何為環(huán)境應(yīng)力篩選

環(huán)境應(yīng)力篩選（Environment Stress Screen，ESS）通過向電子或機(jī)電產(chǎn)品施加在設(shè)計范圍之內(nèi)的合理的環(huán)境應(yīng)力（如溫循、隨機(jī)振動等）或電應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速暴露出來的過程。科學(xué)合理的環(huán)境應(yīng)力篩選能夠提高產(chǎn)品的可靠性，減少外場返修率。

環(huán)境應(yīng)力篩選對有潛在缺陷的產(chǎn)品誘發(fā)其故障，排查出早期故障，即下圖浴盆曲線中描述的早期故障期的缺陷產(chǎn)品。對于不存在缺陷性能良好的產(chǎn)品而言是非破壞性試驗。

圖 1 浴盆曲線

在哪個層次進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選

環(huán)境應(yīng)力篩選的主要目的是剔除制造過程中使用的不良元器件和引入的工藝缺陷，應(yīng)著重加強(qiáng)對元器件的篩選，但為保證產(chǎn)品具有足夠的可靠性，也應(yīng)將篩選貫穿于制造過程的各階段，應(yīng)盡量在每一組裝層次上進(jìn)行，以剔除低層次產(chǎn)品裝成高層次產(chǎn)品過程中引入的缺陷。例如對電子產(chǎn)品，應(yīng)在元器件、組件和設(shè)備等各組裝層次上進(jìn)行。任何一個高一級的篩選雖然能部分替代低一級組件上的篩選，但篩選效率將降低，且會大大提高篩選的成本。

圖 2 電子產(chǎn)品層級舉例

表 1 不同組合層次單個失效的平均改進(jìn)成本（美元）

典型的應(yīng)力篩選類型

確定試驗環(huán)境條件，首先要對受試產(chǎn)品預(yù)期將經(jīng)受的環(huán)境條件進(jìn)行全面地分析，并判斷產(chǎn)品的可靠性對哪些環(huán)境應(yīng)力最為敏感。

典型的應(yīng)力篩選類型包括溫度循環(huán)、隨機(jī)振動、高溫、電應(yīng)力、熱沖擊、正弦定頻振動、正弦掃描振動、低溫、綜合環(huán)境、濕度、加速度、高度等。根據(jù)美國環(huán)境科學(xué)學(xué)會的研究，其中以溫度循環(huán)和隨機(jī)振動的效率最佳。據(jù)統(tǒng)計分析，機(jī)電、電子產(chǎn)品由環(huán)境因素引起的故障占總故障的52%，其中由溫度引起的故障占40%，由振動引起的故障占27%，由濕度引起的故障占19%。

對于一些特殊的產(chǎn)品還應(yīng)加上其他應(yīng)力，如對高度敏感時應(yīng)加上低氣壓（真空度）應(yīng)力。試驗時還應(yīng)對產(chǎn)品通電，即施加電應(yīng)力。

圖 3 不同類型應(yīng)力的相對篩選效率

表 2 溫度循環(huán)和隨機(jī)振動可激發(fā)的缺陷類型

表 3 溫度循環(huán)與隨機(jī)振動應(yīng)力試驗的特點

溫度循環(huán)

關(guān)鍵參數(shù)包括溫度變化范圍（幅度）、溫度變化速率、上下限溫度保持時間、循環(huán)次數(shù)。典型的溫度循環(huán)曲線和不同溫度變化速率的篩選度曲線如下。

圖 4 溫度循環(huán)曲線

圖 5 集中溫度變化速率的篩選度對比

隨機(jī)振動

關(guān)鍵參數(shù)包括頻率范圍、加速度功率譜密度、加速度功率譜形、持續(xù)時間、施振軸向。典型的功率譜密度圖和隨機(jī)振動篩選效率與加速度均方根及試驗時間關(guān)系圖如下。

圖 6 隨機(jī)振動功率譜密度圖

圖 7 隨機(jī)振動篩選效率

環(huán)境應(yīng)力篩選實施過程

依據(jù)GJB 1032A的規(guī)定，環(huán)境應(yīng)力篩選程序由初始性能檢測、缺陷剔除試驗、無故障檢驗及最后性能檢測等組成。

圖 8 環(huán)境應(yīng)力篩選程序

其中缺陷剔除試驗階段包括5min的隨機(jī)振動篩選和10個循環(huán)的溫度循環(huán)篩選，無故障檢驗篩選階段包括10個~20個循環(huán)的溫度循環(huán)篩選和5min~15min的隨機(jī)振動篩選，其目的是驗證篩選的有效性。試驗過程中應(yīng)通電監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)因應(yīng)力導(dǎo)致的產(chǎn)品間歇故障。

環(huán)境應(yīng)力篩選方法及參考標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境應(yīng)力篩選的方法主要分為3種，常規(guī)篩選、定量篩選以及高加速應(yīng)力篩選。

常規(guī)篩選

常規(guī)篩選是目前工程應(yīng)用最為廣泛的一種方法。常規(guī)篩選是指不要求篩選結(jié)果與產(chǎn)品可靠性指標(biāo)和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。篩選所用的方法是憑經(jīng)驗確定的。僅以篩選出早期故障為目標(biāo)。如果篩選條件選擇不當(dāng)，篩選后的產(chǎn)品不一定能達(dá)到故障基本恒定階段。

參考標(biāo)準(zhǔn)：GJB1032A-2020電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法

定量篩選

定量篩選是常規(guī)篩選的發(fā)展。定量篩選是指要求篩選效果、成本與產(chǎn)品可靠性現(xiàn)場的故障修理費(fèi)用之間建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選應(yīng)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計已確定（包括選用元器件）和掌握了篩選應(yīng)力對其影響方面的信息情況下才能進(jìn)行。

參考標(biāo)準(zhǔn)：GJB/Z34-1993 電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南

高加速篩選

高加速應(yīng)力篩選是一種激發(fā)試驗方法，其理論依據(jù)為故障物理學(xué)。把產(chǎn)品故障或失效當(dāng)做研究的主要對象，通過激發(fā)、分析研究和根治產(chǎn)品缺陷達(dá)到提高產(chǎn)品可靠性的目的。

參考標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T32466-2015電工電子產(chǎn)品加速應(yīng)力試驗規(guī)程高加速應(yīng)力篩選導(dǎo)則

GBT 34986-2017產(chǎn)品加速試驗方法