新聞資訊發表時間：2024-07-29 22:48:06 點擊：次 發布人：admin
PCBA可靠性測試|振動應力篩選條件的確定
“振動測試”占據著PCBA可靠性工程的重要地位，本文RASEM小編將從振動頻率、軸向、時間定義等方面闡述振動測試對PCBA產品應力的影響規律。
一、隨機振動應力篩選條件
為了使產品中要重點加以篩選的元部件受到強應力篩選，而又使對振動敏感的關鍵元部件或響應過大的部位不產生損壞，PCBA加工廠家可適當調整輸入振動譜型和量值。要做到這一點，必須事先對產品進行詳細的振動調查。
即使產品實際使用中不經受任何振動，隨機振動一般也是適用的。這是因為環境應力篩選重點考慮的是其把缺陷變成故障的能力，而不管實際使用壽命中這些缺陷如何變成故障。
1、隨機振動激發出的主要故障模式
由隨機振動激發出的主要故障模式或影響如下：
1）結構部件、引線或元件接頭產生疲勞；
2）電纜磨損、引線脫開、密封破壞及虛焊點脫開；
3）螺釘松馳；
4）安裝不當的元器件引線斷裂；
5）釬焊接頭受到高應力，引起釬接薄弱點故障；
6）元器件引線因沒有充分消除應力而造成損壞；
7）已受損或安裝不當的脆性絕緣材料出現裂紋。
表征隨機振動篩選應力的基本參數是頻率范圍、加速度功率譜密度（PSD）、振動時間和振動軸向。
2、篩選強度
隨機振動的篩選強度可按公式計算：
SS—篩選強度；
Grms—實測的振動加速度均方根值，g；
t—振動時間，min。
圖1表明了不同振動量值的篩選強度，從圖1可以看出，加速度量值越大，篩選效果越好。圖中曲線也表明，篩選時間越長，篩選效果越好，隨機振動效果相當顯著，一般在15min～30min內就能產生最理想的效果。過分延長隨機振動時間，不僅不會增加篩選效果，反而可能會引起損傷，一般認為產品經受0.04g2/Hz的隨機振動（按圖2的譜形），并將振動時間控制在30min以內，不會產生疲勞損傷。當用此譜形按其他量值振動時，其等效時間可按公式計算。
t0—等效時間，min；
W0—基準振動量值，0.04g2/Hz；
W1—實際振動量值，g2/Hz。
加速度均方根值、功率譜密度和等效時間的一些對應數值見表1。
3、隨機振動譜
典型的隨機振動譜見圖2，表示在不同頻率上的振動量值大小，常常也用頻譜的加速度總均方根值來表示隨機振動的強度，加速度總均方根值按公式計算求出。
式中：
Grms—加速度總均方根值，g；
Ai—譜型下各部分面積，i=1，2，3，g2。
考慮振動頻譜和量值時，重的信號應是寬帶的，頻率范圍至少為100Hz~1000Hz左右，以保證在所有時間在連續頻率上都施加振動且達到適當的振動譜量值，連續振動時，僅需規定和控制所要求的振動譜量值，但需達到滿意的總均方根量值。
GJBl032和GJB／Z34中均建議采用圖2所示的振動譜或與其等效的隨機或合成隨機振動作為篩選輸入，實踐證明，將這些條件作用于單元這一組裝等級的電子產品一般都能獲得滿意的結果，因此可將其作為這類產品的基線振動方案。但圖2的譜可能不適用于結構復雜的產品，特別是包含有光電和機電裝置的產品。因此，應當設法根據產品特性確定振動應力條件，由于篩選要根據所析出的缺陷類型和數量以及受篩產品交付后現場故障情況進行調整，振動應力有時需要反復進行確定。應當指出，盡管用“輸入”來描述篩選應力和控制振動激勵，但把缺陷析出的卻是受篩產品的內部響應。因此，篩選過程中有必要測量受篩產品內部響應。
