一、基本概念

    1、環境應力篩選的目的
     環境應力篩選的目的是通過向產品施加合理的環境應力，將其內部的潛在缺陷加速變成故障，并加以發現和排除的過程，其目的是剔除產品的早期故障。
    環境應力的篩選效果主要取決于施加的環境應力和檢測儀表的能力。施加應力的大小決定了能否將潛在的缺陷變為故障；檢測能力的大小決定可能否將已被應力加速變成故障的潛在缺陷找出來。
    2、環境應力篩選的種類

    環境應力篩選通常有常規篩選、定量篩選和高加速應力篩選3種。

    （1）常規篩選
    常規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得篩選。篩選所用的方法是憑經驗確定的。篩選中不估計產品中引入的缺陷數量，對篩選效果好壞和費用合理性不做定量分析，僅以能篩選出早期故障為目標。篩選后的產品不一定達到故障率恒定階段。如圖1所示，常規篩選的結果，產品的故障率不可能到達F點，而是其他點。
    （2）定量篩選
    定量篩選是指要求篩選的效果和成本與產品的可靠性目標和現場的故障修理費用之間建立定量關系得篩選。
定量篩選的主要變量是引入缺陷密度、篩選檢出度、析出量或殘留缺陷密度。引入缺陷密度取決于制造過程中從元器件和制造工藝兩個方面引入產品中的潛在缺陷數量；篩選檢出度取決于篩選用的應力把引入的潛在缺陷加速發展成為故障的能力和所用的檢測儀表將這些故障檢出的能力；析出量或殘留缺陷密度則取決于引入缺陷密度和篩選檢出度。
    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，使通過篩選析出并能檢出故障的能力達到這樣的水平，正好把計算得到的制造過程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，即圖1中的F點。定量篩選的應用需要元器件和工藝的缺陷率數據正確，而且計算和調節過程繁雜。
    （3）高加速應力篩選

    高加速應力篩選（HASS)是今年來在高加速壽命試驗（HALT)的基礎上發展起來的 一種新的篩選。這種方法的特點是使用的應力大，需要的時間短。與常規篩選和定量篩選不同，高加速應力篩選的應力要根據研制階段應用HALT得到的產品工作極限和破壞極限來確定。HASS應力范圍與常規篩選應力范圍的比較如圖2所示。

    3、環境應力篩選的作用
    環境應力篩選的作用可用浴盆曲線加以說明。從圖1中可以看出，產品壽命期的故障率-時間曲線分為單個階段：早期故障期、使用壽命期（偶然故障期）和耗損期。環境應力篩選起作用的主要是早期故障期。在環境應力篩選中，通過對產品施加一定的應力，使產品中本來會在壽命早期使用環境應力作用下以早期故障形式暴露出來并加以排除，從而使交付的產品達到或接近規定的可靠性水平。

    產品通過了可靠性鑒定試驗僅說明其設計的固有可靠性達到了規定的要求，產品可以投入批生產，但不能保證批生產的產品均具有這一可靠性水平。產品樣本通過了可靠性驗收試驗，并不能表明該生產批中所有其他產品均具有與其相同的可靠性，因為生產中引入缺陷是隨機的。因此，環境應力篩選一般不抽樣而應100%進行。

    二、環境應力篩選是工序

     ESS環境應力篩選試驗的目的是通過施加一種或幾種規定的應力，將制造過程中引入產品的各種潛在缺陷在出廠前以硬件故障的形式暴露出來并加以剔除，以防止其交付后在使用環境中變成故障，降低產品的使用可靠性。
    由于制造裝配過程各個環節都有可能引入潛在缺陷，因此低組裝等級篩選 不能剔除裝配成高組裝等級的過程中引入接口方面的缺陷，而高組裝等級篩選由于使用的應力降低又不能有效剔除低組裝等級制造過程引入的潛在缺陷，因此原則上ESS應在制造過程的各個組裝等級上進行，才能完全剔除各種潛在缺陷。ESS實際上是制造過程中使用的一種剔除制造缺陷的手段，是制造過程檢驗工作的延伸，是一種制造工序。
    環境應力篩選施加加速環境應力目的是找出產品中的薄弱環節，但不能損壞好的部分或引入新的缺陷。選擇所用的環境和應力量值是極其重要的，不能認為產品未來的使用環境是有效的篩選環境。使用環境會使一些缺陷以故障形式析出，但往往要在相當長的壽命期內慢慢析出。環境應力篩選使用其量值大于使用環境的加速應力，利用這種環境應力把原來在產品壽命期離散析出的故障在相對很短的時間內集中析出。

    三、環境應力篩選與其他試驗的關系

    1、與可靠性增長和可靠性增長摸底試驗的關系
    環境應力篩選一般只用于揭示并排除早期故障，使產品的可靠性接近設計的固有可靠性水平。
可靠性增長和增長摸底試驗是通過消除產品中由設計缺陷造成的故障源或降低由設計缺陷造成的故障出現概率，提高產品的固有可靠性水平。

    環境應力篩選與可靠性增長/增長摸底試驗的作用如圖3所示。圖3表明，二者改善可靠性的模式不同，前者可提高使用可靠性，后者則提高固有可靠性。

    2、與可靠性統計試驗的關系
    環境應力篩選是可靠性統計試驗的預處理工藝。任何提交用于可靠性統計試驗的樣本必須經過環境應力篩選。只有通過環境應力篩選、消除了早期故障的樣本，其統計結果才能代表真實的可靠性水平。
    3、與批生產驗收的關系
    準備交付驗收的批生產產品應100%地進行環境應力篩選，這是因為生產中引入產品的潛在缺陷是隨機的，即使生產產品的樣本驗收也不能代表該批中每一臺產品的早期故障已排除。
    4、與老練試驗的關系
    老練（burn-in)的目的也是為了剔除產品中用常規檢驗手段無法發現的潛在缺陷，以防止這些缺陷在使用條件下的應力和時間的作用下，使產品出現早期失效或早期故障，因此老練實際上是一種早期的ESS工藝。
    老練這一技術，既適用于元器件，也適用于電路板 、組件和電子設備。元器件和集成電路進行老練的條件和方法在其相應的試驗方法中都有明確規定，一般都包括一組高溫-時間要求，其特點是溫度高，時間長，例如MIL-STD—883E方法1015.9《老練試驗》中規定微電子器件S級老練溫度為150攝氏度，時間為120小時。自從美軍標MIL-STD—2164《電子設備環境應力篩選方法》標準頒布后，電子設備剔除早期故障的方法改為標準中規定的高效環境應力篩選方法，1990年美國環境科學協會頒布的效率更高的《組件環境應力篩選指南》和1988年美國空軍司令部頒布的美國空軍R&M2000 ESS指南中又規定了電路板和組件的環境應力篩選方法。這三個文件規定的方法可以取代原來電路板、電子組件和電子設備的老練方法。
    一旦制定出的高效的ESS方法，就可以取代一直沿用的早期老練技術。應當指出，老練這一技術除了能夠剔除早期故障外，還能起到使電路和結構件穩定化的作用，因此在某些情況下仍具有實用價值。

    四、環境應力篩選的應用

    1、應用的組裝等級
    環境應力篩選作為剔除產品制造過程中引入的潛在缺陷的一道工序，應當納入批生產流程，用于產品的各個組裝等級。
    2、在產品壽命各階段的應用

    環境應力篩選主要用于產品的批生產階段和產品使用后的大修中，但由于其具有加速激發產品內部缺陷的能力，研制階段也可使用，其在產品壽命各階段的應用如圖4所示。

圖4

文章出自： 可靠性雜壇