环境应力筛选（ESS）是出厂前的最后一步工序， 科学合理的ESS能够提高产品的可靠性，减少外场返修率。但在GJB1032中缺乏对组件级筛选的详细介绍，各项目组针对其自身组件和整机产品开展环筛时，仅凭经验或直接套用标准来确定应力量值和循环次数等参数，仅解决了“有无”的问题，缺少对筛选标准的深入理解及探索，未充分达到激发早期故障的目的。

为此本文旨在寻找一种低成本且高效的筛选方案，思路是把环境应力筛选工作重心前移，把故障尽早发现尽早处理，具体方法是适当增加组件级的温度冲击次数。这个环境应力筛选的板级筛选是我公司的一次尝试，结合一些标准进行了探索验证，希望跟广大同行一起探讨。

组件级温度冲击的探索

以往我单位的组件级温度冲击次数为3次，下面我们进行了温度冲击次数的筛选度计算。

01温度稳定时间的确定

参照GJB360B-2009《电子及电气元件试验方法》上极限温度下的试验室时间如表1。

我公司绝大多数的电路板单板的重量在0.1kg～0.3kg之间，为稳妥起见，我们将温度稳定时间定为1 h（含快速温变时间）。

表1  温度稳定时间

02温度上下限的确定

考虑到外场环境工作的温度为-55 ℃～70 ℃，试验室环境必须要覆盖高低温的极限温度。参照GJB360B确定温度冲击中试验条件A 确定温度上下限-55 ℃～85 ℃。

表2是GJB150.4A中关于低温的统计，-55 ℃能覆盖全部的中国的低温极值，在世界范围的低温极值也能覆盖在94 %以上。

表2  低温极值出现概率

图1 组件级温度冲击剖面（5 min之内完成转换）

03温度冲击次数的确定

参照GJB/Z34-1993《电子产品定量环境应力筛选指南》中温度循环的筛选度公式。计算一定温度范围、一定温变率，一定循环次数下的筛选度：

（1）

SS：筛选度；

R：温度变化范围；

e：自然对数的底；

V：温度变化率（℃/min）；

N：温度冲击次数。

GJB/Z34中规定的温度冲击的试验条件A循环次数为5次，试验条件A-1循环次数为25。为了细化方案，选择间隔5个循环来计算温度冲击的筛选度。选取温度冲击次数分别为3，5，10，15，20，25时，各筛选度如表3所示。

表3 不同循环次数下的温度冲击筛选度

04温度冲击的是试验设计

从表3中可知，140℃的温差范围，28℃/min的温变率，10个循环的筛选度为0.999998，也就是漏筛的概率为百万分之二，15个循环的漏筛的概率小于十亿分之二。考虑到客观实际，电路板的个数远远小于这个庞大的数值，设计试验方案时，同时从经济上考虑，我们将15个循环作为循环次数的上限（筛选流程图如图2）。

图2 采用两箱法进行组件级筛选的流程图

05温度冲击试验结论

10个循环后5类电路板中出现故障的种类有4类，电路板种类上故障比例为80%，55块电路板中，17块出现故障，电路板数量的故障比例为31%（如图3），说明10个温度循环的筛选还是有很显著效果的。

所有电路板(共5类，55块)在增加5个循环后的常温测试及高低温测试中没有新增故障。

图3 组件级故障统计饼图

我公司产品中存在的缺陷主要是由于装配连接或紧固操作不当或工艺方法不当造成的，常见的缺陷是虚焊、松脱、短路、开路等。环境应力筛选能够及时激发此类故障。

由表4可知，通过试验证明，在经历了15个循环的温度冲击与10个循环的温度冲击后对比，故障没有增加。说明10个循环对应的筛选度理论值0.999 998在试验中已经证明是足够的，考虑到时间上的经济性，没有必要再增加循环次数。

表4 组件级温度冲击故障统计

单板温度冲击的实施流程图

1)  按大纲规定的温度条件进行10个循环的筛选；

2)  恢复常温后，对产品进行调试并进行检测，若无故障，则认为产品通过温度循环筛选，筛选结束；

3)  若产品故障，则对产品进行修复，排除故障后按大纲规定的温度条件继续进行5个循环的筛选。若无故障，则筛选全部结束；若产品故障，则继续排故，直至产品能经受5个温度循环后无故障发生，筛选结束；

4)  原则上累计不超过20个温度循环，若20个温度循环完毕后检查产品仍有故障，则认为产品未通过温度循环筛选，建议进重新行设计或改进工艺或对故障芯片进行DPA分析。

5)  因故中断后恢复试验时，须扣除中断所在循环内的中断前试验时间；

组件级温度筛选流程见图4。

图4 组件级（印制板）温度筛选流程图

整机环境应力筛选

组件级环筛只进行温度冲击，不进行电应力和振动应力的施加。所以整机级环筛侧重于电应力、振动应力、温度应力的综合。

图5中设计了整机环境应力筛选的剖面,对GJB1032-1990进行了优化,加上了电压拉偏和在低温启动和高温启动阶段的三次重启上电。电压和三次重启的设置借鉴了可靠性鉴定试验的做法，这样可以方便后续一次性通过可靠性试验。整机级环境应力筛选故障统计表见表5。

图5 整机级环境应力筛选剖面

表5 整机级环境应力筛选故障统计

结论

环境应力筛选是可靠性鉴定试验的预处理。我单位部分整机已经按照此次试验方案进行完环境应力筛选并激发出产品缺陷。后续进行的可靠性鉴定试验，均能够一次性顺利通过，并不再出现环筛过程中已出现的故障，最终验证了我们环筛方案的有效性。

引用本文：

王道震，徐建生，汪澜，刘红波，张宪坤.通过优化环境应力筛选提高电子产品可靠性[J].环境技术,2022,40(01):65-68+79.