溫度循環(huán)應(yīng)力篩選

應(yīng)力篩選(Environmental Stress Screening，簡(jiǎn)稱ESS)

說(shuō)明： 應(yīng)力篩選是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)強(qiáng)度極限下，運(yùn)用加速技巧外加環(huán)境應(yīng)力，如：預(yù)燒(burn in)、溫度循環(huán)(temperature cycling)、隨機(jī)振動(dòng)(random vibration)、開(kāi)閉循環(huán)(power cycle)..等方法，透過(guò)加速應(yīng)力來(lái)使?jié)摯嬗诋a(chǎn)品的瑕疵浮現(xiàn)[潛在零件材料瑕疵、設(shè)計(jì)瑕疵、製程瑕疵、工藝瑕疵]，以及消除電子或機(jī)械類殘留應(yīng)力，還有消除多層電路板間的雜散電容，將澡盆曲線裡面的早夭期階段的產(chǎn)品事先剔除與修裡，使產(chǎn)品透過(guò)適度的篩選，保存澡盆曲線的正常期與衰退期的產(chǎn)品，以避免該產(chǎn)品于使用過(guò)程中，受到環(huán)境應(yīng)力的考驗(yàn)時(shí)而導(dǎo)致失效，造成不必要的損失，雖然使用ESS應(yīng)力篩選會(huì)增加成本與時(shí)間，但是對(duì)于提高產(chǎn)品出貨良率與降低返修次數(shù)，有顯著的效果，對(duì)于總成本反而會(huì)降低，另外客戶信任度也會(huì)有所提升，一般針對(duì)于電子零件的應(yīng)力篩選方式有預(yù)燒、溫度循環(huán)、高溫、低溫，PCB印刷電路板的應(yīng)力篩選方式為溫度循環(huán)，針對(duì)于電子成本的的應(yīng)力篩選為：通電預(yù)燒、溫度循環(huán)、隨機(jī)振動(dòng)，另外應(yīng)力篩本身是一種製程階段的過(guò)程，而不是一種試驗(yàn)，篩選是100％對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的程序。

應(yīng)力篩選適用產(chǎn)品階段：研發(fā)階段、批量生產(chǎn)階段、出廠前(篩選試驗(yàn)可以在元件、器件、連接器等產(chǎn)品或整機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行，根據(jù)要求不同可以有不同的篩選應(yīng)力)

應(yīng)力篩選比較：

a.恆定高溫預(yù)燒(Burn in)的應(yīng)力篩選，是目前電子IT產(chǎn)業(yè)常用析出電子元器件缺陷的方法，但是這種方式比較不適合用于篩選零件(PCB、IC、電阻、電容)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)在美國(guó)使用溫度循環(huán)對(duì)零件進(jìn)行篩選的公司數(shù)要比使用恆定高溫預(yù)燒對(duì)元件進(jìn)行篩選的公司數(shù)多5倍。

b.GJB/DZ34表示溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)篩選出缺陷的比例，溫度約占80%，振動(dòng)約占20%各種產(chǎn)品中篩出缺陷的分情況。

c.美國(guó)曾對(duì)42家企業(yè)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力可篩出15～25%的缺陷，而溫度循環(huán)可篩選出75～85%，如果兩者結(jié)合的話可達(dá)90%。

d.藉由溫度循環(huán)所檢測(cè)出的產(chǎn)品瑕疵類型比例：設(shè)計(jì)裕度不足：5%、生產(chǎn)做工失誤：33%、瑕疵零件：62%

溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的故障誘發(fā)說(shuō)明：
溫度循環(huán)誘發(fā)的產(chǎn)品故障原因?yàn)椋寒?dāng)溫度在上、下限極值溫度內(nèi)進(jìn)行循環(huán)時(shí)，產(chǎn)品產(chǎn)生交替膨脹和收縮，使產(chǎn)品中產(chǎn)生熱應(yīng)力和應(yīng)變。如果產(chǎn)品內(nèi)部有暫態(tài)的熱梯變(溫度不均勻性)，或產(chǎn)品內(nèi)部鄰接材料的熱膨脹係數(shù)彼此不匹配時(shí)，則這些熱應(yīng)力和應(yīng)變將會(huì)更加劇變。這種應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谌毕萏幾畲?，這種循環(huán)使缺陷長(zhǎng)大，最終可大到能造成結(jié)構(gòu)故障并產(chǎn)生電故障。例如，有裂紋的電鍍通孔其周圍最終完全裂開(kāi)，引起開(kāi)路。熱循環(huán)使焊接和印刷電路板上電鍍通孔..等產(chǎn)生故障的首要原因，溫度循環(huán)應(yīng)力篩選尤其最為適用于印刷電路板結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品。

