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文章来源 : 粤科检测 发表时间：2024-06-03 浏览量:
环境应力筛选（Environmental Stress Screening，ESS）起源于20世纪60年代美国阿波罗飞船强化环境试验的总结，并逐步从国防军工行业拓展至民用行业。根据GJB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》的定义，环境应力筛选（ESS）是通过施加规定的环境应力，发现和剔除制造过程中的不良零件、元器件和工艺缺陷等早期故障，从而减少早期故障的一种工序或方法。本文将介绍航天电子产品环境应力筛选试验的要求和流程。
大多数不可修复产品的故障率随时间的变化曲线呈现“浴盆曲线”，可分为早期故障期、偶发故障期和磨损故障期三个阶段。ESS试验通过加速产品老化以暴露缺陷，帮助产品尽快渡过早期故障期，达到较低的失效率。虽然ESS并不能提升产品的固有可靠度，但通过发现并剔除潜在缺陷，能够显著提高产品的可靠性和质量。
典型故障率浴盆曲线
环境应力筛选主要适用于电子产品，包括电子组件、单机和系统。原则上，亦可用于电气、光电、机电或电化学产品。
据国内外已发表的ESS调查统计结果，在常用的12种环境应力中，温度循环和随机振动是最有效的筛选应力。因此，电子产品环境应力筛选一般采用温度循环和随机振动应力。
筛选应力类型及有效加权值
温度循环
温度循环是通过将产品暴露在高温和低温环境中，模拟实际使用过程中可能遇到的温度变化，从而发现潜在缺陷。主要激发出的故障模式包括：
1. 涂层、材料或线头上各种微裂纹扩大。
2. 粘结不好的接头松弛。
3. 螺钉连接或铆接不当的接头松弛。
4. 材料热膨胀系数不同引起的变形和应力故障。
5. 机械张力不足的压配接头松弛。
6. 质差的钎焊接触电阻增加或开路。
7. 运动件及密封件故障。
随机振动
随机振动通过施加不同频率和幅度的振动载荷，评估产品在振动环境下的可靠性和耐久性。主要激发出的故障模式包括：
1. 结构部件、引线或元件接头产生疲劳，尤其是导线上有微裂纹的情况。
2. 电缆磨损。
3. 接头松弛。
4. 安装加工不当的集成电路片脱落。
5. 汇流条及连到电路板上的钎焊接头受到振动应力，导致钎接薄弱点故障。
6. 元器件及引线布置不良造成损坏。
7. 已受损或安装不当的脆性绝缘材料出现裂纹。
航天电子产品进行应力筛选试验，主要依据两个标准规范：QJ 3138《航天产品环境应力筛选指南》和GJB 1032A《电子产品环境应力筛选方法》。根据这些规范，航天电子产品应力筛选试验一般要求如下：
ESS温度循环
1. 温度范围：一般取产品的工作极限温度或超过产品的工作极限温度，但不能超过产品的设计极限温度。
2. 温变速率：箱内空气温度在温度范围内的平均变化率应不小于10℃/min。
3. 循环次数：总循环次数一般不少于10次。
4. 保持时间：应确保产品内部冷透或热透，并有足够的测试时间。
5. 加电要求：
- 筛选中应尽量通电并进行性能检测，以提高筛选效率。
- 一般在高组装级（组件或系统级）进行通电和检测，低组装级（印制线路组件）不进行通电和检测。
6. 注意事项：
- 应备有产品放置搁架，以利于被筛选产品充分暴露于筛选设备箱内空气中。
- 试验时应采取措施对湿度进行控制，防止产品受潮。
- 对于光电、机电一体化产品，可仅针对产品的电子部分进行该项试验。
ESS随机振动
1. 振动量级：功率谱密度一般取0.04g²/Hz，对于包含有光电和机电装置等对振动敏感的产品，局部敏感频率可进行下凹。
2. 振动方向：三向筛选在寻找缺陷方面最有效，因此一般选择三向。为经济起见，亦可选择振动最敏感单轴筛选或两轴依次筛选。
3. 振动时长：
- 推荐单轴振动10min，双轴振动每轴7.5min，三轴振动每轴5min。
- 筛选和寻找故障用的总振动时间一般不超过20min。
4. 加电要求：振动过程中应通电并进行性能检测，以及时发现故障并保证间歇故障不漏检，提高寻找故障效率。
5. 注意事项：试验夹具在试验频率范围内不应有明显（一般小于3dB）的放大和衰减。
环境应力筛选是一种旨在找出产品早期故障的检验工艺，要求100%的产品进行筛选，而非随机抽样。环境应力筛选的目的是在较短的时间内查找出更多的潜在缺陷，同时又不能超出产品的设计极限值，不损坏产品或增加新的缺陷。筛选条件主要靠工程经验确定，可根据筛选效果、故障分析以及其他情况进行动态调整，以达到最佳筛选效果。通过规范的环境应力筛选试验，可以显著提升航天电子产品的质量和可靠性，确保其在各种恶劣环境下的稳定性和耐久性。
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