实施环境应力筛选大纲提供指南。
1.2适用范围
本标准适用于电子元器件级以上的可修复组件、单元、设备（系统）（以下统称为产品），包括上述相应组装等级的备件。
本标准适用于产品的研制阶段、生产阶段和使用阶段。2引用标准
GB3187可靠性基本名词术语及定义GJB450
装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB451
可靠性维修性术语
GJB8997
可靠性鉴定和验收试验
航空机载设备可靠性试验（鉴定和验收）HB6139
HB6206机载电子设备环境应力筛选方法3术语
除下列术语外，其余术语见GB3187，GJB451和HB6206。3.1元器件
产品中可以拆卸或修理的任何一个可分辨项目，如半导体分立元件、电阻、半导体集成电路、焊接点和连接器等。
3.2组件
连接在一起并能完成持定功能但可拆开的一定数量的元器件集食。设计成可装入某一单元中，能够与类似的或其他组件一起工作、且由-一定数量的元器件组成的组合件，如印制线（电）路组件。航空航天工业部1992-05-18发布1992-0901实施
注；未装元器件的线路板按元器件考虑。3.3单元
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装在一个机箱内的些组件。它能完成一个或一~组功能，并可从一个运行系统中作为一个单独部分独立更换，如自动驾驶仪的计算机，甚高频通讯设备的发射机等。3.4设备（系统）
互连或组装在一起的、能执行完整功能的一组单元。3.5明显缺陷
用常规检查、功能测试和其他规定的方法，而不用环境应力筛选可找出的缺陷。3.6潜在缺陷
用常规检查、功能测试和其他规定的方法不能找出的缺陷。这种缺陷在使用环境条件下会以早期故障的形成暴露出来。
3.7软故障
仅在一定的应力条件下才能发现的故障。例如产品处于高温或机械振动状态时不能正常工作，回到常温或静止无振动状态时又恢复正常的现象。3.8筛选度
某一筛选将对其敏感的潜在缺陷以故障形式析出的概率。筛选度主要取决所加的环境应力强度及其作用时间。
3.9热调查
确定设备对某一温度的热响应特性的过程，如确定设备在某一温度上达到温度稳定的时间。
3.10振动调变
确定设备对某·振动激励响应特性的过程，如用正弦扫描寻找设备的共振频率。3.11优势频率
振动信号谱中谱峰值所在处的频率。4概述
4.1环境应力筛选
电子设备制造过程，出于使用了劣质元器件且历经大量的复杂操作工艺，会引入各种明显缺陷和潜在缺陷。明显缺陷通过常规检验手段均能排除，潜在缺陷侧保留在产品中，致使其交付后使用中在环境应力的作用下以早期故障的形式暴露出来，使产品可靠性低于设计的水平。
环境应力筛选则是一种用于质量控制的工艺手段.应用这种手段把环境应力（如快速温度循环和随机振动）施加到电子设备上·把设备内部的潜在缺陷在短期内加速发展成为卓期故障并加以排除，使产品出厂时接近或达到故障率恒定阶段。要达到环境应力筛选的目的，除了对电子设备施加舍理的环境应力和电应力外，还需要对设备进行性能检测，检测的围的是寻找和确定已由筛选应力将其加速发展成为故障的各种缺陷，以便加以修复或采取纠正措施。施加应力和检测的过程基本上是一个激发故障和搜素缺陷2
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的过程。检测在筛选之前，筛选期间和筛选之后都要进行，检测手段的自动化程度和分辨能力、检测项国的全面程度及检测的持续时间是决定筛选效果的重要困素。4.2环境应力筛选与可靠性增长
环境应力筛选一般只用于揭示并排除早期故障，使产品的可靠性接近设计的固有可靠性水平。
可靠性增长则是通过消除产品中的由设计缺陷造成的故障源或降低由设计缺陷造成的故障的出现概率，提高产品的固有可靠性水平。环境应力筛选与可靠性增长的作用如图1所示。图1表明，二者改可靠性的模式不可，前者可提高使用可靠性，后者则提高固有可靠性。为了实现可靠性增长，要用各种手段寻找产品的缺陷。寻找缺陷的手段包括常规的性能试验和检测、环境试验、应力筛选和可靠性研制/增长试验等。环境应力筛选和环境试验等一-样，可在产品研制阶段单期，用于加速激发产品潜在缺陷，作为卓期可靠性增长的-手段。4.3环境应力筛选与可靠性统计试验环境应力筛选是可靠性统计（鉴定和验收）试验的预处理工艺。任何提交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、消除了卓期故障的样本，其统计试验的结果才代表其真实的可靠性水平。4.4环境应力筛选与生产验收
