環(huán)境應(yīng)力篩選資料(Environment Stress Screen, ESS)

一.概念

（一）定義

GJB1032-1990 《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》（1991年頒布，后續(xù)相關(guān)部門有研究制定新版GJB1032A，但是目前為止沒(méi)有查到新版的標(biāo)準(zhǔn)）

3.1環(huán)境應(yīng)力篩選

在電子產(chǎn)品施加隨機(jī)振動(dòng)及溫度循環(huán)應(yīng)力，以鑒別和剔除產(chǎn)品工藝和元件引起的早期故障的一種工序或方法。

GJB/Z 34-1993 《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

3.1.14  應(yīng)力篩選 stress screening

將機(jī)械應(yīng)力、電應(yīng)力和(或)熱應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，以使元器件和工藝方面的潛在缺陷以早期故障形式析出的過(guò)程。

GJB 451-90《可靠性維修性術(shù)語(yǔ) Reliability and Maintainability Terms》

2.8.4 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) environmental stress screening test

為發(fā)現(xiàn)和排除**零件、元器件、工藝缺陷和防止出現(xiàn)早期失效，在環(huán)境應(yīng)力下所做的一系列試驗(yàn)。

http://www.docin.com/p-505355254.html

 MIL-HDBK-2164A (1996) 《Department Of Defense Handbook Environmental Stress Screening Process for Electronic Equipment》

3.1 Definitions. Definitions applicable to this handbook are:

Environmental Stress Screening -ESS of a product is a process which involves the application of one or more specific types of environmental stresses for the purpose of precipitating to hard failure, latent, intermittent, or incipient defects or flaws which would otherwise cause product failure in the use environment. The stress may be applied either in combination or in sequence on an accelerated basis, but within product design capabilities.

（二）目的高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

環(huán)境應(yīng)力篩選的目的在于已知產(chǎn)品在實(shí)際使用中將會(huì)遇到的主要環(huán)境，以及其應(yīng)力強(qiáng)度，選擇其*能激發(fā)在研制中的缺陷的環(huán)境和應(yīng)力。強(qiáng)調(diào)以剔除元器件、部件的早期失效及暴露設(shè)計(jì)和制造工藝的不足而采取的有效措施。

（三）分類

環(huán)境應(yīng)力篩選可分為3種類型：1)常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選、2）定量環(huán)境應(yīng)力篩選和3）高加速環(huán)境應(yīng)力篩選。

1）常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選

是指不要求篩選結(jié)果與產(chǎn)品可靠性目標(biāo)和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。篩選所使用的方法是憑經(jīng)驗(yàn)確定的，對(duì)篩選效果的好壞和費(fèi)用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期故障為目標(biāo)。常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GJB 1032-90《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》，它的特點(diǎn)是易以掌握和應(yīng)用，它是目前應(yīng)用*廣泛、時(shí)間*長(zhǎng)的篩選類型。

2）定量環(huán)境應(yīng)力篩選

是指要求篩選的效果和成本與產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)的故障修理費(fèi)用之間建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選是通過(guò)定量地選擇所用應(yīng)力的強(qiáng)度和檢測(cè)儀表的檢測(cè)率，正好把計(jì)算得到的制造過(guò)程所引入的產(chǎn)品的缺陷全部剔除，從而使產(chǎn)品的早期故障率達(dá)到規(guī)定的定量目標(biāo)值，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GJB/Z 34—93《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》。高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

由于定量篩選的應(yīng)用需要提供正確的元器件和工藝的缺陷率、應(yīng)力強(qiáng)度和檢測(cè)設(shè)備檢出能力的數(shù)據(jù)，而且篩選方案設(shè)計(jì)和方案調(diào)整過(guò)程非常繁雜，標(biāo)準(zhǔn)中提供的國(guó)內(nèi)外這方面的數(shù)據(jù)不夠完整且準(zhǔn)確度差，所以應(yīng)用較少。

3）高加速應(yīng)力篩選(HASS)

是近年來(lái)在高加速極限試驗(yàn)(HALT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的篩選類型，這種方法的特點(diǎn)是使用的應(yīng)力大，需要的時(shí)間短。HASS應(yīng)力強(qiáng)度比常規(guī)ESS大得多，只適用于研制階段過(guò)程應(yīng)用HALT獲得工作極限和破壞極限的產(chǎn)品。

HASS技術(shù)目前在國(guó)際上雖然已開始越來(lái)越廣地應(yīng)用，但并沒(méi)有制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)基本還處于應(yīng)用探索階段。

二、原理

1、失效率模型

浴缸曲線（bathtub curved）

產(chǎn)品的失效率隨生命周期時(shí)間而變化，一般的變化趨勢(shì)呈浴缸形，稱之為浴缸曲線（bathtub curved）

 失效率浴缸曲線大致可分為三個(gè)階段：

1）早夭失效期(infant mortality period)

2）偶發(fā)失效期(random failure period)

3）磨耗失效期(wear-out failure period)

1）早夭失效期(infant mortality period)

