TS-S100302002(环境应力筛选(ESS)规范V1.0)

环境应力筛选规范

（Environmental Stress Screen）

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规范名称: 环境应力筛选规范（Environmental Stress Screen）规范编码:

目录

1.目的

2.适用范围

3.引用/参考标准或资料

4.定义

5.规范内容

5.1 环境应力筛选程序

5.2 快速温度循环筛选基本参数

5.3 温度循环特性分析

5.3.1 诱发故障和筛选机理

5.3.2 温度上、下限极值选定准则

5.3.3 上、下限温度的持续时间确定准则

5.5.4 温度变化速率确定准则

5.3.5 温度循环次数（或筛选时间）选择准则5.3.6 设备状态（通断电和性能测试）确定准则5.3.7 温度循环筛选度计算

5.3.8 温度箱内产品的安装

1.目的

本文规定了快速温度循环环境应力筛选的基本程序和方法，以规范环境应力筛选工作。

2.适用范围

本规范适用于二次电源模块以及其他产品的单板环境应力筛选。

对中试验证批产品、生产返修产品和某些可靠性要求较高的产品需要采用以下方法进行筛选。

对其他产品是否按照以下方法筛选参考有关文件规定。

3.引用/参考标准或资料

《可靠性试验技术》，国防工业出版社

《可靠性试验》，航空航天出版社

MIL-HDBK-338B，《Electronic Reliability Design Handbook》，1998.10 GJB/Z 34-93 《电子产品定量环境应力筛选指南》，1993

4.定义

4.1 环境应力筛选（Environmental Stress Screen）

通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程，是一种工艺手段。

典型的筛选应力为随机振动、温度循环和电应力，根据我司的实际情况选择快速温度循环＋高温工作老炼筛选方法。

4.2 筛选度（Screen Strength）

产品中存在对某一特定筛选敏感的潜在缺陷时，该筛选将该缺陷以故障形式析出的概率。

5.规范内容

5.1 环境应力筛选程序

00

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图一、环境应力筛选程序

程序说明：

00 开始

安排筛选计划，准备筛选有关资源。

01 初始性能检测

根据规定对产品安排初始性能检测和外观检查，不合格的产品需要排除。如果从历次的结果来看合格率较高，达到98％以上，则可不安排初始性能检查。

02 筛选预处理

为避免产品内部水汽含量过高，在进行快速温度循环筛选之前需要进行干燥处

理，在温度循环筛选试验箱内在以下条件下进行预处理：

温度：100℃或者产品最高存贮温度（两者取其最低值）

时间：30min（如果样品较大，可适当延长干燥时间）

03 快速温度循环筛选

按照5.2节的要求进行快速温度循环筛选。

04 温度恢复

在进行温度循环筛选后，在试验箱内按照以下条件恢复：

温度：25℃或者室温

时间：30min（如果样品较大，可适当延长恢复时间）

05 检查测试

在进行温度循环筛选后，根据有关规定对产品进行外观检查和性能测试。如果根据以往的数据，筛选中发现的失效较少，可以简化该步骤，可以在产品高温老炼时上电检测其主要功能。

对筛选中发现的问题需要进行认真分析，要求闭环解决。

06 高温老炼

产品安排高温带载老炼，具体的老炼时间、加载方式等参考有关规定执行。07 检查测试

老化过程后进行外观检查和性能测试。

08 结束

合格样品入库。

5.2 快速温度循环筛选基本参数

表征温度循环筛选应力的基本参数包括上限温度T u、下限温度T L、温度变化速率V、上限温度保温时间t u、下限温度保温时间t L、和循环次数N，见图2。

室温

Cycle

高温低温室温恢复

图 2 温度循环筛选温度剖面

保温时间(Tu)

温度变化速度保温时间(Tu)

筛选预处理

高温

温度循环筛选恢复

（循环次数N 次）

(TL)

(TH)

(V)

根据我司实际情况，制定以下基线筛选方案，一般产品可按照以下方案选取筛选条件，对有特殊要求的产品根据下文的选择准则进行调整。

表1 温度循环筛选基线条件

5.3 温度循环特性分析

5.3.1 诱发故障和筛选机理

当温度在上、下限温度内循环时，设备交替膨胀和收缩，使设备中产生热应力和应变。如果某产品内部有瞬时的热梯度（温度不均匀性），或产品内部邻接材料的热膨胀系数不匹配，则这些热应力和应变将会加剧。这种应力和应变在缺陷处最大，它起着应力集中者（“提升者”）的作用，这种循环加载使缺陷长大，最终可大到能造成结构故障并产生电故障。例如，有裂纹的电镀通孔其周围最终完全裂开，引起开路。热循环是使钎焊接头和印制电路板上电镀通孔等产生故障的首要原因。

温度循环激发出的主要故障模式如下：

a.使涂层、材料或线头上各种微观裂纹扩大；

b.使粘结不好的接头松弛；

c.使螺钉连接不当的接头松弛；

d.使机械张力不足的压配接头松弛；

e.使质差的钎焊接触电阻加大或造成开路；

f.粒子污染。

由于缺陷在应力条件下的失效速度远高于正常部位，因此使有缺陷的产品出故障要比使完好产品出故障所需循环次数少许多，适当地确定热应力大小，就能析出故障而不消耗使用寿命。

温度循环诸参数中，对筛选效果最有影响的是温度变化范围R、温度变化速率V以及循环次数N。提高温度变化范围和变化速率能加强产品的热胀冷缩程度和缩短这一过程的时间，增强热应力，而循环次数的增加则能积累这种激发效应。因此加大上述参数中任一参数的量值均有利于提高温度循环筛选效果。

缩短在上、下限温度值上的停留时间有利于缩短整个温度循环的周期，提高筛选的效率。产品温度达到稳定的时间可以以产品中的关键部件为准，必要时要特别监测该部件的温度，以保证筛选有效和防止其损坏。

温度循环中试验箱内气流速度是关键因素，因为它直接影响到产品的温度变化速率。产品温度变化速率一般远低于试验箱内空气温度的变化速率，提高箱内气流