环境应力筛选(ESS)介绍

1   环境应力筛选概说:
   环境应力筛选(Environmental Stress Screening)简称ESS,为现代高科技电子产品一种相当盛行的质量与可靠度保证方法。目前在欧美各国,所有的电子硬品,上自太空和国防武器系统,下至一般民生家电器材,从零组件、朴组、到最终产品,不论是在研发阶段或量产阶段,除传统的质量管理检试外,环境应力筛选已经是制造过程中必然要求的程序或道次。
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。
   顾名思义,环境应力筛选乃利用外加的环境应力,使潜存于电子硬品中制程中因较弱零组件与不良工艺等因素所造成之非设计瑕疵提早发生而暴露出来,然后利用各种适切的检验或测试方法’将这些带有疵病的产品找出来予以剔除,或采取改正行动加以检修,以便提高硬品之制造质量,维持设计时赋予之水平,因此,通过筛选的交货产品都是其有优良质量与高可靠度者,可以放心地正常使用。如此,对制造者而言可保持出厂产品质量稳定’对使用者而言则可降低失效率减少维修成本,两者都有好处。
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。 

2  ESS之基本原理
产品的失效率随生命周期时间而变化,一般的变化趋势呈浴缸形,称之为浴缸曲线(bathtub curved,典型的产品浴缸曲线如图1所示。
失效率浴缸曲线大致可分为三个阶段:早夭失效期(infant mortality period)、偶发失效期(random failure period)和磨耗失效期(wear-out failure period)。当产品刚制造完成时,就好像婴儿容易生病一样,失效率很高,因而称为早夭失效期,在这个阶段中产品的失效率随时间增加而逐渐递减,称为递减失效率(decreasing failure rate, DFR)。当失效率随时间减低至某一程度后即不再有显著变化,失效现象为偶然随机发生,因此称为
偶发失效期,其失效率几乎为一常数值,称为常数失效率(constant failure rate, CFR),这段时间属于产品设计约有用寿命期间,因此又称为有用期(useful period)或壮年期。过了偶发失效期,当时间接近产品的寿命时,由于在这个阶段发生的失效现象都是因为长期操作应力破坏累积所造
成的磨耗型失效,因此称为磨耗失效期,在这个阶段产品的失效率急速随时间增加,称为递增失效率(increasing failure rateIER)。

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