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环境应力筛选概述

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.11.04

    一、基本概念

    1、环境应力筛选的目的
     环境应力筛选的目的是通过向产品施加合理的环境应力,将其内部的潜在缺陷加速变成故障,并加以发现和排除的过程,其目的是剔除产品的早期故障。
    环境应力的筛选效果主要取决于施加的环境应力和检测仪表的能力。施加应力的大小决定了能否将潜在的缺陷变为故障;检测能力的大小决定可能否将已被应力加速变成故障的潜在缺陷找出来。
    2、环境应力筛选的种类

网盟彩票     环境应力筛选通常有常规筛选、定量筛选和高加速应力筛选3种。

图1 筛选剔除浴盆曲线早期故障示意图

图1 筛选剔除浴盆曲线早期故障示意图
    (1)常规筛选
    常规筛选是指不要求筛选结果与产品可靠性目标和成本阈值建立定量关系得筛选。筛选所用的方法是凭经验确定的。筛选中不估计产品中引入的缺陷数量,对筛选效果好坏和费用合理性不做定量分析,仅以能筛选出早期故障为目标。筛选后的产品不一定达到故障率恒定阶段。如图1所示,常规筛选的结果,产品的故障率不可能到达F点,而是其他点。
    (2)定量筛选
    定量筛选是指要求筛选的效果和成本与产品的可靠性目标和现场的故障修理费用之间建立定量关系得筛选。
定量筛选的主要变量是引入缺陷密度、筛选检出度、析出量或残留缺陷密度。引入缺陷密度取决于制造过程中从元器件和制造工艺两个方面引入产品中的潜在缺陷数量;筛选检出度取决于筛选用的应力把引入的潜在缺陷加速发展成为故障的能力和所用的检测仪表将这些故障检出的能力;析出量或残留缺陷密度则取决于引入缺陷密度和筛选检出度。
    定量筛选是通过定量地选择所用应力的强度和检测仪表的检测率,使通过筛选析出并能检出故障的能力达到这样的水平,正好把计算得到的制造过程引入的产品的缺陷全部剔除,从而使产品的早期故障率达到规定的定量目标值,即图1中的F点。定量筛选的应用需要元器件和工艺的缺陷率数据正确,而且计算和调节过程繁杂。
    (3)高加速应力筛选

    高加速应力筛选(HASS)网盟彩票是今年来在高加速寿命试验(HALT)的基础上发展起来的 一种新的筛选。这种方法的特点是使用的应力大,需要的时间短。与常规筛选和定量筛选不同,高加速应力筛选的应力要根据研制阶段应用HALT得到的产品工作极限和破坏极限来确定。HASS应力范围与常规筛选应力范围的比较如图2所示。

图2 HASS应力范围与常规筛选应力范围的比较

图2
    3、环境应力筛选的作用
    环境应力筛选的作用可用浴盆曲线加以说明。从图1中可以看出,产品寿命期的故障率-时间曲线分为单个阶段:早期故障期、使用寿命期(偶然故障期)和耗损期。环境应力筛选起作用的主要是早期故障期。在环境应力筛选中,通过对产品施加一定的应力,使产品中本来会在寿命早期使用环境应力作用下以早期故障形式暴露出来并加以排除,从而使交付的产品达到或接近规定的可靠性水平。

网盟彩票     产品通过了可靠性鉴定试验仅说明其设计的固有可靠性达到了规定的要求,产品可以投入批生产,但不能保证批生产的产品均具有这一可靠性水平。产品样本通过了可靠性验收试验,并不能表明该生产批中所有其他产品均具有与其相同的可靠性,因为生产中引入缺陷是随机的。因此,环境应力筛选一般不抽样而应100%进行。

