ess

电子通讯设备环境应力筛选ESS规定

前言

本标准规定电子通讯产品环境应力筛选的要求,包括环境应力条件,暴露持续时间,

试验,试验设备的工作要求和针对缺陷要采取的措施,以及试验文件的编写要求。

1范围

本标准适用于DXC公司电子组件（PCB板），模块，分机组合及小型设备的环境应力筛

选（ESS）。

2.引用标准

GJB450装备研制与生产的可靠性通用大纲

GJB1032电子产品环境应力筛选方法

GJB451可靠性、维修性术语

3.名词术语

3．1环境应力筛选

在电子产品上施加随机振动及温度循环应力，以鉴别和剔除产品工艺和元件引起的早期

故障的一种工序或方法。

3．2环境应力筛选故障

在环境应力筛选试验中由产品工艺缺陷或元件缺陷引起的故障。

3．3筛选度（screeningstrength,简称SS）

某种筛选方法能将针对性的缺陷激发出来的概率。

4.环境应力筛选（ESS）的目的与手段

4．1ESS目的

环境应力筛选作为一种工艺流程，是针对产品早期失效中出现的故障模式而进行的，它

的目的在于检测和剔除元器件漏检、漏筛的缺陷和生产工序中引入的潜在缺陷，因此说ESS

是一种工艺手段，ESS所揭示的缺陷不能完全用来说明设计的不足。

4．2ESS手段

环境应力筛选为了在短时间内析出最多的缺陷，通常采用加速环境应力来激发故障。ESS

手段包括高温老化、温度循环、温冲、扫频正弦振动、随机振动及综合手段（温度循环加随

机振动），各种筛选手段效果见图1。为有效达到ESS目的，我们选用了快速温变的温度循环

和随机振动，因为这两种手段可剔除大部分可暴露缺陷。

5一般要求

5.1环境应力筛选对象

研制开发阶段和批生产的产品（除特殊指明不做外）均要全部进行环境应力筛选。

在电子设备的开发、制造过程中，会引入新的缺陷。在设计阶段，主要是由于设计临界

产生潜在缺陷，在采购的原材料与器件中也不可避免地存在漏检、漏筛的隐患，制造过程中

则可能因工艺上超出应力范围或临界而引入缺陷，在测试和可靠性试验中则有可能漏检、重

复检验或缺陷不明显使缺陷未能查出，也有不适当的测试损坏器件、产品的情况存在。

由于上述原因，在哪个环节重点进行可靠性环境应力筛选最为有效就变得十分重要，根

据国内外有关资料表明，在组件级，即PCB板、模块等这些较低等级上进行筛选，其效费比

最好，风险最低，其原因是这个级别的筛选能检出大多数元器件和工艺的缺陷，且把组件放

入筛选设备相对较容易。因此把筛选级别定在组件级,包括PCB板、小型封装模块、不宜拆

分的模块化分机组合及组件级小型设备。

对于外协件、订购件,订货合同未要求和厂商不能提供环境应力筛选报告、数据的,同样

要求进行环境应力筛选试验。

5.2筛选要求

A．对所有受筛组件（PCB板）和模块都必须在电性能调试完并检查合格后进行。

B．所有筛选应力均应施加在非包装状态和去除减震后状态的组件或模块上。

C．除非特殊说明，进行每次筛选前后都必须检查产品性能。在筛选前后的性能检测与

应力筛选之间的时间内不允许对产品进行更换、更改、调整。

D．对于具有自检系统的单板、模块，应最大程度加以利用，以便监测性能，但机内检

测不应是监控性能的唯一方法。

E．在已经出现失效（指具有自检功能的组件、模块），并将缺陷隔离和改正之后，应使

设备继续工作并监测性能，以保证正确的诊断和纠正措施的有效性，同时将失效部位及原因、

纠错方法填入FRACAS系统表上，并将表格存入产品技术档案作为产品质量分析的重要依据

之一。

5.3通用环境要求

除非技术条件另有规定，设备在常态下，均应在正常环境下进行测试、试验。

5．3．1温度试验箱试验温度容差±2℃。

5．3．2温度试验箱的实际温变率应不低于5℃/min。

