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PCBA大讲堂:何谓ESS(Environmental Stress Screening)环境应力筛选?

发布时间 :2018-01-23 09:24 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
电子零件寿命曲线(浴缸理论),何谓ESS(Environmental Stress Screening)环境应力筛选?
环境应力筛选(Environmental Stress Screening,ESS)」是依据产品的寿命曲线(浴缸理论)针对新制产品或修理品(通常为PCBA电子产品或零件)施加相当的环境与工作应力(stress),如反覆开关机(power on/off)、偏压(bias)、压力(pressure)、温度循环(thermal cycling)、振动(vibration)等方法,让一些仅使用常规测试方法也无法检测到的潜在早夭问题产品提前暴露出来,起到筛选不良品、达到品质保证的目的。
 
参照文章最上面的「PCBA电子产品的寿命曲线(浴缸理论)」图,可以发现PCBA电子产品的失效故障率基本上可以被分成早期失效期(Infant mortality period)、有用期(useful life period)、磨耗期(wear-out period)等三大时期,「早期失效期」的失效率会从一开始出现较高比率,然后急速下降到平坦的「有用期」,其原因在于设计的可靠性与制造组合公差、还有零件之间的匹配可适性、加上产品运行后的负载跟外界环境磨合后所产生的不良。
 
所以在产品运作初期这类匹配不当的瑕疵品会大量的出现。而处于「有用期」又称为「偶然失效期」的产品则会受到外界环境的影响引发偶然失效,偶然失效行为占据主导,所以该阶段失效率近似为常数。在「耗损失效期」,是因为零组件老化所引发,其失效会愈来愈严重,最后导致失效率随时间而增加。而ESS(环境应力筛选)的目的就是透过模拟产品实际的使用环境与工作负载,将产品送到客户手中以前就提前度过浴缸理论中的早期失效期,让客户拿到产品后就可以享受到「有用期」的稳定品质,而这个「产品实际使用环境与工作负载」就是所谓的「环境应力(stress)」。
 
执行ESS(环境应力筛选 )测试项目与参数时应该依据个零件或产品的特性来设计,原则上必须依照产品设定的使用条件来设计环境应力参数,最好配以长期的品质资料纪录佐证,切记不可以过度增加负载超出产品的能力,因为测试后的产品是要出货给客户使用的,过度的环境应力负载可能造成产品的内伤或提前老化,得不偿失。
 
依据过往的经验,一般整机PCBA电子产品的ESS测试项目为重复开关机、温度、振动等项目,温度参数必须考虑产品使用环境及材料特性,一般的工程塑胶材料不建议长期超过60C,否则容易脆化与变形,振动测试建议模拟车运、船运等振动频率与重力加速度。
 
其实,现在的电子工业设计及制造已经达到一定的水淮,透过合理的MTBF与品质管控,一般商业用的电子零件几乎已经很少有「早期失效期 」高失效率出现,所以这个ESS测试项目在一般的消费性不危及安全的商品上似乎已经渐渐消失,当然这可能只是深圳宏力捷观察到的趋势而已,也许你有不同的观察与看法。


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