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电子产品ESS环境应力筛选测试规范

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2021.09.28
    一、目的
    ESS(环境应力筛选试验 )是用在生产小批量阶段,是生产工艺验证的一个环节,旨在验证生产工艺的一致性、稳定性是否满足大批量生产要求;通过ESS工作发现早期失效个体,并通过失效分析、改进、再验证,使产品批量生产工艺稳定性达到研发预期,产品发货后早期失效率低。
    二、概述
    产品的可靠性是设计出来的,但实际使用中产品表现出来的可靠性与预期有较大偏差,产品个体之间也有较大偏差﹔原因就是在产品生产过程中,来料存在不一致性,生产工艺存在不一致性,设备状况差异,操作者的技术水平和责任心,质量检验和管理差异等;这些差异造成产品存在或多或少的缺陷或隐患,明显的缺陷可以通过常规的检验和测试手段加以剔除,而潜在的缺陷仅仅靠常规手段难以剔除,在产品使用过程中,存在潜在缺陷的产品往往会转化成早期故障,即在产品发货1年左右的时间内,故障率偏高。
    ESS工艺流程就是设法剔除由原材料、不良元器件、工艺缺陷和其他原因造成的早期失效,从而提高产品的可靠性。
    本文主要介绍ESS原理,并且把ORT(持续可靠度测试)工艺也并入此规范,因为这个工艺流程也是使用环境应力对产品进行抽检或全检。也是生产工艺验证的一个环节。
    三、适用范围
    1、新产品
    新开发产品小批量阶段。
    2、变更产品
    变更产品,分为产品设计变更和器件变更,由研发和测试评估是否需要做ESS筛选;重要变更建议做,如开关电源、处理器、驱动电路、功率模块、PCB厂家、贴片工艺等重要变更。
    3、量产产品
    批量较大、持续生产产品,定期抽检。
    四、引用标准和规范
    GBT 2423.22-2012中华人民共和国国标环境试验第2部分:试验方法,试验N:温度变化
    可靠性试验技术
    GBT 16439-2009交流伺服系统通用技术条件
    GB/T 12668-2006调速电气传动系统
    GJB/ 34-93电子产品定量环境应力筛选指南
    五、定义
    1、ESS
    ESS(Environment Stress Screen环境应力筛选试验)是一种工艺手段,是通过向电子电产品施加合理的环境应力和电应力在生产早期阶段该阶段的检测成本最低),将其内部的潜缺陷加速变成故障,并通过检验发现和排除故障的过程。ESS旨在激发并排除早期故障,使品的可靠性接近设计的固有可靠性水平。应力水平以能激发出缺陷但不损坏产品为原则,采用的应力环境不能超过产品电子和机械性能的极限,应力环境水平必需是适当的。
    2、ORT
    ORT(Ongoing Reliabilitytest,持续可靠度测试),产品生产过程中持续抽测,确认生产工艺是否持续稳定,来料是否存在缺陷,通过测试把潜在缺陷激发成故障,从而提高产品可靠性。
    3、可靠度
    可靠度为产品在规定的时间内,规定的条件下,完成规定功能成功的概率。
    可靠度函数可用关于时间t的函数表示,可表示为∶
    R(t)=P(T>t),其中,t为规定的时间,T表示产品的寿命
可靠度函数
    由可靠度的定义可知R(t)描述了产品在(0,t)时间内完好的概率且R(0)=1,R(+oo)=0。
    举例∶某型号变频器10000台同时工作,1年内发生了25次故障,t=1年
    R(1年)=(10000-25)/10000*=0.9975,第365天时,产品的可靠度为0.9975,即这个时候任意一台变频器完成工作的概率的99.75%。
    4、置信度
    置信度也称置信水平,在统计学中,一个概率样本的置信区间(Confidenceinterval)是对这个样本的某个总体参数的区间估计。置信区间展现的是这个参数的真实值有一定概率落在测量结果的周围的程度。置信区间给出的是被测量参数的测量值的可信程度,即前面所要求的“一定概率”。这个概率被称为置信水平。
    5、HASS
    HASS(HighlyAcceleratedStressScreen)高加速应力筛选,通常使用HALT/HASS专用设备,HASS是ESS的一个分支,效果最好,效率最高,费用最贵。
    六、ESS基本特性
    1)其目的是剔除早期故障﹔
    2)应力可以大于产品实际使用条件,如振动、高低温等,但不能超出设计极限,如器件的温度上下限,电应力的上下限等;
    3)应对所有产品进行﹔
    4)不超出产品的失效机理;
    5)不能代替设计阶段的摸底、型式试验,试验目的不同,一个是设计能力验证,一个是工艺水平验证。
    七、ESS样本选取

    筛选合格的可以发货,不合格的整改,参考选取规则C=1-R'n,根据计算可参考下表,实际生产过程中可根据测试条件适当增减。

表1 筛选样本参考

    八、测试应力

    1、各种筛选应力效果对比

图1 各种筛选应力的效果比较

    2、常用典型ESS应力激发故障分析

表2 温度循环与随机振动激发故障对比

表2 温度循环与随机振动激发故障对比3

    3、应力选择

    A、一般应用场景,测试应力选择温度循环,如一般电梯产品、伺服产品,但小批量试制推荐振动+温度循环筛选,即HASS筛选;推荐的HASS应力选择规则如下(参数需要参考HALT测试结果)表3HASS参数选取

表3 HASS参数选取

    B、产品使用时存在振动的产品筛选应力考虑增加循环数;
    C、考虑资源与成本,一般筛选可以考虑使用温度循环试验箱(快速温变试验箱)做温度循环筛选,温度变化速率1℃/min,高温低温各停留30分钟,高温选择70℃,低温选择-40°℃,4个循环﹔
    九、试验流程方法

    结合公司现有生产流程图,绘制HASS流程图如下︰

HASS试验流程图

    十、注意事项
    1)筛选合格的产品需要入库发货,领用和测试要注意保护产品,如外观保护,ESD防护,测试中保证产品接地良好,操作带静电手套,搬运存放要用防静电周转箱;
    2)测试完要经过生产验证后再入库,比如变频器生产中的负载测试,测试合格后再入库,如果ESS时用的测试平台就是生产的负载台,这一步就忽略。
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