    二、环境应力筛选是工序

     ESS环境应力筛选试验的目的是通过施加一种或几种规定的应力,将制造过程中引入产品的各种潜在缺陷在出厂前以硬件故障的形式暴露出来并加以剔除,以防止其交付后在使用环境中变成故障,降低产品的使用可靠性。
    由于制造装配过程各个环节都有可能引入潜在缺陷,因此低组装等级筛选 不能剔除装配成高组装等级的过程中引入接口方面的缺陷,而高组装等级筛选由于使用的应力降低又不能有效剔除低组装等级制造过程引入的潜在缺陷,因此原则上ESS应在制造过程的各个组装等级上进行,才能完全剔除各种潜在缺陷。ESS实际上是制造过程中使用的一种剔除制造缺陷的手段,是制造过程检验工作的延伸,是一种制造工序。
    环境应力筛选施加加速环境应力目的是找出产品中的薄弱环节,但不能损坏好的部分或引入新的缺陷。选择所用的环境和应力量值是极其重要的,不能认为产品未来的使用环境是最有效的筛选环境。使用环境会使一些缺陷以故障形式析出,但往往要在相当长的寿命期内慢慢析出。环境应力筛选使用其量值大于使用环境的加速应力,利用这种环境应力把原来在产品寿命期离散析出的故障在相对很短的时间内集中析出。

    三、环境应力筛选与其他试验的关系

    1、与可靠性增长和可靠性增长摸底试验的关系
    环境应力筛选一般只用于揭示并排除早期故障,使产品的可靠性接近设计的固有可靠性水平。
可靠性增长和增长摸底试验是通过消除产品中由设计缺陷造成的故障源或降低由设计缺陷造成的故障出现概率,提高产品的固有可靠性水平。

    环境应力筛选与可靠性增长/增长摸底试验的作用如图3所示。图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,后者则提高固有可靠性。

图3 环境应力筛选与可靠性增长、增长摸底试验的作用

图3
    2、与可靠性统计试验的关系
    环境应力筛选是可靠性统计试验的预处理工艺。任何提交用于可靠性统计试验的样本必须经过环境应力筛选。只有通过环境应力筛选、消除了早期故障的样本,其统计结果才能代表真实的可靠性水平。
    3、与批生产验收的关系
    准备交付验收的批生产产品应100%地进行环境应力筛选,这是因为生产中引入产品的潜在缺陷是随机的,即使生产产品的样本验收也不能代表该批中每一台产品的早期故障已排除。
    4、与老练试验的关系
    老练(burn-in)的目的也是为了剔除产品中用常规检验手段无法发现的潜在缺陷,以防止这些缺陷在使用条件下的应力和时间的作用下,使产品出现早期失效或早期故障,因此老练实际上是一种早期的ESS工艺。
    老练这一技术,既适用于元器件,也适用于电路板 、组件和电子设备。元器件和集成电路进行老练的条件和方法在其相应的试验方法中都有明确规定,一般都包括一组高温-时间要求,其特点是温度高,时间长,例如MIL-STD—883E方法1015.9《老练试验》中规定微电子器件S级老练温度为150摄氏度,时间为120小时。自从美军标MIL-STD—2164《电子设备环境应力筛选方法》标准颁布后,电子设备剔除早期故障的方法改为标准中规定的高效环境应力筛选方法,1990年美国环境科学协会颁布的效率更高的《组件环境应力筛选指南》和1988年美国空军司令部颁布的美国空军R&M2000 ESS指南中又规定了电路板和组件的环境应力筛选方法。这三个文件规定的方法可以取代原来电路板、电子组件和电子设备的老练方法。
    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练技术。应当指出,老练这一技术除了能够剔除早期故障外,还能起到使电路和结构件稳定化的作用,因此在某些情况下仍具有实用价值。

    四、环境应力筛选的应用

    1、应用的组装等级
    环境应力筛选作为剔除产品制造过程中引入的潜在缺陷的一道工序,应当纳入批生产流程,用于产品的各个组装等级。
    2、在产品寿命各阶段的应用

网盟彩票     环境应力筛选主要用于产品的批生产阶段和产品使用后的大修中,但由于其具有加速激发产品内部缺陷的能力,研制阶段也可使用,其在产品寿命各阶段的应用如图4所示。

图4 产品寿命各阶段的应用

图4

文章出自: 可靠性杂坛

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