4、持續時間
在有關振動篩選持續時間方面，可得到的數據是很少的。典型的篩選是進行10min，而且一些篩選是在產品斷電不工作狀態下進行的。在這些條件下，不可能確定缺陷何時已發展成故障，間歇故障也將無法找出。
經驗表明，尋找缺陷至少需要5min振動時間，而且基本所有缺陷都是在激勵的第一分鐘內出現的，這些經驗是在使單元在較高（而不是破壞性的）激勵量值下工作時獲得的，這種現象說明加速激發將能快速地析出缺陷，只要正確確定振動篩選方案，每軸向l0min的隨機振動就足以析出大多數缺陷。
5、試驗軸向
原則上，篩選時隨機振動一般應在產品的三個軸向上進行，具體進行幾個軸向的振動，可依據具體情況按以下方法確定：
1）如果足夠的數據能證明在其他軸向發現的缺陷極少，則可以僅在單一振動軸向上進行有效的振動篩選。把振動限于單一軸向比在各軸依次篩選所需的篩選工作量和安裝時間少。然而，任意將篩選限于某一單一軸向（一般是在垂直于電路板平面的方向）可能會限制整個篩選發現缺陷的有效性。決定單軸向激勵時，要在三個互相垂直的軸間進行振動調查，確定產品關鍵部位的響應，以找出最有效軸向，這是保證單軸篩選有效性的重要步驟；
2）增加到在兩個軸向依次進行篩選將明顯提高發現缺陷的能力。然而，任意指定在某兩個軸向進行篩選，可能會限制發現缺陷的能力，應當通過振動分析、調查或經驗數據來確定這兩個軸向。當電路板的布置使其必須在兩個軸向振動，以便保證在垂直于特定組件中每個電路板平面的方向上都進行篩選時，選擇兩軸向篩選是合理的。用振動調查來確定軸向，則是保證二軸向篩選有效性的重要步驟；
3）通常情況下，三軸向篩選在發現缺陷方面最為有效，篩選的有效性取決于單元或系統對振動激勵的響應。在每一軸向隨意施加一個固定的輸入會導致過應力或欠應力，因此，理想的篩選是在每一軸向施加根據前述方法導出的每一軸向特有的輸入量值，這就能保證在每個軸向的優勢頻率處有足夠的能量去發現大多數預期的缺陷。
在兩個或三個軸向同時激勵產品的振動篩選可以滿足激勵主要響應軸的要求，同時還增加了旋轉激勵。很明顯，其優點是可大大減少篩選時間和安裝費用。不過，應對被篩產品進行全面的振動調查，以確定多軸向同時激勵是合適的。
二、正弦振動應力篩選條件
正弦振動應力篩選是對受篩產品施加一定頻率和幅值的正弦振動，以便PCBA加工廠家發現產品的薄弱環節，按照振動信號的類型，又可分為正弦掃頻振動和正弦定頻振動。正弦掃頻振動中，能依次用一定的時間對產品內要重點加以篩選的元部件的共振頻率進行激勵，產生共振，但由于不是同時激勵，作用時間較短，其篩選效果較隨機振動低，存在的問題是不易避開敏感元器件的共振頻率。正弦定頻振動中，正弦振動的頻率和幅值保持不變。
正弦振動所激發的故障模式與隨機振動相同，但激發故障的速度要比隨機振動低很多。
表征正弦振動篩選應力的基本參數為振動頻率、加速度峰值、振動時間、振動軸向和掃頻速度。
1、篩選強度
正弦掃頻振動篩選強度按公式計算。
式中：
SS—篩選強度；
G—單峰加速度量值，g；
t—振動時間，min。
圖3為正弦掃頻振動應力篩選的篩選強度曲線，將圖3中的曲線與圖1對比，可以看出用相同時間達到同一篩選強度，正弦掃頻振動所需加速度量值要比隨機振動大得多，用同樣的振動量值達到同一篩選強度，正弦掃頻振動所花的時間比隨機振動長得多。
2、應力確定方法
正弦振動應力的確定方法與隨機振動篩選應力的確定方法相類似。