溫度迴圈所激發(fā)出的故障模式或?qū)Ξa(chǎn)品的影響如下：
a.使涂層、材料或線頭上各種微觀裂紋擴(kuò)大
b.使粘接不好的接頭鬆弛
c.使螺釘連接或鉚接不當(dāng)?shù)慕宇^鬆弛
d.使機(jī)械張力不足的壓配接頭鬆弛
e.使品質(zhì)差的焊點(diǎn)接觸電阻加大或造成開(kāi)路
f.粒子、化學(xué)污染
g.密封失效
h.包裝問(wèn)題，例如保護(hù)涂層的連結(jié)
i.變壓器和線圈短路或斷路
j.電位計(jì)有瑕疵
k.焊接和熔接點(diǎn)接續(xù)不良
l.冷銲接點(diǎn)
m.多層板因處理不當(dāng)而開(kāi)路、短路
n.功率電晶體短路
o.電容器、電晶體不良
p.雙列式積體電路破損
q.因毀損或不當(dāng)組裝，造成幾乎短路的線匣或電纜
r.因處理不當(dāng)造成材質(zhì)的斷裂、破裂、刻痕..等
s.超差零件與材質(zhì)
t.電阻器因缺乏合成橡膠緩沖涂層而破裂
u.電晶體發(fā)涉及金屬帶接地出現(xiàn)髮樣裂紋
v.云母絕緣墊片破裂，導(dǎo)致電晶體短路
w.調(diào)協(xié)線圈金屬片固定方式不當(dāng)，導(dǎo)致不規(guī)律輸出
x.兩極真空管在低溫下內(nèi)部開(kāi)路
y.線圈間接性的短路
z.沒(méi)有接地的接線頭
a1.元器件參數(shù)漂移
a2.元器件安裝不當(dāng)
a3.錯(cuò)用元器件
a4.密封失效

溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的應(yīng)力參數(shù)介紹：
溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的應(yīng)力參數(shù)主要有下列幾項(xiàng)：高低溫極值范圍、駐留時(shí)間、溫變率、循環(huán)數(shù)
高低溫極值范圍：高低溫極值范圍愈大，所需循環(huán)數(shù)愈少，成本愈低，但是不可以超過(guò)產(chǎn)品可承受的極限，不引發(fā)新的故障構(gòu)因?yàn)樵瓌t，溫度變化的上下限差距不要少88°C，典型的變化范圍為-54°C到55°C。
駐留時(shí)間：另外駐留時(shí)間也不可以太短，否則來(lái)不及使待測(cè)品產(chǎn)生熱漲冷縮的應(yīng)力變化，至于駐留時(shí)間多少，不同產(chǎn)品的駐留時(shí)間皆不相同，可以參考相關(guān)規(guī)范要求。
循環(huán)數(shù)：至于溫度循環(huán)應(yīng)力篩選的循環(huán)數(shù)，也是考量產(chǎn)品特性、複雜度、溫度上下限以及篩選率在訂定，其篩選數(shù)也不可超過(guò)，否則會(huì)讓產(chǎn)品產(chǎn)生不必要的傷害，也無(wú)法提高篩選率，溫度循環(huán)數(shù)從1～10個(gè)循環(huán)[普通篩選、一次篩選]到20～60個(gè)循環(huán)[精密篩選、二次篩選]都有，針對(duì)去除最可能發(fā)生的做工(workmanship)缺陷，大約需要6～10個(gè)循環(huán)才能夠有效去除，另外針對(duì)于溫度循環(huán)的有效性，主要取決于產(chǎn)品表面的溫變率，而不是試驗(yàn)箱體裡面溫變率。

溫度循環(huán)的主要影響參數(shù)有下列七項(xiàng)：
（1）溫度范圍(Temperature Range)
（2）循環(huán)數(shù)(Number of Cycles)
（3）溫度變率(Temperature Rate of Chang)
（4）駐留時(shí)間(Dwell Time)
（5）風(fēng)速(Airflow Velocities)
（6）應(yīng)力均勻度(Uniformity of Stress)
（7）功能測(cè)試與否(Product Operating Condition)

溫變率及循環(huán)數(shù)對(duì)篩選率的比較表：
說(shuō)明：假設(shè)高低溫差(R)固定的條件下，其循環(huán)數(shù)也固定，溫變率越高其篩選率也會(huì)有所提高，如試驗(yàn)條件及規(guī)范有規(guī)定固定的溫變率，則增加循環(huán)數(shù)也可提高篩選率，但其篩選率有一定限度，并沒(méi)有辦法成線性提高。

應(yīng)力篩選疲勞分類：

一般關(guān)于疲勞研究之分類如，可分為高週疲勞(High-cycle Fatigue)、低週疲勞(Low-cycle Fatigue)及疲勞裂縫成長(zhǎng)(Fatigue Crack Growth)，而在低週疲勞方面又可細(xì)分為熱疲勞(Thermal Fatigue)及恆溫疲勞(Isothermal Fatigue)兩種。