准备交付验收的批生产产品应100%地进行环境应力筛选，这是因为生产中引入产品的潜在缺陷是随机的，即使批生产产品的样本通过了验收也不能认为该批可1每一台产品的卓期做障已排除。
4.5环境应力筛选与环境合格鉴定试验和可靠性统计试验的比较环境应力筛选是消除产品早期故障的工艺手段。环境应力筛选希望找出会变成故障的缺陷，没有合格与否的判断准则，一般不抽样，不用于验证设计的正确性，使用的环境应力以加速缺陷变成故障，面不损坏产品为原则，既不模拟真实环境，也不采用极端环境。环境应力筛选与环境合格鉴定试验和可靠性试验的差别如表1所示。4.6环境应力筛选的应用
4.6.1研制阶段
研制过程采用应力筛选的国的在于寻找产品的设计缺陷，为产品的修改设计、元器件和备件货源的选择提供依据，以提高产品的固有可靠性。研制阶段的环境应力筛选尚能粗略地提供产品故障信息。这些故障信息和筛选情况也为生产可靠性筛选大纲的制订提供依据。可靠性鉴定试验以前，应对受试产品进行环境应力筛选，消除早期故障以提高鉴定试验线果的准确性，G.IB899第4.6条中已把环境应力筛选规定为--种预处理工艺。4.6.2生产阶段
批生产可靠性验收试验的样本在可靠性验收试验前，必须进行环境应力筛选，以消除早期故障。
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批生产产品交付验收之前，般应100%地进行环境应力筛选，至少应在元器件级以上的较低组装级或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。4.6.3使用阶段
产品使用中大修后，也要100%地进行环境应力筛选，以消除大修操作中引入的早期故障源。
5基本技术
5.1浴盆曲线和筛选机理
5.1.1浴盆曲线
产品寿命期内故障率与时间的关系一般可用浴盆曲线表示（见图2）。曲线表明产品寿命期可分为三个阶段：早期故障阶段、使用寿命阶段和耗损阶段。早期故障阶段内曲线顶点的高度和向右延伸的程度取决于制造过程引入到产品中缺陷的数量。产品残留设计缺陷对曲线的高度a有影响，只要未采用纠正措施消除这种缺陷，不仅在早期故障阶段，而且在其他寿命阶段都会有影响。
使用寿命阶段
早期故障阶段
(故障率恒定阶段）
损耗阶段
次分布（元器件未筛选造放）
元器件的ESS
图2浴盆曲线
表1环境应力筛选与环境合格鉴定试验和可靠性统计试验的比较环境合格鉴定试验
应用目的
产本量
验证产品对环境的适应
可靠性统
计试验
验证产品的可靠性
环境应力筛选
将潜在缺陷加速发展
成为故障并加以排除
接收/拒收
故障数要求
力水平
力施加次序
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不许出故障
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续表1
可靠性统
计试验
允许出规定
数量的故障
极端环境，该环境通常
构成最低验收条件
加速度
根据使用中遇到的
先后次序或最能模
拟环境影响的顺序
动态模拟真实环境
电应力
综合模拟
使用环境
环境应力筛选
希望找出故障
加速应力环境，以能析出
缺陷不损坏产品为原则
温度循环
随机振动
电应力
根据筛选效果组合
如振动一温度一振动
典型浴盆曲线是以制造中使用了进行过有效筛选的元器件为基础的。如果制造中使用了未经有效筛选的元器件，则元器件随后的失效将使故障时间曲线出现三个峰，此时浴盆曲线应修改成包括虚线部分的次分布曲线。环境应力筛选的目的是用于暴露不良元器件和工艺缺陷，避免此缺陷带入更高层次的产品或在现场使用中出现早期故障。通过环境应力筛选，使产品出厂或装入到更高组装等级产品以前提前进入使用寿命阶段，次分布曲线是产品制造过程中使用了未经有效筛选过的元器件引起的，剔除这种劣质元器件需要使用应力水平更高的元器件筛选，元器件筛选的方法由有关标准规定。5.1.2筛选机理
任何产品的故障均服从于环境应力一耐环境强度“干涉”理论。按照某一强度要求设计的产品，由于多方面的原因，其各部分耐受环境应力强度的能力是不一致的，这种耐环境应力强度（S)服从正态分布，用概率密度Ps表示；另一方面，产品使用中经受到的环境应力强度（E）一般也服从正态分布，用概率密度PE表示。当产品耐受环境应力强度（S)大于使用中遇到的环境应力强度（E）时，两个分布曲线互不相交，此时产品是绝对安全6
