环境应力筛选试验(ESS)
电子通讯设备环境应力筛选ESS规定
电子通讯设备环境应力筛选ESS规定前言本标准规定电子通讯产品环境应力筛选的要求,包括环境应力条件,暴露持续时间,试验,试验设备的工作要求和针对缺陷要采取的措施,以及试验文件的编写要求。
1 范围本标准适用于DXC公司电子组件（PCB板），模块，分机组合及小型设备的环境应力筛选（ESS）。
2. 引用标准GJB 450 装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法GJB 451 可靠性、维修性术语3.名词术语3．1 环境应力筛选在电子产品上施加随机振动及温度循环应力，以鉴别和剔除产品工艺和元件引起的早期故障的一种工序或方法。
3．2 环境应力筛选故障在环境应力筛选试验中由产品工艺缺陷或元件缺陷引起的故障。
3．3 筛选度（screening strength,简称SS）某种筛选方法能将针对性的缺陷激发出来的概率。
4.环境应力筛选（ESS）的目的与手段4．1 ESS目的环境应力筛选作为一种工艺流程，是针对产品早期失效中出现的故障模式而进行的，它的目的在于检测和剔除元器件漏检、漏筛的缺陷和生产工序中引入的潜在缺陷，因此说ESS 是一种工艺手段，ESS所揭示的缺陷不能完全用来说明设计的不足。
4．2 ESS手段环境应力筛选为了在短时间内析出最多的缺陷，通常采用加速环境应力来激发故障。
ESS 手段包括高温老化、温度循环、温冲、扫频正弦振动、随机振动及综合手段（温度循环加随机振动），各种筛选手段效果见图1。
为有效达到ESS目的，我们选用了快速温变的温度循环和随机振动，因为这两种手段可剔除大部分可暴露缺陷。
5一般要求5.1 环境应力筛选对象研制开发阶段和批生产的产品（除特殊指明不做外）均要全部进行环境应力筛选。
在电子设备的开发、制造过程中，会引入新的缺陷。
在设计阶段，主要是由于设计临界产生潜在缺陷，在采购的原材料与器件中也不可避免地存在漏检、漏筛的隐患，制造过程中则可能因工艺上超出应力范围或临界而引入缺陷，在测试和可靠性试验中则有可能漏检、重复检验或缺陷不明显使缺陷未能查出，也有不适当的测试损坏器件、产品的情况存在。
环境应力筛选试验(ESS)
综合环境试验中，产品需要在模拟的复杂环境条件下进行测试，以检测其对各种环境因素的适应性和性能稳定性。 这种试验可以更真实地模拟产品在实际使用中可能遇到的各种环境条件，从而更准确地评估产品的可靠性和性能。
03
ESS试验步骤
试验前准备
确定试验目的
明确ESS试验的目标，是为了筛选出性 能稳定的电子产品，还是为了评估产品
详细描述
湿度试验通常在一定的湿度条件下进行，以检测产品对潮湿 环境的适应性和性能稳定性。该试验可以检测出因湿度引起 的腐蚀、电路短路、机械结构卡滞等问题，从而排除潜在的 故障和缺陷。
综合环境试验
总结词
综合环境试验是一种结合了多种环境因素（如温度、湿度、压力等）的应力筛选试验，用于全面评估产品的适应 性和可靠性。
的可靠性。
设计试验方案
根据试验目的和样品特性，设计合适 的ESS试验方案，包括试验条件、试
验步骤、试验周期等。
选择试验样品
根据试验目的，选择具有代表性的试 验样品，确保样品的数量和品质满足 要求。
准备试验设备
根据试验方案，准备相应的试验设备 和测试工具，确保设备精度和可靠性。
施加环境应力
温度应力
湿度应力
试验的可重复性与再现性
试验条件控制
为了确保试验的可重复性和再现 性，需要对试验条件进行严格控 制，包括温度、湿度、气压等环 境因素。
标准化操作流程
制定标准化的操作流程，确保试 验过程中的每一步都符合规范要 求，减少人为误差。
第三方验证
邀请第三方机构对试验结果进行 验证，以确保试验结果的准确性 和可靠性。
振动应力
通过控制温度变化，模拟产 品在不同温度下的工作状态， 检查产品的耐温性能和稳定 性。
TS-S100302002(环境应力筛选(ESS)规范V1.0)
环境应力筛选规范（Environmental Stress Screen）拟制：___________________日期：__________ 审核：___________________日期：__________ _______________________________________________ 规范化审查：_________________日期：__________ 批准：___________________日期：__________更改信息登记表规范名称: 环境应力筛选规范（Environmental Stress Screen）规范编码:目录1.目的2.适用范围3.引用/参考标准或资料4.定义5.规范内容5.1 环境应力筛选程序5.2 快速温度循环筛选基本参数5.3 温度循环特性分析5.3.1 诱发故障和筛选机理5.3.2 温度上、下限极值选定准则5.3.3 上、下限温度的持续时间确定准则5.5.4 温度变化速率确定准则5.3.5 温度循环次数（或筛选时间）选择准则5.3.6 设备状态（通断电和性能测试）确定准则5.3.7 温度循环筛选度计算5.3.8 温度箱内产品的安装1.目的本文规定了快速温度循环环境应力筛选的基本程序和方法，以规范环境应力筛选工作。