5．3．3振动试验台控制信号加速度功率密度在20Hz～2000Hz的频率范围内不应超过

0.04g

２

/Hz。

5．3．4试验时间允差为1％。

6.环境应力筛选要求

6．1筛选应力的通用原则

筛选使用的应力应是适当的应力，它使潜在缺陷能充分地暴露，但不会使产品产生疲劳

和设备性能降低。

6．2温度循环应力筛选（PCB组件、模块）

6．2．1试验目的

本试验对组件级（PCB组件、模块）很有效，它能够暴露工艺和加工过程中引入的

缺陷及元器件筛选过程中未暴露的缺陷。进行温度循环筛选可以暴露以下缺陷：

A．组件缺陷、剥离、破裂、绝缘裂口；

B．元器件和电路板焊接分离；

C．焊接问题；

D．在元器件厂家筛选和购入元器件老练筛选中漏检的元器件缺陷；

E．参数漂移。

6．2．2筛选条件确定原则

A．最高温度：组件所受的最高温度不得超过构成组件的任何元器件或材料最高额定温

度(这里的额定温度在断电筛选时指储藏温度,加电筛选时指工作温度)的最低值。

B．最低温度：组件所受的最低温度不得低于构成组件的任何元器件或材料最低额定温

度(这里的额定温度在断电筛选时指储藏温度,加电筛选时指工作温度)的最高值。

C．温度变化率：筛选的有效度随温变率的提高而提高。最大变化率取决于温度箱的特

性和被筛选产品的热质量（惯性）。

D．在温度极值的保温：为使被筛选产品达到极值温度，通常在温度循环的极值温度上

进行保温，产品的热滞后取决于产品的热质量，而大多数PCB组件的热质量都较大，尤其是

带屏蔽壳的模块，其热质量则更加大，通常需要20～30分钟。

E．循环次数：在极值温度（Tu和TL）和温变率（V）确定的条件下循环次数（N）可由

温度循环筛选度计算公式（公式1）确定，为得到较高的筛选度（SS）则选用相应的循环次

数。

SS=1–exp（-0﹒0017（R+0﹒6）

0.6

[ln(e+V)]

3

N）公式1

式中R----温变范围（Tu–TL）℃；

e----自然对数底；

V----温变率（℃/min）。

F．筛选是否通电：一般不加说明情况下，受筛产品断电筛选，如有需要加大应力强度、

减少筛选时间时，也可通电筛选，但可不加信号、不测试。

6．2．3温度循环应力筛选的推荐筛选条件：

6．2．3．1温度范围：

地面固定通讯设备试验条件：-25℃～+70℃

6．2．3．2温变率：10℃/min

6．2．3．3温度循环次数：15次（筛选度可达99.85％）

6．2．3．4温度极限时产品保温时间：

A．对PCB板等热质量小的产品，保温时间为20min.

B．对有金属外壳等热质量大的产品，保温时间为30min.

6．2．3．5通/断要求：

A．断电筛选。

B．对特别指出要通电筛选的产品，在升温和高温保温时应通电；在降温和低温保温时

应断电。另外在此种情况下可相应减少循环次数2～3次。

6．3组件级随机振动筛选

试验时可将组件（PCB板）或模块固定在试验支架（拉框）上进行。

6．3．1试验目的：

随机振动是在宽频率范围上对产品施加振动，产品在不同频率上同时受到应力，使产品

的许多共振点同时受激励。即使产品在实际使用中不受任何振动，随机振动也是适用的，因

为应力适用性准则不是实际寿命期中潜在缺陷如何变成故障，而是把缺陷变成故障的能力。

筛选效果好、持续时间短是选用随机振动方法的主要原因。随机振动筛选通常可以暴露以下

缺陷：

A．焊接问题；

B．元器件和印制板制造工艺缺陷；

C．大质量器件安装不当导致的断裂、碰撞；

D．硬件松动；

E．结构问题。

6．3．2试验条件

A．频率域：20Hz～2000Hz

B．加速度功率谱密度：0﹒02～0﹒04g

2

/Hz（g均方根值）,见图二.

