新聞資訊發(fā)表時間：2024-07-29 22:48:06 點擊：次 發(fā)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(jù)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(chǎn)品應力的影響規(guī)律。
一、隨機振動應力篩選條件
為了使產(chǎn)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(chǎn)生損壞，PCBA加工廠家可適當調(diào)整輸入振動譜型和量值。要做到這一點，必須事先對產(chǎn)品進行詳細的振動調(diào)查?！?/p>
即使產(chǎn)品實際使用中不經(jīng)受任何振動，隨機振動一般也是適用的。這是因為環(huán)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?！?/p>
1、隨機振動激發(fā)出的主要故障模式
由隨機振動激發(fā)出的主要故障模式或影響如下：
1）結(jié)構(gòu)部件、引線或元件接頭產(chǎn)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?shù)脑骷€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?shù)拇嘈越^緣材料出現(xiàn)裂紋?！?/p>
表征隨機振動篩選應力的基本參數(shù)是頻率范圍、加速度功率譜密度（PSD）、振動時間和振動軸向?！?/p>
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(nèi)就能產(chǎn)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(chǎn)品經(jīng)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(nèi)，不會產(chǎn)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?！?/p>
加速度均方根值、功率譜密度和等效時間的一些對應數(shù)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?！?/p>
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(xù)頻率上都施加振動且達到適當?shù)恼駝幼V量值，連續(xù)振動時，僅需規(guī)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?！?/p>
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(chǎn)品一般都能獲得滿意的結(jié)果，因此可將其作為這類產(chǎn)品的基線振動方案。但圖2的譜可能不適用于結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品，特別是包含有光電和機電裝置的產(chǎn)品。因此，應當設法根據(jù)產(chǎn)品特性確定振動應力條件，由于篩選要根據(jù)所析出的缺陷類型和數(shù)量以及受篩產(chǎn)品交付后現(xiàn)場故障情況進行調(diào)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(chǎn)品的內(nèi)部響應。因此，篩選過程中有必要測量受篩產(chǎn)品內(nèi)部響應。
4、持續(xù)時間
在有關振動篩選持續(xù)時間方面，可得到的數(shù)據(jù)是很少的。典型的篩選是進行10min，而且一些篩選是在產(chǎn)品斷電不工作狀態(tài)下進行的。在這些條件下，不可能確定缺陷何時已發(fā)展成故障，間歇故障也將無法找出。
經(jīng)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(nèi)出現(xiàn)的，這些經(jīng)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(xiàn)象說明加速激發(fā)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(shù)缺陷?！?/p>
5、試驗軸向
原則上，篩選時隨機振動一般應在產(chǎn)品的三個軸向上進行，具體進行幾個軸向的振動，可依據(jù)具體情況按以下方法確定：
1）如果足夠的數(shù)據(jù)能證明在其他軸向發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(diào)查，確定產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)缺陷的能力，應當通過振動分析、調(diào)查或經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(diào)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(fā)現(xiàn)缺陷方面最為有效，篩選的有效性取決于單元或系統(tǒng)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(jù)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(yōu)勢頻率處有足夠的能量去發(fā)現(xiàn)大多數(shù)預期的缺陷。
在兩個或三個軸向同時激勵產(chǎn)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(zhuǎn)激勵。很明顯，其優(yōu)點是可大大減少篩選時間和安裝費用。不過，應對被篩產(chǎn)品進行全面的振動調(diào)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(chǎn)品施加一定頻率和幅值的正弦振動，以便PCBA加工廠家發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，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(chǎn)品內(nèi)要重點加以篩選的元部件的共振頻率進行激勵，產(chǎn)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(fā)的故障模式與隨機振動相同，但激發(fā)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(shù)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。