當(dāng)產(chǎn)品剛制造完成時(shí)，就好像嬰兒容易生病一樣，失效率很高，因而稱為為早夭失效期，在這個(gè)階段中產(chǎn)品的失效率隨時(shí)間增加而逐漸遞減，稱為遞減失效率(decreasing failure rate， DFR)。

2）偶發(fā)失效期(random failure period)

當(dāng)失效率隨時(shí)間減低至某一程度后即不再有顯著變化，失效現(xiàn)象為偶然隨機(jī)發(fā)生，因此稱為偶發(fā)失效期，其失效率幾乎為一常數(shù)值，稱為常數(shù)失效率(constant failure rate，CFR)，這段時(shí)間屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有用壽命期間，因此又稱為有用壽命期(useful period)或壯年期。

3）磨損失效期(wear-out failure period)

過(guò)了偶發(fā)失效期，當(dāng)時(shí)間接近產(chǎn)品的壽命時(shí)，由于在這個(gè)階段發(fā)生的失效現(xiàn)象都是因?yàn)殚L(zhǎng)期操作應(yīng)力破壞累積所造成的磨耗型失效，因此稱為磨耗失效期，在這個(gè)階段產(chǎn)品的失效率急速隨時(shí)間增加，稱為遞增失效率(increasing failure rate IER)。高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

2、應(yīng)力與強(qiáng)度模型

典型的強(qiáng)度機(jī)率密度曲線

該模型研究實(shí)際環(huán)境應(yīng)力與產(chǎn)品所能承受的強(qiáng)度的關(guān)系。

應(yīng)力與強(qiáng)度均為隨機(jī)變量，因此，產(chǎn)品的失效與否將決定于應(yīng)力分布和強(qiáng)度分布。隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)品的強(qiáng)度分布將逐漸發(fā)生變化，如果應(yīng)力分布與強(qiáng)度分布一旦發(fā)生了干預(yù)，產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)失效。因此，研究應(yīng)力與強(qiáng)度模型對(duì)了解產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力是很重要的。

一般產(chǎn)品若其按設(shè)計(jì)、選料和制造，理想中硬品的強(qiáng)度多為由正常群體(main population)所構(gòu)成的單峰分布。

然而，在實(shí)際制造時(shí)，由于材料、零組件的質(zhì)量不穩(wěn)定，以及制造過(guò)程中技術(shù)人員素質(zhì)不一、人為疏忽、或突發(fā)狀況等因素造成的缺陷，在正常群體中混合 了一些早夭群體(infant population)或畸形群體(freak population)，使產(chǎn)品的強(qiáng)度 分布呈雙峰或多峰分布。高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

 環(huán)境應(yīng)力篩選的目的是篩除其中的早夭及畸形群體部份，而保留正常群體。

這些早夭和畸形群體在遭受正常的環(huán)境和使用應(yīng)力就會(huì)發(fā)生失效現(xiàn)象，無(wú)法與正常群體一樣正常使用，因此必須通過(guò)篩選應(yīng)力的處理和各種檢測(cè)方法的應(yīng)用，才能有效的將產(chǎn)品中的缺陷發(fā)現(xiàn)并將其剔除。

不論對(duì)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行多么嚴(yán)格的生產(chǎn)質(zhì)量管理，材料、工藝、設(shè)備、操作、生產(chǎn)環(huán)境等總不可能**不變，因此，在一批產(chǎn)品中，不可避免地有一部份產(chǎn)品存在一些潛在的缺陷和弱點(diǎn)。

3、*弱鏈條模型

*弱鏈條模型是基于元器件的失效是發(fā)生在構(gòu)成元器件的諸因素中*薄弱的部位這一事實(shí)而提出來(lái)的。

該模型對(duì)于研究電子產(chǎn)品在高溫下發(fā)生的失效*為有效，因?yàn)檫@類失效正是由于元器件內(nèi)部潛在的微觀缺陷和污染，在經(jīng)過(guò)制造和使用后而逐漸顯露出來(lái)的。暴露*顯著、*迅速的地方，就是*薄弱的地方，也是*先失效的地方。

4、反應(yīng)速度模型

該模型認(rèn)為元器件的失效是由于微觀的分子與原子結(jié)構(gòu)發(fā)生了物理或化學(xué)的變化而引起的，從而導(dǎo)致在產(chǎn)品特性參數(shù)上的退化，當(dāng)這種退化超過(guò)了某一界限，就發(fā)生失效，主要模型有Arrhenius（阿倫尼斯）模型和Eyring模型等。高低溫快速溫變?cè)囼?yàn)箱

一般產(chǎn)品若按設(shè)計(jì)圖紙選料和制造，理想中硬件的強(qiáng)度多為由正常群體所構(gòu)成的單峰分布，然而在實(shí)際制造時(shí)，由于材料、零組件的質(zhì)量不穩(wěn)定，以及制造過(guò)程中技術(shù)人員素質(zhì)不一、人為疏忽、或突發(fā)狀況等因素造成的工藝水平**，而產(chǎn)生一些帶有缺陷的產(chǎn)品，在正常群體中混合了一些早夭群體或畸型群體，使產(chǎn)品的強(qiáng)度力分布呈雙峰或多峰分布。