C．振动持续时间：5～10min

图二随机振动谱

D．轴向：垂直1次

E.通/断要求：断电。

6．3．3筛选效果

根据6﹒3﹒2试验条件，通过公式2计算随机振动筛选度（SS），筛选有效度可达39﹒4％～63﹒3％，

这一比例反映了筛选缺陷占可暴露缺陷的比重，通常明显低于温度循环的筛选度，但它所暴露的缺陷机

理可与温度循环暴露的缺陷机理相互补。

SS=1–exp[-0﹒0046（Grms/10）

1.71

（t）]公式2

Grms----振动加速度均方根值（m/s

2

），根据试验条件经计算该Grms值为60﹒6m/s

2

；

t---振动时间（min）

6．4环境应力筛选程序

该程序由初始性能检测、温度循环、随机振动及最后性能检测组成。

6．4．1初始性能检测：

试验产品按有关标准或技术文件进行外观、机械及电气性能检测并记录。凡检测不合格的不能继续

进行环境应力筛选。

6．4．2温度循环应力筛选：

按6﹒2﹒3条确定试验条件，单一循环过程如图三所示，单一循环时间为68分钟，全部15个循

环为17小时。

2

ƵÂÊ,Hz

0.04g2/Hz

-3dB/oct

+3dB/oct

¹¦

ÂÊ

Æ

×Ã

Ü

¶È

(

P

S

D)

,

g

2

/

H

z

图三

6．4．3随机振动：

按6﹒3﹒2条确定试验条件，受筛产品所使用夹具或拉框都应仔细检查、紧固，外接引线

应悬挂处理，放置PCB板时注意使振动轴向垂直于印制板平面，保证产生最大偏移量和

有效激励作用。

6．4．4最后性能检测：

将通过环境应力筛选试验的产品在常温下通电工作，按技术条件要求逐项检测并记录其

结果，将最后性能与初始测量值比较，对筛选产品按验收功能极限值进行评价，有故障的按

6﹒5条处理。

6．5故障分析

分析要求：要按FRACAS系统表格，填写到故障报告、失效原因分析及纠正措施系统表

上，并交有关部门归类存档，以备有关人员及用户检索查阅和进行质量分析之用。对于外协

件、订购件,可依据有关合同规定或通知厂商作出相应处理。

7质量记录

7.1附录A表QR23.006-1998-01组件温度循环应力筛选数据表

7.2附录B表QR23.006-1998-02组件随机振动筛选数据表

7.3附录C表QR23.006-1998-03故障报告、分析和纠正措施系统表

组件温度循环应力筛选数据表

组件型号试验日

期

时间

温度

室温

+70

-25

低温保持

高温保持

一个完整循环

试验目的:

对组装和调试好的印制板插件（或模块），施加较大温差的温度循环，激发潜

在的元器件、工艺的隐患，从而采取有效的纠正措施，降低失效率。

硬件描述:

（1）单元印制板电子元器件总数

半导体器件总数

集成电路总数

（2）元件质量等级半导体器件等级

集成电路等级

设计人员:日期:

设计试验环境:

（1）温度范围

□通信电子产品：-25℃～+70℃

□（其它）

（2）保温时间（高、低温）

□印制电路板为20min

□带外壳模块为30min

（3）通/断电：□通电□断电

（4）循环次数：15次

工艺技术人员:日

期:

损坏类型:

印制板（模块）总数

元器件失效总数

焊点虚焊数

印制电路板剥离和金属化孔断开的总数

其它

维修组:日

期:

试验结论:

工艺人员:日期:

审核意见:

可靠性主管设计师:日期:

组件级随机振动筛选数据表

组件型号试验日

期

试验目的:

振动试验在于暴露焊接问题，元器件和印制电路板的缺陷，硬件松动和结构问题。

硬件描述:

（1）单元印制板电子元器件总数

半导体器件总数

集成电路总数

（2）元件质量等级半导体器件等级

集成电路等级

设计人员:日期:

设计试验环境:

（1）频率域：20Hz～2000Hz

（2）加速度功率谱密度：0﹒02～0﹒04g

2

/Hz（g均方根值）

（3）振动持续时间：5～10min

（4）轴向：垂直1次

（5）通/断要求：断电。

工艺技术人员:日

期:

损坏类型:

印制板（模块）总数

元器件失效总数

焊点虚焊数

印制电路板剥离和金属化孔断开的总数

其它

维修组:日

期:

试验结论:

工艺人员:日期:

审核意见:

可靠性主管设计师:日期: