【可靠性试验】环境应力筛选_专业集成电路测试网-芯片测试技术-ic test

按GJB450A《装备可靠性工作通用要求》的规定，可靠性试验共分为6个工作项目。

除GJB 450A规定的可靠性试验工作项目外，从当前可靠性试验技术发展与应用的趋势看，可靠性研制试验包括可靠性仿真试验、可靠性测定试验、可靠性摸底增长试验等。可靠性仿真试验是利用数字样机进行建模仿真，分析产品的热、振动应力，采用失效物理方法进行故障预计。在没有可靠性指标要求的情况下，通过开展可靠性测定试验了解产品的可靠性水平。可靠性摸底增长试验是通过施加极限应力以更充分地暴露问题并进行改进促进产品可靠性增长，它不评估产品可靠性水平，重在问题发现和实施改进。

环境应力筛选（Environmental Stress Screening, ESS）试验是一种通过模拟产品在极端环境条件下的使用情况，来检测产品设计和制造过程中可能存在的潜在缺陷的测试方法。它通过施加应力（如温度循环、振动等），使早期潜在故障尽快暴露出来，从而提升产品的可靠性和稳定性。

一、ESS试验的目的

1. 早期故障检测：在产品的早期阶段，通过加速测试识别可能的设计、材料或制造工艺缺陷，从而避免产品在实际使用中发生故障。
2. 可靠性提升：通过剔除早期故障产品，提升批次产品的整体可靠性，减少后期维护和返修成本。
3. 设计验证：验证产品在极端环境条件下的性能是否符合设计要求，确保其在真实使用环境中能够正常工作。
4. 筛选制造缺陷：有助于发现生产过程中潜在的制造工艺缺陷，及时调整工艺流程。

二、在什么阶段做ESS试验

环境应力筛选一般在产品制造过程的早期阶段进行，特别是在产品正式出厂之前。其常见应用阶段包括：

1. 原型阶段：当产品的原型机设计完成后，进行环境应力筛选试验，以评估其设计是否能够应对极端环境。
2. 量产前阶段：在产品批量生产前，通过ESS筛选生产线可能引入的缺陷，保证产品质量稳定性。
3. 生产线测试：部分产品在生产线测试时也会进行ESS筛选，以确保出厂的每一台产品都经过高强度测试，排除可能的早期故障。

原型阶段，其实就是“研发自测”，研发按照产品的高低温、振动、湿度、电应力等温度的要求，自己测测看，产品是否满足规格。这是个基本要求，比如你设计的产品温度范围是0°~55°，那么这个温度范围内，你的产品应该是可以稳定工作的，不会出现工作异常、重启、死机等情况。

量产之前，是由测试人员再次验证一下质量的稳定性。

所以说：环境应力筛选试验是一个“通过性测试”，跟大学的四六级考试一样，过关就可以。正常来说，是没有什么挑战才对，所以研发人员一听“环境试验”，一般都还蛮放松的。

有的产品发货前，只做整机功能性测试，不做环境极限测试。但是很多高可靠性要求的产品，在每台设备出厂前，要在环境比较极限的环境保持一定工作时间，这个的目的主要是为了排除“早期故障”。

也就是说，产品刚生产出来，先用用，如果用一段时间，东西不会坏，那么发到客户手上，也不会坏。如果在温度要求范围内，并且是接近要求的极值的情况下工作一段时间，还是不会还，那到客户手上会有更好的质量表现。

三、ESS试验与浴盆曲线的关系

环境应力筛选（ESS）试验与**浴盆曲线（Bathtub Curve）**密切相关，主要体现在筛选和减少产品的早期故障，从而提升产品整体的可靠性。

什么是浴盆曲线？

浴盆曲线描述了产品的失效率随时间变化的趋势，分为三个阶段：
1. 早期故障阶段（Infant Mortality Phase）：在产品的早期使用过程中，失效率较高，主要由于设计、材料或制造工艺中的缺陷。
2. 稳定工作阶段（Normal Life Phase）：经过早期故障筛选后，产品进入稳定期，失效率较低且恒定，主要是偶发的随机故障。
3. 老化阶段（Wear-Out Phase）：随着时间推移和使用的累积，产品逐渐老化，失效率开始上升，主要由材料老化、磨损或疲劳等引起。

曲线形状类似于一个浴盆，因此称为浴盆曲线。

环境应力筛选试验的主要作用是在产品的早期阶段，通过加速应力测试使早期潜在故障尽快暴露出来，从而减少实际使用中发生的早期故障。这一过程主要影响浴盆曲线的第一个阶段（早期故障阶段）。

1. 减少早期故障：通过ESS，在出厂前将早期失效的产品筛选出来，使得实际交付给客户的产品在投入使用后，经历较少的早期故障，直接进入浴盆曲线的稳定工作阶段。
2. 缩短早期故障阶段：由于ESS对产品施加了加速应力，应力筛选将快速暴露出潜在缺陷，使得产品不再需要在客户使用时经历长时间的早期故障阶段。
3. 提高产品的稳定性和可靠性：通过提前排除早期故障的产品，能够使产品在交付后进入一个较为稳定的使用期，延长其在浴盆曲线中间的“正常工作阶段”的时间。

未经ESS的产品：浴盆曲线中的早期故障阶段较长，失效率高，产品在投入使用后有可能在一段时间内频繁出现故障。

经过ESS筛选的产品：早期故障阶段缩短，失效率在较短时间内快速降低，产品可以更早进入稳定期，减少了用户在早期遇到的问题。

ESS试验通过提前暴露和消除潜在的早期故障，显著影响了浴盆曲线的早期故障阶段。通过ESS筛选后，产品的早期失效率下降，稳定性和可靠性提升，从而使产品更快进入浴盆曲线的“正常工作阶段”，延长其使用寿命并减少客户体验中的故障率。

四、环境应力筛选“极限环境条件”，是超规格么？

环境应力筛选（ESS）中的极限环境条件并不是超规格，而是通常在产品设计规格范围内的极端条件，或稍微超出正常工作范围的条件。ESS的目的是通过加速测试在较短时间内暴露潜在的早期失效问题，而不是对产品进行破坏性测试。

关键点：

1. 不超出产品破坏性范围：ESS测试的应力条件应保持在产品能够承受的范围内，避免对产品造成不可修复的损害。这意味着测试条件虽然比产品的日常工作环境更加严苛，但不会达到导致产品永久性损坏的程度。
2. 接近产品设计的极限值：ESS通常会在接近产品设计参数的边界进行测试，比如在允许的最高和最低温度、最高湿度或最大的振动条件下进行，目的是验证产品在极端环境中的性能表现。
3. 高强度应力，缩短测试时间：虽然环境条件较为极端，但主要目的是加速潜在问题的暴露，因此这些条件往往比产品的正常工作条件更严酷。通过这种“加速老化”过程，可以在较短时间内筛选出那些存在制造缺陷或设计弱点的产品。

对比“超规格”和“加速应力”：

超规格：指产品在超过其设计规范或额定参数的情况下进行操作，可能导致产品的永久损坏。这类测试通常属于破坏性测试（Destructive Testing），主要用于探索产品的实际极限。

加速应力：ESS是一种加速应力测试，模拟极端条件，但并不完全超出设计规格。其目标是在不损坏产品的前提下，通过增加应力强度加速暴露潜在问题。

因此，ESS虽然严苛，但不会超出产品的设计极限，从而确保产品经过测试后仍能正常工作，并提高其在真实使用场景中的可靠性。

四、常见的ESS应力类型

温度循环：通过将产品暴露于高低温之间的快速变化，模拟产品在极端温度下的行为。

振动测试：施加不同频率和幅度的机械振动，模拟产品在运输、使用过程中可能遭遇的冲击和震动环境。

湿度测试：在高湿度环境下测试，评估产品的防潮能力。

电气应力：对电气元器件施加额外的电气负荷，测试其在超额负荷情况下的表现。

总的来说，ESS试验是提升电子设备、机械设备及其他高可靠性需求产品的关键手段，确保它们在交付前能够经受住极端环境的考验。

筛选试验（剔除方法）：为剔除有早期失效的产品进行的试验。对电子设备，最有效的是温度循环，效率：温度循环/振动＝3.5/1。
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