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的。因此，设计上应该力图使两曲线分开，提高产品的可靠性。实现这样的目标往往经济上是不允许的，甚至由于客观条件的限制是无法实现的。在设计、制造中只能力图采取措施，如通过环境防护设计（如缓冲减振，通风散热，三防设计等)和工艺上采取措施来提高产品耐环境的能力，尽量拉开两分布曲线的距离，常见的情况是，两条曲线有一定部分重叠，构成阴影区（见图3A）。此阴影区表明，产品中有一部分耐受环境强度的能力小于使用中实际能遇到的环境应力。这一薄弱部分很可能在使用条件下被激发而发展成为故障。环境应力筛选的目的是在产品出广前先给产品施加个接近于或甚至等于设计的耐环境强度（S)的应力，使产品中耐环境应力能力小于施加的环境应力的薄弱部分提前暴露出来并加以修复，从而使产品中各部分耐环境的能力均大于施加的环境应力，即出现一个耐破坏应力的下限值，从而使阴影区的面积大大缩小，扩大了安全范围，提高了产品的可靠性（见图3B）。力
不安全区，
A筛选前
s平均
ESS应力
E平均
概率密度
不安全区
s平均
ESS应力
E平均
概率密度
B筛选后
图3环境应力筛选缩小不安全区（示意图）5.2缺陷和故障
应当了解产品中存在的缺陷类型及其比例、环境应力筛选出的典型缺陷及其比例情况，以便准确地选用和调整环境应力，提高筛选效率。5.2.1产品缺陷和故障
5.2.1.1缺陷类型
产品制造和设计过程中，会引入各种类型的缺陷，主要分为以下三类：a.设计缺陷；
b．工艺缺陷；
c元器件缺陷。
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上述三类缺陷按其来源可以分为二类。一类是固有缺陷，固有缺陷是产品本身内因决定的，如存在于材料中的缺陷，外购的元器件缺陷和设计缺陷；另一类是诱发缺陷，这是生产和修理过程中引入的工艺缺陷，如连接不良、元器件固定不当、虚焊等。上述缺陷中的大部分是可用常规检查手段排除的明显缺陷，只有小部分是一般的检查手段无法发现的潜在缺陷，这些缺陷在产品出广后的使用中以早期故障形式很快暴露出来，因此，它们尼降低产品使用可靠性的根源。5.2.1.2影响产品中缺陷数量的因素产品中缺陷的数量，主要取决于以下各种因素：a.产品复杂程度
产品越复杂，包含的元器件类型和数量、连接类型和接头数量越多，不仅环境防护设计困难，而且还增加了加工和装焊难度，从而增加了设计和制造中引入缺陷的机会。b.元器件质量水平
现代电子产品中元器件密度高，数量大，元器件通常是产品中引入缺陷的主要来源。元器件质量水平越低，通过其引入缺陷的机会越多。使用高质量的元器件、对元器件进行筛选、降低元器件缺陷率，是降低引入产品缺陷数量的重要手段。c．设计和工艺的成熟程度
产品的设计成熟程度和工艺成熟程度也可大大地影间残留在出厂产品中潜在缺陷的种类和数量。设计和工艺越成熟，潜在缺陷种类和数量越少。在研制阶段，产品结构设计冻结之前，缺陷主要是由设计不当造成的，工艺和元器件造成的缺陷占次要地位；在生产阶段，产品中仍然可能存在设计问题，但随着产品设计的进一步改进、设计缺陷比例逐渐降低：而元器件和工艺缺陷将与主导地位。d.组装密度
元器件数量大和布线密度高的产品·曲子元器件拥挤，制造中装焊操作时易碰伤、装焊质量不易保证，且使用中散热条件差，元器件易受到过热应力，易引入工艺缺陷或把缺陷加速扩大。
e.制造过程控制制造过程质量控制将减少引入产品的缺陷数应盟采用先进的工艺质量控制标准（如装焊标准），加强质量管理，减少引入缺陷的机会。5.2.1.3缺陶、环境和故障的关系将某一缺陷变成故障所需的应力“阅值”是一一定的，只有在大于等于此“阈值”的环境应力的作用下，此缺陷才会发展成为故障。因此产品中能变成故障的缺陷数与产品中存在的缺陷总数的比例随产品未来应用环境而变化，当产品用于严酷的环境中时，其内部缺陷受到超过其*阈值”环境应力的机会要比用于温和环境中时多得多，可变成故障的缺陷的比例也大。有些缺陷在溢和环境中，可能在产品整个寿命期内永不发展成为故障。只有使用中会变成早期故障的缺陷才是环境应力筛选要排除的标。5.2.1.4故障
产品使用中出现的故障可分为质量故障、可靠性故障和耗损故障。5.2.1.4.1质量故障
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