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    電子產品ESS環境應力篩選測試規范

    作者: 編輯: 來源: 發布日期: 2021.09.28
        一、目的
        ESS(環境應力篩選試驗 )是用在生產小批量階段,是生產工藝驗證的一個環節,旨在驗證生產工藝的一致性、穩定性是否滿足大批量生產要求;通過ESS工作發現早期失效個體,并通過失效分析、改進、再驗證,使產品批量生產工藝穩定性達到研發預期,產品發貨后早期失效率低。
        二、概述
        產品的可靠性是設計出來的,但實際使用中產品表現出來的可靠性與預期有較大偏差,產品個體之間也有較大偏差﹔原因就是在產品生產過程中,來料存在不一致性,生產工藝存在不一致性,設備狀況差異,操作者的技術水平和責任心,質量檢驗和管理差異等;這些差異造成產品存在或多或少的缺陷或隱患,明顯的缺陷可以通過常規的檢驗和測試手段加以剔除,而潛在的缺陷僅僅靠常規手段難以剔除,在產品使用過程中,存在潛在缺陷的產品往往會轉化成早期故障,即在產品發貨1年左右的時間內,故障率偏高。
        ESS工藝流程就是設法剔除由原材料、不良元器件、工藝缺陷和其他原因造成的早期失效,從而提高產品的可靠性。
        本文主要介紹ESS原理,并且把ORT(持續可靠度測試)工藝也并入此規范,因為這個工藝流程也是使用環境應力對產品進行抽檢或全檢。也是生產工藝驗證的一個環節。
        三、適用范圍
        1、新產品
        新開發產品小批量階段。
        2、變更產品
        變更產品,分為產品設計變更和器件變更,由研發和測試評估是否需要做ESS篩選;重要變更建議做,如開關電源、處理器、驅動電路、功率模塊、PCB廠家、貼片工藝等重要變更。
        3、量產產品
        批量較大、持續生產產品,定期抽檢。
        四、引用標準和規范
        GBT 2423.22-2012中華人民共和國國標環境試驗第2部分:試驗方法,試驗N:溫度變化
        可靠性試驗技術
        GBT 16439-2009交流伺服系統通用技術條件
        GB/T 12668-2006調速電氣傳動系統
        GJB/ 34-93電子產品定量環境應力篩選指南
        五、定義
        1、ESS
        ESS(Environment Stress Screen環境應力篩選試驗)是一種工藝手段,是通過向電子電產品施加合理的環境應力和電應力在生產早期階段該階段的檢測成本最低),將其內部的潛缺陷加速變成故障,并通過檢驗發現和排除故障的過程。ESS旨在激發并排除早期故障,使品的可靠性接近設計的固有可靠性水平。應力水平以能激發出缺陷但不損壞產品為原則,采用的應力環境不能超過產品電子和機械性能的極限,應力環境水平必需是適當的。
        2、ORT
        ORT(Ongoing Reliabilitytest,持續可靠度測試),產品生產過程中持續抽測,確認生產工藝是否持續穩定,來料是否存在缺陷,通過測試把潛在缺陷激發成故障,從而提高產品可靠性。
        3、可靠度
        可靠度為產品在規定的時間內,規定的條件下,完成規定功能成功的概率。
        可靠度函數可用關于時間t的函數表示,可表示為∶
        R(t)=P(T>t),其中,t為規定的時間,T表示產品的壽命
    可靠度函數
        由可靠度的定義可知R(t)描述了產品在(0,t)時間內完好的概率且R(0)=1,R(+oo)=0。
        舉例∶某型號變頻器10000臺同時工作,1年內發生了25次故障,t=1年
        R(1年)=(10000-25)/10000*=0.9975,第365天時,產品的可靠度為0.9975,即這個時候任意一臺變頻器完成工作的概率的99.75%。
        4、置信度
        置信度也稱置信水平,在統計學中,一個概率樣本的置信區間(Confidenceinterval)是對這個樣本的某個總體參數的區間估計。置信區間展現的是這個參數的真實值有一定概率落在測量結果的周圍的程度。置信區間給出的是被測量參數的測量值的可信程度,即前面所要求的“一定概率”。這個概率被稱為置信水平。
        5、HASS
        HASS(HighlyAcceleratedStressScreen)高加速應力篩選,通常使用HALT/HASS專用設備,HASS是ESS的一個分支,效果最好,效率最高,費用最貴。
        六、ESS基本特性
        1)其目的是剔除早期故障﹔
        2)應力可以大于產品實際使用條件,如振動、高低溫等,但不能超出設計極限,如器件的溫度上下限,電應力的上下限等;
        3)應對所有產品進行﹔
        4)不超出產品的失效機理;
        5)不能代替設計階段的摸底、型式試驗,試驗目的不同,一個是設計能力驗證,一個是工藝水平驗證。
        七、ESS樣本選取

        篩選合格的可以發貨,不合格的整改,參考選取規則C=1-R'n,根據計算可參考下表,實際生產過程中可根據測試條件適當增減。

    表1 篩選樣本參考

        八、測試應力

        1、各種篩選應力效果對比

    圖1 各種篩選應力的效果比較

        2、常用典型ESS應力激發故障分析

    表2 溫度循環與隨機振動激發故障對比

    表2 溫度循環與隨機振動激發故障對比3

        3、應力選擇

        A、一般應用場景,測試應力選擇溫度循環,如一般電梯產品、伺服產品,但小批量試制推薦振動+溫度循環篩選,即HASS篩選;推薦的HASS應力選擇規則如下(參數需要參考HALT測試結果)表3HASS參數選取

    表3 HASS參數選取

        B、產品使用時存在振動的產品篩選應力考慮增加循環數;
        C、考慮資源與成本,一般篩選可以考慮使用溫度循環試驗箱(快速溫變試驗箱)做溫度循環篩選,溫度變化速率1℃/min,高溫低溫各停留30分鐘,高溫選擇70℃,低溫選擇-40°℃,4個循環﹔
        九、試驗流程方法

        結合公司現有生產流程圖,繪制HASS流程圖如下︰

    HASS試驗流程圖

        十、注意事項
        1)篩選合格的產品需要入庫發貨,領用和測試要注意保護產品,如外觀保護,ESD防護,測試中保證產品接地良好,操作帶靜電手套,搬運存放要用防靜電周轉箱;
        2)測試完要經過生產驗證后再入庫,比如變頻器生產中的負載測試,測試合格后再入庫,如果ESS時用的測試平臺就是生產的負載臺,這一步就忽略。
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