[发明专利]适用于星上产品返修后的非对称性热试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种为暴露星上产品材料和工艺制造质量方面的潜在缺陷试验方法，特别涉及适用于星上产品返修后的非对称性热试验方法，属于星上产品再试验技术领域。

背景技术

星上产品是很特殊的一类产品，其特殊性不仅在于它经受的环境十分特殊和复杂，而在于它是小批量甚至单件生产，并要求有极高的可靠性。为确保卫星能够在发射入轨后在规定的寿命期内完成规定的任务，需要在研制过程中通过各种手段来验证其设计和制造质量满足要求，能够经受将遇到的各种环境的作用而可靠的工作，因此形成了一套独特的验证程序来保证它的性能要求和可靠性。实践证明，通过大量的环境试验来验证星上产品是最有效的。为了更有效的进行试验验证，各国都制定了相关标准，这些标准随着实践经验的积累和相关研究工作的进展，每隔一定时间都要进行修订，使之更有效。

根据美军标MIL-STD-1540D中的资料，星上产品试验与常见失效模式的识别关系（如下表1所示为美军标MIL-STD-1540D中试验项目与常见失效模式的识别关系）和1981年ESSH（环境科学研究所）在广泛的调研后对13种试验方法进行了有效性排序（如图1所示）。1999年ESA开展了类似的研究(Model And Test Effectiveness Study)，形成数据库MATESD，根据统计得到不同试验项目的有效性（如下表2所示为ESA研究试验项目与常见失效模式的识别关系）。说明热循环试验（含常压和热真空试验）是暴露组件制造质量缺陷最有效的试验方法。原因是：一方面热（高温环境）能诱发出电子元器件各种故障模式，如二次慢俘获、表面电荷扩散、蠕变、电迁移、介质击穿等；另一方面，热（一定的温变速率、温变范围）能导致机械应力（疲劳），能诱发出组件的制造质量缺陷，如印刷电路、焊点、管脚、材料和制造工艺上的缺陷。热循环的试验剖面有高温端和低温端，同时对高低温之间的温变速率还有要求，这对于暴露组件的制造质量缺陷是很有效的，这可以用两种失效机理来解释。

表1

第一种失效机理是根据与阿伦尼斯反应率有关的物理现象，它认为电子元器件处于高温下的时间长短是验证其可靠性的关键，公式（1）是电子产品元器件失效率、激活能和温度关系的阿伦尼斯数学模型如公式(1)：

λ/λ0＝exp{-Ea/K（1/T-1/T₀）}    (1)

式中：

λ——温度T时的反应率（单位时间失效率）

λ0——参考温度T0时的反应率；

Ea——激活能ev（表示活化分子的平均能量与所有分子平均能量的差值）；

T——绝对温度温标（K）；

T0——绝对温标参考温度（K）；

K——玻尔兹曼常数（8.617×10^-5ev/K）。

它的数学模型反应出元器件失效率与元器件结温的关系，元器件结温越高其失效率也越高，诱发出故障也越高且呈指数分布上升趋势。因此，元器件结温高低与组件试验温度高低密切相关。第一种失效机理说明了要暴露电子元器件的可能潜在的失效模式，就需要有一定的高温温度和在其温度下工作的时间。

表2

第二种失效机理是产品中固有或被诱发的缺陷在热循环试验时由热导致的机械应力（包括疲劳）能促使缺陷的暴露原理。也就是说如果组件内存在固有的或诱发的缺陷，当组件温度在热循环试验高低温度变化时，组件中不同材料会产生交替膨胀和收缩，同时在极端温度状态下组件通电工作将促使组件内热应力和应变扩大，从而导致组件内部出现瞬时热梯度，这种热应力和应变在组件有缺陷处是最大的，如果组件内部相连接部分材料的热膨胀系数不匹配或是材料、元器件本身有损伤，则在这些部位的热应力和应变将会加剧，并出现应力集中。随着循环加载（循环次数增加），在热应力和应变的作用下，缺陷将发生扩展或变成故障现象被检测出来。可用公式（2）定量筛选应力（变）的数学模型计算常压热循环筛选度

SS＝1-exp{-0.0017（R+0.6）^0.6[ln(e+v)]³N}    （2）

式中：

SS——筛选度

R——温度变化范围(T1-T2)℃

e——自然对数的底

v——温度变化速率(℃/min)

N——循环次数；