板卡级产品（ESS）环境应力筛选技术

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（TU、TL）、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。

图1ESS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%。作为企业来说，若要做到100%的筛选，而有不影响筛选效果的话，必然投入非常多的财力购买更多的筛选试验箱，这样在市场竞争
中的价格劣势就体现出来，所以大部分企业就只能舍本求末，进行抽样筛选了。

Highairspeedandlongdwelltime
图a产品温度变化与箱体内空气温度变化的实际曲线。

Lowairspeedandshortdwelltime
图b产品温度变化与箱体内空气温度变化的实际曲线。

有没有更好的方法可以让筛选效果、筛选量和成本投入有机结合起来呢？
我们再来分析一下，一台性能好的试验箱，被测产品的体积也在标准要求范围之内，筛选效果是不是非常好呢？
前面我们提到了，温度循环（特别是快速温度变化）试验对电子产品的筛选效果最好，而作为电子产品来说，影响该产品功能的部件主要在于电子元器件集中的部件，例如：控制板、功能板、电源板等等，产品的外壳即使有损坏也不会影响产品的功能，充其量属于材料方面的可靠性问题，而温度循环试验对材料可靠性的效果并不明显，而产品的外壳在整机筛选中存在严重的挡风问题，恰恰是它影响了筛选效果。所以若将控制板、功能板和电源板从整机中拿出来单独进行环境应力筛选的话，筛选效果、筛选量和成本投入将有机结合起来了，于是就出现了类似与图5所示的板卡级产品环境应力筛选试验箱。这种试验箱在产品试验区形成均匀水平气流，与图2~图4所示试验箱的气流有明显的区别。
这种试验箱的优点在于：
1.被试验产品上的温度变化速率与箱内出风口的空气温度变化速率一致；
2.水平吹风或垂直吹风设计；
3.风量大、风速快；
4.产品试验区内各点风量一致（均匀性好）；
5.产品试验区内基本上可以放满产品。
这些特点刚好解决其他类型试验箱存在的不足。一般来说，板卡级产品的筛选试验可以当作生产过程中的一道工序，完成板卡组装后马上进行筛选试验是最恰当的。
当然，要想充分利用该类试验箱的优点，以下几点还应该注意：
1.合适的夹具，要根据被测产品的特点制订合适的夹具，同时要考虑电源的接入；
2.被测板卡要方便加电。电应力在ESS试验中是非常有效的应力之一；
3.被测板卡的可测性，为了预防间歇性失效的出现，希望在进行筛选试验的同时进行实时监测。

以上几点需要在产品的设计阶段就要考虑的，所以要想达到非常好的效果，这种理验必
须灌输给产品流程中去。