环境应力筛选（Environmental Stress Screening）

• 简介

——环境应力筛选（ESS）是一个经常有争执的可靠性实践工具。当处理ESS时，人们必须把它当作一个过程而不是一个测试。人们不欢迎有不接受/不合格的准则和失效。

——在产品的开发和生产期间将应用ESS项目，能够极大地改善领域的可靠性以及减少维修上的花费。在开发期间应用ESS能够很大程度上节省测试时间和花费，从而消除或减少资格测试之前的隐藏的缺陷。对于生产者来说其益处包括：洞察产品或工艺中的可靠性问题的资源，更好地控制改订的花费，减少保用花费和机会以便决定从产品和工艺中消除可靠性问题的资源纠正措施。

• ESS过程

——ESS是一个过程，此过程是为了使电子产品中潜在的缺陷早期失效而在其上应用环境的刺激物如快速的热循环和随机的振动。筛选过程的一个同等重要和不可分离的影响是项目的电子测试，已经作为筛选的一个重要部分来执行，以便检测和正确地识别已经陷入失效的缺陷。

——与通常的信念相反，ESS不会增加产品的固有可靠性。产品的固有可靠性主要是由设计决定的。ESS不是一个代用品，而是在设计期间和开发阶段所管理一个合理的可靠性项目的整体部分。

——一个ESS计划的开发有三个阶段：

• ESS规划来鉴定将用来筛选的设备，发展ESS计划的定量目标以及描述初始筛选。
• ESS实施棗鉴定组织元素，由他们负责管理筛选活动和失效报告与纠正措施系统（FRACAS），作为文献失效的备用。
• ESS监测棗连续不断地监视筛选过程，确保它既技术含量高又能有效地节省费用。

• ESS规划

——在运用应力筛选中使用了传统的两个基本方法。在第一个方法中，客户应明确地详细说明筛选和将用到的筛选参数。第二种且更让人喜欢的方法，承包商为产品研制一个筛选计划。

——制定的方法要求：1）评估设备中的初始部分和生产类型中将出现的隐藏的缺陷，2）决定ESS后在设备中将出现的最大的允许的潜的缺陷，3）确定基于1）和2）上的具有充分筛选能力的筛选发展。描绘此方法的模块图解见图1。

——典型的隐藏的缺陷包括冷焊接接点，断掉/毁坏的电线，松垮的硬件，ESD毁坏以及管理上的受损。评价隐藏缺陷的最初的数量的最好的方法是从公司的经验数据。这个经验数据包括其他项目的历史记录，合格测试结果和现场失效数据。MIL-HDBK-344“电子设备的ESS”中也提出了基于系统复杂程度上的判定初始的潜在缺陷的一种方法。

——无ESS计划是理想的且一些潜在的缺陷在筛选之后可能还存在设备之中。MIL-HDBK-344给出了下面的方程，此方程可以决定隐藏缺陷的最大允许量：

FR≤

其中：FR=隐藏缺陷的失效率Required MTBF是客户要求的

Inherent MTBF 是固有的MTBF

Safety Margin 典型地从1.5到2

——环境应力的强度的计算在MIL-HDBK-344中有详细地描述。应力筛选应用在哪里和什么级别上装配等的选择是更难处理的问题。在这里花费是主要的激励器，目标在最少的时间内用最少的费用来选择最有效的筛选。设备和可得到的测试设备的环境的限制也必须考虑到。

图2，是结合了MIL-HDBK-344，为初始的筛选选择和定位提供指南。

图2 ESS 的初始规范

其中：E—有效 M—勉强有效 N—无效

• ESS实施

——拥有一个有效的ESS计划项目管理一定要保证提供所须的充分的时间和资源来支持它。所参与者的作用必须清楚地定义。当第一次实施一个ESS计划的时候日常的会议通常是必要的，因为从文件概念上转移到物理测试上的过程的烦琐可能是令人发怵。由于实施的问题而修改ESS计划是常见的事情。

——失效报告和纠正措施系统（FRACAS）是一份有效的ESS计划的主干。它提供需要鉴定，跟踪的数据并分析其不足之处。除了正在测试中的设备的失效之外，测试设备、环境设备和测试软件的失效也应包括在FRACAS中。在任何FRACAS的中心有一个可以用来数据保留，分析和报告的数据库。

——输入进入数据库的数据的类型和适时需要进行紧密地管理。作一个最小量，下面的失效数据应该被捕获：

• • 失效的定位
  • 执行的测试
  • 数据和时间
  • 部分数字和一系列号码
  • 失效症状
  • 有利的环境
  • 观察失效的个体

——如要完美随后的失效分析，有必要捕获下面额外的数据：

• • 失效的根由
  • 采取的纠正措施
  • 纠正措施插件的日期和一系列的号码

——理想的情况是失效数据应该可以实时捕获。作为一个最小量，数据应在每一次产品轮班末时捕获以便确保那些失效的相关细节不会被忘记。为了促使数据快速地进入FRACAS数据库其界面必须是用户友好的并且对于那些所有在ESS期间都将涉及到的都是可以得到的。

——FRACAS数据库也应该是具有容易使用报告的能力。从数据库中得到的报告将是洞察ESS计划的原始资源。详细的报告将及时地指出当前计划的有效性，提供一种评估计划的精确性的方法，并使得ESS计划的工作方面的管理是令人满意的。

• ESS监测

——统计程序控制（SPC）和柏拉图图表是监测ESS能力的原始工具。从包含在FRACAS数据库中提炼数据整理成报告，这些报告被用来监测ESS参数以已经建立的需求为背景。典型的关键ESS参数包括潜在的缺陷，应力筛选强度，潜在的缺陷残余，缺陷趋势分析和现场观察的失效。

——SPC图表给出了一个实际要求结果的图表比较。所期望的统计变量根据其样本的大小由泊松分布来计算。这个变量通常以±3的标准的误差量来表示，同时与实际的结果一起绘制在同一表中。

——柏拉图用来展示故障失效原因的并有利于显示缺陷频率。往往在柏拉图中报告出来的实际的结果防止被期望的高或低的期望结果。

——ESS过程是一个闭环过程，而且依靠通过监测得到的信息来评估和改进所应用的筛选。仅仅通过其中的反馈系统，ESS计划能够有效地保持缺陷排除和花费之间的平衡。因为一定的早期ESS不是一种测试，而且不应该被看作是一种僵硬的要求。随着时间的推移，新的关键参数可能出现，先前的关键参数不在是人们所关心的。生产技术上的变化可以消除一些隐藏的缺陷但可能又会产生新的隐患，因而ESS计划必须不断更新进化。