環境應力篩選資料(Environment Stress Screen, ESS)

一.概念

（一）定義

GJB1032-1990 《電子產品環境應力篩選方法》（1991年頒布，后續相關部門有研究制定新版GJB1032A，但是目前為止沒有查到新版的標準）

3.1環境應力篩選

在電子產品施加隨機振動及溫度循環應力，以鑒別和剔除產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 《電子產品定量環境應力篩選指南》高低溫快速溫變試驗箱

3.1.14  應力篩選 stress screening

將機械應力、電應力和(或)熱應力施加到產品上，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程。

GJB 451-90《可靠性維修性術語 Reliability and Maintainability Terms》

2.8.4 環境應力篩選試驗 environmental stress screening test

為發現和排除**零件、元器件、工藝缺陷和防止出現早期失效，在環境應力下所做的一系列試驗。

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試驗箱

環境應力篩選的目的在于已知產品在實際使用中將會遇到的主要環境，以及其應力強度，選擇其*能激發在研制中的缺陷的環境和應力。強調以剔除元器件、部件的早期失效及暴露設計和制造工藝的不足而采取的有效措施。

（三）分類

環境應力篩選可分為3種類型：1)常規環境應力篩選、2）定量環境應力篩選和3）高加速環境應力篩選。

1）常規環境應力篩選

是指不要求篩選結果與產品可靠性目標和成本閾值建立定量關系的篩選。篩選所使用的方法是憑經驗確定的，對篩選效果的好壞和費用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期故障為目標。常規環境應力篩選現行標準是GJB 1032-90《電子產品環境應力篩選方法》，它的特點是易以掌握和應用，它是目前應用*廣泛、時間*長的篩選類型。

2）定量環境應力篩選

是指要求篩選的效果和成本與產品的可靠性指標和現場的故障修理費用之間建立定量關系的篩選。定量篩選是通過定量地選擇所用應力的強度和檢測儀表的檢測率，正好把計算得到的制造過程所引入的產品的缺陷全部剔除，從而使產品的早期故障率達到規定的定量目標值，現行標準是GJB/Z 34—93《電子產品定量環境應力篩選指南》。高低溫快速溫變試驗箱

由于定量篩選的應用需要提供正確的元器件和工藝的缺陷率、應力強度和檢測設備檢出能力的數據，而且篩選方案設計和方案調整過程非常繁雜，標準中提供的國內外這方面的數據不夠完整且準確度差，所以應用較少。

3）高加速應力篩選(HASS)

是近年來在高加速極限試驗(HALT)的基礎上發展起來的一種新的篩選類型，這種方法的特點是使用的應力大，需要的時間短。HASS應力強度比常規ESS大得多，只適用于研制階段過程應用HALT獲得工作極限和破壞極限的產品。

HASS技術目前在國際上雖然已開始越來越廣地應用，但并沒有制訂相應的標準。這一技術在國內基本還處于應用探索階段。

二、原理

1、失效率模型

浴缸曲線（bathtub curved）

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

 失效率浴缸曲線大致可分為三個階段：

1）早夭失效期(infant mortality period)

2）偶發失效期(random failure period)

3）磨耗失效期(wear-out failure period)

1）早夭失效期(infant mortality period)

當產品剛制造完成時，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，在這個階段中產品的失效率隨時間增加而逐漸遞減，稱為遞減失效率(decreasing failure rate， DFR)。

2）偶發失效期(random failure period)

當失效率隨時間減低至某一程度后即不再有顯著變化，失效現象為偶然隨機發生，因此稱為偶發失效期，其失效率幾乎為一常數值，稱為常數失效率(constant failure rate，CFR)，這段時間屬于產品設計的有用壽命期間，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)

過了偶發失效期，當時間接近產品的壽命時，由于在這個階段發生的失效現象都是因為長期操作應力破壞累積所造成的磨耗型失效，因此稱為磨耗失效期，在這個階段產品的失效率急速隨時間增加，稱為遞增失效率(increasing failure rate IER)。高低溫快速溫變試驗箱

2、應力與強度模型

典型的強度機率密度曲線

該模型研究實際環境應力與產品所能承受的強度的關系。

應力與強度均為隨機變量，因此，產品的失效與否將決定于應力分布和強度分布。隨著時間的推移，產品的強度分布將逐漸發生變化，如果應力分布與強度分布一旦發生了干預，產品就會出現失效。因此，研究應力與強度模型對了解產品的環境適應能力是很重要的。

一般產品若其按設計、選料和制造，理想中硬品的強度多為由正常群體(main population)所構成的單峰分布。

然而，在實際制造時，由于材料、零組件的質量不穩定，以及制造過程中技術人員素質不一、人為疏忽、或突發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)，使產品的強度 分布呈雙峰或多峰分布。高低溫快速溫變試驗箱

 環境應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境和使用應力就會發生失效現象，無法與正常群體一樣正常使用，因此必須通過篩選應力的處理和各種檢測方法的應用，才能有效的將產品中的缺陷發現并將其剔除。

不論對電子產品的生產過程進行多么嚴格的生產質量管理，材料、工藝、設備、操作、生產環境等總不可能**不變，因此，在一批產品中，不可避免地有一部份產品存在一些潛在的缺陷和弱點。

3、*弱鏈條模型

*弱鏈條模型是基于元器件的失效是發生在構成元器件的諸因素中*薄弱的部位這一事實而提出來的。

該模型對于研究電子產品在高溫下發生的失效*為有效，因為這類失效正是由于元器件內部潛在的微觀缺陷和污染，在經過制造和使用后而逐漸顯露出來的。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、反應速度模型

該模型認為元器件的失效是由于微觀的分子與原子結構發生了物理或化學的變化而引起的，從而導致在產品特性參數上的退化，當這種退化超過了某一界限，就發生失效，主要模型有Arrhenius（阿倫尼斯）模型和Eyring模型等。高低溫快速溫變試驗箱

一般產品若按設計圖紙選料和制造，理想中硬件的強度多為由正常群體所構成的單峰分布，然而在實際制造時，由于材料、零組件的質量不穩定，以及制造過程中技術人員素質不一、人為疏忽、或突發狀況等因素造成的工藝水平**，而產生一些帶有缺陷的產品，在正常群體中混合了一些早夭群體或畸型群體，使產品的強度力分布呈雙峰或多峰分布。