2.适用范围本规范适用于二次电源模块以及其他产品的单板环境应力筛选。
对中试验证批产品、生产返修产品和某些可靠性要求较高的产品需要采用以下方法进行筛选。
对其他产品是否按照以下方法筛选参考有关文件规定。
3.引用/参考标准或资料《可靠性试验技术》，国防工业出版社《可靠性试验》，航空航天出版社MIL-HDBK-338B，《Electronic Reliability Design Handbook》，1998.10 GJB/Z 34-93 《电子产品定量环境应力筛选指南》，19934.定义4.1 环境应力筛选（Environmental Stress Screen）通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程，是一种工艺手段。
ESS(环境应力筛选)概述
系统 -55~+70℃ -40~+65℃ -40~+50℃
表 6-2 硬品 电路板 单机
温度循环筛选温度变化率建议规格
最大
一般
最小
35℃/min
10℃/min
5℃/min
10℃/min
5℃/min
5℃/min
中国可靠性网
系统
10℃/min
5℃/min
根据美国环境科学学会在 1981 年及 1984 年所分别发表的环境应力筛选有 效性报告，在各种常用的筛选应力中，按其筛选效率加以比较，依次为温度循环、 随机振动、高温、电性应力、热冲击、定频正弦振动、低温、正弦扫描振动、复 合环境、机械冲击、湿度、加速度、高度，其中温度循环和随机振动的效率最佳， 如图 6-7 所示。就温度循环与随机振动所筛出的疵病加以比较，温度循环约占 77%~79%，随机振动则为 21%~23%。
事实上筛选(screening)是历史相当老的品管技术，广义的筛选应包括传 统的品管筛选、铸造件(金属、火工)的非破坏检验(non-destructive testing, NDT)(如 X 光、超音波等)、以及高压容器的耐压试验(proof pressure test)，所有这些方法 都是对试件施加「应力(stress)」，使利用普通检验方法无测得之潜存疵病提前暴 露出来，能够轻易的发现而将之剔除，达到管制质量的目的。 只是在今日广用电子设计的时代，所使用的应力以「环境应力(environmental stress)」的功效特别突出，在 1979 年以后在可靠度工作范围渐成一独立的领域。
环境应力筛选技术在国内虽然不算新鲜，但是一般电子工业厂商在引进及 应用环境应力筛选时，其进展不仅相当缓慢，甚至还多少遭遇到一些痛苦经验， 这种情形主要的原因在于对环境应力筛选的内涵不了解所造成的。 4.2 ESS 之基本原理
板卡级产品环境应力筛选(ESS)技术
板卡级产品环境应力筛选（ESS）技术汪卫华环境应力筛选技术（ESS）经过一段时间的发展，现在已经成为很多生产厂家剔除产品早期失效的一种非常有效的工具。
据统计，针对电子行业的产品，温度循环应力被认为是对产品筛选最有效的单一应力，这里所说的温度循环应力除了温度的上下限之外，温度变化速率对筛选起到最关键的作用。
通常，大部分厂家将环境应力筛选放在整机组装完成后进行，然后对筛选后的产品进行功能测试，功能正常的产品就直接投放市场。
这种做法确实能够起到筛选的作用，提高产品的使用可靠性。
因此市场上就出现了许多种品牌的环境筛选试验箱来充分满足用户对整机产品进行筛选的需求。
通过研究，以上各种品牌的筛选试验箱的内部结构不外乎以下几种，参考图2~图4。
其实有很多因素影响筛选效果，应力筛选程序非常重要，其中包括：温度的上下限（T U、T L）、温度变化速率（R1、R2）以及试验时间，如图1所示。
其实除了应力筛选程序非常重要外，还有一些因素也非常重要，我们通常讲温度变化速率为15度/分钟的试验箱是指该试验箱内出风口的温度变化速率为15度/分钟，产品上的温度变化速率到底有多少才是用户最为关心的，怎样才能使产品上的温度变化速率与试验箱内出风口的温度变化速率一致呢？我们从以下的图a和图b上不难找到答案。
T UT L图1 ESS程序从图a和图b可以很清楚看到，风速和风量在环境应力筛选中对筛选效果的影响非常大。
