環(huán)境應(yīng)力篩選（Environmental Stress Screening，ESS）起源于20世紀(jì)60年代美國阿波羅飛船強(qiáng)化環(huán)境試驗(yàn)的總結(jié)，并逐步從國防軍工行業(yè)拓展至民用行業(yè)。根據(jù)GJB 451A-2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》的定義，環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）是通過施加規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)和剔除制造過程中的不良零件、元器件和工藝缺陷等早期故障，從而減少早期故障的一種工序或方法。本文將介紹航天電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)的要求和流程。

環(huán)境應(yīng)力篩選的背景與意義

大多數(shù)不可修復(fù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線呈現(xiàn)“浴盆曲線”，可分為早期故障期、偶發(fā)故障期和磨損故障期三個階段。ESS試驗(yàn)通過加速產(chǎn)品老化以暴露缺陷，幫助產(chǎn)品盡快渡過早期故障期，達(dá)到較低的失效率。雖然ESS并不能提升產(chǎn)品的固有可靠度，但通過發(fā)現(xiàn)并剔除潛在缺陷，能夠顯著提高產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量。

典型故障率浴盆曲線

應(yīng)用范圍

環(huán)境應(yīng)力篩選主要適用于電子產(chǎn)品，包括電子組件、單機(jī)和系統(tǒng)。原則上，亦可用于電氣、光電、機(jī)電或電化學(xué)產(chǎn)品。

篩選應(yīng)力類型

據(jù)國內(nèi)外已發(fā)表的ESS調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，在常用的12種環(huán)境應(yīng)力中，溫度循環(huán)和隨機(jī)振動是最有效的篩選應(yīng)力。因此，電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選一般采用溫度循環(huán)和隨機(jī)振動應(yīng)力。

篩選應(yīng)力類型及有效加權(quán)值

溫度循環(huán)

溫度循環(huán)是通過將產(chǎn)品暴露在高溫和低溫環(huán)境中，模擬實(shí)際使用過程中可能遇到的溫度變化，從而發(fā)現(xiàn)潛在缺陷。主要激發(fā)出的故障模式包括：

1. 涂層、材料或線頭上各種微裂紋擴(kuò)大。

2. 粘結(jié)不好的接頭松弛。

3. 螺釘連接或鉚接不當(dāng)?shù)慕宇^松弛。

4. 材料熱膨脹系數(shù)不同引起的變形和應(yīng)力故障。

5. 機(jī)械張力不足的壓配接頭松弛。

6. 質(zhì)差的釬焊接觸電阻增加或開路。

7. 運(yùn)動件及密封件故障。

隨機(jī)振動

隨機(jī)振動通過施加不同頻率和幅度的振動載荷，評估產(chǎn)品在振動環(huán)境下的可靠性和耐久性。主要激發(fā)出的故障模式包括：

1. 結(jié)構(gòu)部件、引線或元件接頭產(chǎn)生疲勞，尤其是導(dǎo)線上有微裂紋的情況。

2. 電纜磨損。

3. 接頭松弛。

4. 安裝加工不當(dāng)?shù)募呻娐菲撀洹?/p>

5. 匯流條及連到電路板上的釬焊接頭受到振動應(yīng)力，導(dǎo)致釬接薄弱點(diǎn)故障。

6. 元器件及引線布置不良造成損壞。

7. 已受損或安裝不當(dāng)?shù)拇嘈越^緣材料出現(xiàn)裂紋。

常規(guī)篩選應(yīng)力的確定方法

航天電子產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)力篩選試驗(yàn)，主要依據(jù)兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：QJ 3138《航天產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選指南》和GJB 1032A《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》。根據(jù)這些規(guī)范，航天電子產(chǎn)品應(yīng)力篩選試驗(yàn)一般要求如下：

ESS溫度循環(huán)

1. 溫度范圍：一般取產(chǎn)品的工作極限溫度或超過產(chǎn)品的工作極限溫度，但不能超過產(chǎn)品的設(shè)計極限溫度。

2. 溫變速率：箱內(nèi)空氣溫度在溫度范圍內(nèi)的平均變化率應(yīng)不小于10℃/min。

3. 循環(huán)次數(shù)：總循環(huán)次數(shù)一般不少于10次。

4. 保持時間：應(yīng)確保產(chǎn)品內(nèi)部冷透或熱透，并有足夠的測試時間。

5. 加電要求：

   - 篩選中應(yīng)盡量通電并進(jìn)行性能檢測，以提高篩選效率。

   - 一般在高組裝級（組件或系統(tǒng)級）進(jìn)行通電和檢測，低組裝級（印制線路組件）不進(jìn)行通電和檢測。

6. 注意事項(xiàng)：

   - 應(yīng)備有產(chǎn)品放置擱架，以利于被篩選產(chǎn)品充分暴露于篩選設(shè)備箱內(nèi)空氣中。

   - 試驗(yàn)時應(yīng)采取措施對濕度進(jìn)行控制，防止產(chǎn)品受潮。

   - 對于光電、機(jī)電一體化產(chǎn)品，可僅針對產(chǎn)品的電子部分進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。

ESS隨機(jī)振動

1. 振動量級：功率譜密度一般取0.04g2/Hz，對于包含有光電和機(jī)電裝置等對振動敏感的產(chǎn)品，局部敏感頻率可進(jìn)行下凹。

2. 振動方向：三向篩選在尋找缺陷方面最有效，因此一般選擇三向。為經(jīng)濟(jì)起見，亦可選擇振動最敏感單軸篩選或兩軸依次篩選。

3. 振動時長：

   - 推薦單軸振動10min，雙軸振動每軸7.5min，三軸振動每軸5min。

   - 篩選和尋找故障用的總振動時間一般不超過20min。

4. 加電要求：振動過程中應(yīng)通電并進(jìn)行性能檢測，以及時發(fā)現(xiàn)故障并保證間歇故障不漏檢，提高尋找故障效率。

5. 注意事項(xiàng)：試驗(yàn)夾具在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)不應(yīng)有明顯（一般小于3dB）的放大和衰減。

結(jié)論

環(huán)境應(yīng)力篩選是一種旨在找出產(chǎn)品早期故障的檢驗(yàn)工藝，要求100%的產(chǎn)品進(jìn)行篩選，而非隨機(jī)抽樣。環(huán)境應(yīng)力篩選的目的是在較短的時間內(nèi)查找出更多的潛在缺陷，同時又不能超出產(chǎn)品的設(shè)計極限值，不損壞產(chǎn)品或增加新的缺陷。篩選條件主要靠工程經(jīng)驗(yàn)確定，可根據(jù)篩選效果、故障分析以及其他情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以達(dá)到最佳篩選效果。通過規(guī)范的環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)，可以顯著提升航天電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，確保其在各種惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。

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