0、统计数据

我国“七五”、“八五”期间某项目中的25种电子设备，在综合环境应力的可靠性试验中暴露出109个关联责任故障，对其进行统计分析后发现，在50h内发生的故障占总数的48.62%，在100h内发生的故障占故障总数的64.2%（摘自《组件温度筛选应力的确定方法》2003 信息产业部电子第五研究所庄文青）。“十一五”期间，某种电子产品一个批次的98部设备在试验阶段发生290起质量事件，审理报告263份，总结质量问题79件（摘自《组件类产品环境应力筛选试验研究与应用》 2010 电科13所李永）。

产品的大量早期失效说明进行适当的环境应力筛选是必要的。

1、标准

早在1950年代，环境应力筛选的概念以电子产品老炼方法的形式提出，所加应力有高温、温度循环等，到1970年代发展成当今广义的环境应力筛选。美国海军在1979年颁布了《NAVMAT-P9492生产筛选试验大纲》，该试验大纲规定了标准的随机振动试验和按产品复杂度进行的温度循环试验，该大纲方法的推广应用，收到了惊人的效果，产品使用可靠性得到了成倍的增长。

（我国）航天型号产品最早引入NAVMAT-P9492，1987年航天工业部参照NAVMAT-P9492，结合当时产品工艺水平及设备水平等实际情况，制定并颁布了部标QJ 1147《电子产品环境应力筛选方法》，在型号产品中应用取得良好效果。我国在1990年和1993年相继颁布了两个环境应力筛选标准，即GJB1032-90《电子产品环境应力筛选方法》和GJB/ 34-93《电子产品定量环境应力筛选指南》，这两个标准成为我国开展常规环境常规应力筛选和定量环境应力筛选的基础。进行环境应力筛选的主要依据是GJB 1032-90。（摘自《环境应力筛选技术应用研究》 2010 中国航天科工集团防御技术研究院饶枝建）

其中环境应力常规筛选是目前应用最广泛的筛选方法，它以剔除早期故障为目标，不要求筛选结果与产品可靠性目标和成本阈值建立定量关系。典型的常规筛选标准有GJB 1032-90《电子产品环境应力筛选方法》（对应美军标准MIL-STD-2164（1985））、QJ 3138-2001《航天产品环境应力筛选指南》、HB/Z 213-1992《电子设备环境应力筛选指南》（对应IES（1990）组件环境应力筛选指南）和美军标MIL-HDBK-2164A《电子设备环境应力筛选工序》等。这些标准已经在工程实践中得到广泛的应用，对提高产品可靠性发挥了重要作用。

2、筛选应力

典型的环境应力筛选应力有：恒定高温、温度循环（可细分为慢速温变和快速温变）、温度冲击和扫频振动、随机振动，以及组合应力等。

根据美国人的调查，各种筛选应力的筛选加权系数为：低气压为15，加速度为25，湿度为50，机械冲击为70，热冲击为125，电应力为130，高温为190，随机振动为230，热循环为350，因上，最有效的筛选应力为热循环及随机振动。据报导，热循环可以暴露产品缺陷的2/3，随机振动可以暴露产品缺陷的1/3。美国有关环境应力筛选的标准或文件都采用这两种应力（详情本文略）。（摘自《环境应力筛选技术浅谈》 1990 机电部五所曾纪科）

（摘自《环境应力筛选中的应力解析》2016 615 朱慧丽，万会兵）

据统计，产品故障中温度环境占40%，振动占27%。通过设计合理的温度和振动应力组合可以有效剔除产品大部分潜在缺陷，因此，无论是现在使用的ESS方法，还是新兴的高加速应力筛选（HASS）方法，主要使用都是温度应力和振动应力。

2.1 温度循环机理

温度循环的机理主要是热应力和热疲劳。电子产品由各类元器件组成，而元器件由不同材料组成，这些材料的热膨胀系数不同，温度变化时，不同材料交界间就会产生压缩或拉伸应力，即热应力。当热应力达到一定程度后会器件产生破坏作用，造成破坏性失效。此外，某些器件在工作时所产生的热循环在具有不同热膨胀系数的材料之间会产生周期性的切向应力，这种应力的反复作用导致界面处材料的疲劳和界面结合的损伤，使器件特性裂化，这就是热疲劳失效。

温度循环对剔除早期失效产品之所以效率高，是因为有较高的热应力和热疲劳的交互作用同时加在电子组件上。当电子产品经受温度循环时，内部膨胀和收缩产生热应力和应变就会加剧，在产品具有潜在缺陷的地方会起到应力提升的作用，随着温度循环的加载使缺陷长大，最终变为故障而被发现。

2.2温度循环筛选的基本参数

温度循环筛选的基本参数包括：上限温度,下限温度，温度变化范围,温度变化率，上限保温时间，下限保温时间，温度保持时间,循环次数等。

2.3温变速率

对于温度循环则属热疲劳性质，Stephen A Smithson先生在《效率与经济性》一文中也给出了类似的效果，若以两个不同的温变率为例，一个5度/min，另一个强化到40度/min，则它们的疲劳寿命效率比为4400：1，对其他温变率的情况见下表：

StephenA Smithson  Effectiveness andeconomics-yardsticks for ESS decisions. Proceedings of the Institute ofEnvironmental Sciences 1990.

温度循环筛选度曲线

温度变化速率越快，筛选度越大，但这种差距随着循环数的增加而减小。

GJB1032中对温度变化速率的规定是“试验箱的平均温度变化速率小于5℃/min的筛选度与10℃/min、15℃/min的筛选度相差不大，出于经济性的考虑，环境应力筛选一般可选取5℃/min的温度变化速率。

若要用较短时间、较少循环数来完成产品筛选，而可用提高温度变化速率或提高温度变化范围的方法来实现。

许多机载设备可靠性鉴定试验中温变速率都已达到了10℃/min以上，国外大量的实践证明，温变率增大有利于潜在缺陷的暴露。

3 振动应力

随机振动筛选度特性

加速度量值越大，筛选度效果越好，但这种差距随着振动时间的增加而减小。

由于出于经济与实际操作性方面的考虑，GJB 1032中规定振动时间为5min~10min。由于振动时间较短，GJB1032中建议使用总均方根值（Grms）为6.06g的随机振动。

4 被筛选对象的组装等级

ESS可以在元器件、组件、单元或设备（系统）4个产品组装等级上进行，由于任何一级组装和加工都会产生新的引入缺陷，因此，为彻底消除早期故障，任何一级上的筛选都不能代替高一等级上进行的筛选。在每个产品组装等级上均安排ESS，在费用和生产周期上往往是不现实的，这就需要在设计ESS大纲时科学、合理地确定被筛选对象的组装等级。

下表是国际环境科学与技术协会（IEST）提供的基线方案，这一方案可以作为确定不同层次产品筛选方案的依据。从表中可以看出低层次产品可以选择较高的温变率和较大的温度范围，但往往由于其检测手段不足，难以进行通电筛选……（摘自《环境应力筛选技术及其应用问题分析》 2006 中国一航六一八所张露）