是不是解决了上述因素的试验箱就能够达到非常好的筛选效果呢？其实不然。
我们再仔细看看图2~图4所示试验箱的结构，作为生产型企业，一般生产量很大，而产品的筛选要求是100%的筛选，那用户必然希望能够充分利用试验箱的内部空间（产品试验区），我们试想想，当我们将图2~图4所示试验箱的产品试验区塞得满满的，产品的筛选效果会好吗？空气在试验箱内部怎么可以流通呢？所以IEC的标准规定，拿这种筛选试验箱做筛选试验时，被测产品的总体积不得超过试验箱内部容积的35%。
环境应力筛选试验资料
偶然失效区
浴盆曲线 鉴定 试验
耗损失效区
时间
Tw
TB TW = = 交付时间点 耗损时间点
4
可靠性试验的要素
• • • • 故障判据 试验剖面 试验计划 检测点和检测周期
5
环境应力筛选试验（ESS） 在产品出厂前，有意将环境应力施 加到产品上，使产品的潜在缺陷加速
发展成早期故障，并加以排除，从而
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应注意的事项
• 所有试验产品应去除包装物及减震装置后再进行试验，试验 产品在箱内安装应保证除必要的支点外，全部暴露在传热介 质即空气中； • • 在进行夹具设计时，要保证产品的振动激励方向为故障敏感
方向；
试验箱热源的位置布置不应使热幅射直接到达试验产品，用 于控制箱温的热电偶或其它型式的温度传感器应置于试验箱 内部的循环气流中，并要加以遮护以防辐射影响； • 若存在试验箱内空气及致冷系统的冷却介质，应对空气的温
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ESS的振动剖面
• • • • 类型：随机振动 轴向：实际轴向或敏感轴向 时间：单轴向10mins，三轴向每轴向5mins 注意：疲劳特性，累积小于30min
12Leabharlann 温度循环剖面高温保持温度：一般取工作极限高温和贮存极限高温的最高值，例如+60℃； 低温保持温度：一般取工作极限低温和贮存极限低温的最低值，例如-30℃； 温度箱温变率：上升速率大于11℃/min，下降速率小于-8℃/min； 高/低温保持时间：采取实际测量方式确定 一次温度循环的时间：为一次升温、降温、温度保持的时间和，依赖于试验 件的温度传导特性。 • 通电：在温度循环试验过程中，在升温阶段和高温保持阶段，产品通电工作； 在降温和低温保持阶段，产品断电不工作。 • • • • •
环境应力筛选试验(ESS)
湿度试验
通过模拟产品在不同湿度条件下的表现，检 测产品的防潮、防霉等性能。
振动试验
通过模拟产品在不同振动条件下的表现，检 测产品的抗震、抗冲击等性能。
02
ESS试验的步骤
试验前准备
确定试验目的
明确ESS试验的目标，是为了筛选出性 能稳定的电子产品，还是为了评估产品
的可靠性。
制定试验计划
根据产品特性和试验要求，制定详细 的试验计划，包括试验条件、试验周
试验方法的改进
不断改进和优化ESS试验方法，以提高试验 的可靠性和可重复性，为产品的质量控制提 供更准确的数据支持。
应用拓展
新领域的应用
随着ESS试验技术的发展，其应用领 域将不断拓展，包括新材料、新能源、 生物医学等领域，为新产品的研发和 质量控制提供有力支持。
复杂环境模拟
多应力联合作用
研究多应力联合作用对产品性能的影 响，为产品的优化设计提供依据。
期、样品数量等。
选择试验设备
根据试验目的和试验要求，选择适合 的环境应力筛选设备，如温度循环设 备、湿度试验箱等。
准备样品
按照试验计划准备足够数量的待测样 品，确保样品状态良好，符合试验要 求。
施加环境应力
温度应力施加 湿度应力施加 压力应力施加 振动应力施加
根据试验计划，将样品暴露在高温和低温环境下，模拟产品在 实际使用中可能遇到的高温和低温条件。
电子产品
电子产品在生产过程中会受到各种环境因素的影响，如温度、湿度、振动等，这些因素可能导致产品 性能不稳定或出现故障。通过环境应力筛选试验，可以检测电子产品在各种环境条件下的性能表现， 确保产品的可靠性和稳定性。
环境应力筛选试验在电子产品领域的应用非常广泛，包括手机、电脑、电视、音响等各类电子产品的 生产和研发阶段。通过试验，可以发现并解决潜在的设计和生产问题，提高产品的质量和用户体验。
环境应力筛选试验
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采用温度应力和振动应力可以解决绝大部分早期失效问题
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ESS 的应力选择
• 随机振动
如何选择 ？
• 正弦振动
• 温度保持
如何选择 ？
• 温度循环
筛选度（SS）：能剔除潜在缺陷的比率
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随机振动 vs. 正弦振动
• 随机振动 ：
SS 1 e
0.0046 ( Grms )1.71 t
Grms─加速度均方根值，g； ｔ ─振动时间，min。
– 中止试验，修复后继续进行试验；
– 暂时中止试验，拆下故障件后，其余产品继续试验；
– 继续进行试验，试验结束后修复。
• 所有通过环境应力筛选试验的产品，无论是未发生故障和故障 后修复的产品，必须满足以下条件方可交付：
– 连续10个温度循环无故障；
– 至少5分钟的随机振动无故障；
– 试验结束后产品的性能和功能完全正常。
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HASS运行剖面—参数选择
温度循环的上下限温度一般取工作极限温度 范围的80%；极限温度滞留时间一般取决于
试件温度达到平衡所需要的时间和测试试件
工作状态所需要的时间。
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HASS运行剖面—参数选择
• 振动量级一般取破坏极限的50% ，如果超 过了工作极限，则取工作极限的80% 。
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HASS运行剖面
温度、振动应力
UOL-X 10min VDL*50% 10min
室温 时间 10min LOL+X 10min
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HASS运行剖面—筛选效果验证
主要是用来证明HASS试验剖面图是否能够满 足其筛选要求,它包括筛选过程有效性的验证
和产品剩余有效寿命的评估两方面的内容。
电子电气产品ESS测试规范V2.0
电子电气产品ESS测试规范目录一.目的...................................................................................................................... 错误!未定义书签。
二.概述...................................................................................................................... 错误!未定义书签。
三.适用范围 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.新产品 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.变更产品 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
3.量产产品 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
四.引用标准和规范 .................................................................................................. 错误!未定义书签。
电子电气产品ESS测试规范
电子电气产品ESS测试规范目录一.目的.......................................................... 错误!未定义书签。
二.概述.......................................................... 错误!未定义书签。
三.适用范围...................................................... 错误!未定义书签。
1.新产品...................................................... 错误!未定义书签。
2.变更产品.................................................... 错误!未定义书签。
3.量产产品.................................................... 错误!未定义书签。
四.引用标准和规范................................................ 错误!未定义书签。
五.定义.......................................................... 错误!未定义书签。
.............................................................. 错误!未定义书签。
.............................................................. 错误!未定义书签。
3.可靠度...................................................... 错误!未定义书签。
4.置信度...................................................... 错误!未定义书签。
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综合应力筛选效果
Product Failure Domain 产品缺陷范围
Vibration
Thermal-Cycling
Burn-in
Power cycling, Electromigration电迁移
ESS的主要方法
ESS应该贯穿于产品的整个寿命阶段。
传统的ESS方法： Burn-in带电加温，或者称之为老化试验，让产品 在一定的应力条件下工作一段时间 Temperature Cycling温度循环 Vibration振动 Shock冲击
ESS的意义
Find
Defects Technical Benefits Quality and Reliability Benefits Financial Bene寿命周期的
1/15，所以做完HASS试验后，产品可放心出 货；HASS也同样是找到问题，，找到正确 处理方式，更改设计； HASS应用于产品制程阶段； HASS的主要内容：
振动与温度变换的综合循环（每个过程2-5小时）
POS试验
POS试验主要应用于产品设计开发阶段
在HALT时单点温度一般停留15分钟，单点振
动一般停留10分钟；
HASS试验
HASS是为消除生产过程中的产品的缺陷的一种筛 选过程。要求100%的产品参加筛选； HASS不采用应力步进施加的方法，而是选用比使 用中高得多的恒定的环境应力和电应力，在短时间 内激发出产品的可能的缺陷； HASS是发现产品生产过程中的工艺故障，HASS的 温度取值一般是HALT临界点的80%，振动和温变 取值一般是HALT临界点的50%；
当前方法：
HALT (High Accelerate Life Test)高加速寿命试
验 HASS (High Accelerate Stress Screen)高加速应 力筛选 POS (Proof of Screen)适用临界条件筛选
HALT、HASS与POS的目的是提高产品的可
POS试验的主要内容：
振动与温度变换的综合循环（10-30次振动筛选
和温度循环，即10-30次HALT试验）
ESS的发展趋势
大多数产品都会做筛选试验
Standardized标准换 Automated自动化 Multi-Stress
ESS Stimuli多样应力筛选 筛选的时间和费用将会大幅降低
靠性，而不是衡量产品的可靠性水平。
HALT试验
HALT：HALT是产品设计和制造工艺设计过程中， 在加速测试环境下对产品施加所有可能达到的应力 以期找到设计和制造工艺中的薄弱环节 ； HALT应力的增加是一步一步地加，直至超出产品 的使用环境应力范围，从而逐步排除缺陷； HALT主要应用在研发设计阶段。其目的是找出问 题的工作极限和设计极限； HALT试验不怕做出问题，也不是看产品能否通过， 而是快速找出故障，提出预防措施以提高产品的可 靠度；
环境应力筛选试验(ESS)
Agenda
什么是ESS
ESS的主要方法 HALT、HASS与POS试验技术 ESS的发展趋势 ESS的意义
什么是ESS
ESS
(Environment Stress Screen),环境应力 筛选是产品开发和批量生产过程中应用振动、 热循环或开闭等应力加速来发现产品隐藏缺 陷的一种方法 ESS是一种生产工艺，在可靠性验证试验之 前，ESS的目的是在最短时间内发现产品的 设计缺陷，提升产品的可靠度 温度急速变化+振动
HALT试验没有固定的国际或国家标准，根据
每个公司的具体情况会有不同。其操作临界 点和破坏临界点的定义为：如功能正常回复， 判断为可操控界限; 当温度回复到常温仍无法 使功能自动恢复时则此为破坏界限； HALT试验主要包括：
单独逐渐增加振动强度
单独高低温运转
振动与温度变换的综合循环