關于電子產品開展環境應力篩選的考量

任小慶

山西大眾電子信息產業集團有限公司 山西太原 030021

1 環境應力篩選簡介及其意義

環境應力篩選（以下簡稱ESS）是可靠性試驗中的一種類型，也是產品制造過程中的一道工序。產品的篩選等級可分為設備級、組件級和元器件級，實施ESS能暴露產品各組裝等級大部分的前期隨機故障。根據產品的可靠性、環境適應性等要求，可根據GJB7243-2011《軍用電子元器件篩選技術要求》、GJB1032-1990《電子產品環境應力篩選方法》、《微電子器件試驗方法和程序》等相關標準選擇合適的ESS方案。

ESS實施的主要意義就是能夠發現和排除產品中不良零件、元器件、工藝缺陷和防止出現早期失效，是保證產品交付后使用可靠性的重要手段。在產品設計和試生產階段進行ESS能夠盡早地發現并修正產品的設計和工藝等缺陷，從而降低故障率，提高并穩定其可靠性，使產品提早進入其生命周期的偶然故障階段，從而有效提升產品品質[1]。

2 開展環境應力篩選時應考量的因素包括

2.1 產品用途及可靠性要求

根據GJB7243、GJB/Z34、GJB1032、QJ3138等標準要求，在軍工產品的科研試制、小批量試制、批量生產、售后備件生產等過程均要求全數或抽樣進行ESS。因此本文后續只針對民用產品進行討論。

民用產品沒有相關國標進行強制規定，但在產品設計方案中要求較高的可靠性時，在科研試制過程中設置ESS，可以更加高效的發掘出產品設計、工藝缺陷，做出針對性改進，提升產品設計的合理性和可靠性。在生產過程中設置ESS可及時發現原材料、工藝方法、工序流程等方面存在的不足，有效提升產品質量。對于可靠性要求不高的消耗類、低成本產品或者經長時間穩定生產的電子產品，在生產過程中可以采用適當刪減或不設置ESS，以節約成本。

2.2 產品環境適應性要求

產品的轉運、貯存和使用環境是誘發產品早期失效的主要因素，產品貯存和使用環境溫差越大，振動越強烈則越容易引發早期失效。室外使用、車載、機載設備較室內常溫使用的產品更容易發生早期失效。因此對于使用環境較為惡劣的產品在生產中應針對性設置ESS，以減少產品實際使用中的故障，提升產品質量可靠性[2]。

2.3 產品的復雜程度

產品設計越復雜則所包含元器件、原材料用量越大、工序流程越長、工藝越復雜，則越容易引發早期失效，因此產品越復雜約應當設置ESS。對于設計簡單、工藝成熟的產品可通過設計相應的監測方法以減少或不設置ESS。

2.4 產品生產階段

產品設計、試制階段時建議設置ESS，可以使產品設計缺陷在短時間內暴露出來，進行針對性改進，提升設計水平和效率。產品小批量試制和批產初期時，工藝尚不穩定，生產工藝可能存在調整，工人操作尚不熟練，因此是非預期的早期失效的高發時期，建議全數或抽樣進行ESS。當批產穩定、工藝固化、人員熟練、質量穩定后可逐步降低甚至取消ESS要求。

2.5 產品原材料選用等級及生產工藝水平

產品批產后，原材料等級的選擇和工藝的標準化與精細化程度、自動化制造占比、人工操作熟練度、人員工作強度等工藝水平的控制是造成產品批次質量穩定的主要因素。條件允許的情況下建議至少進行批次抽樣篩選監測以驗證原材料質量水平和制造工藝的穩定性。如組織對原材料和生產過程控制嚴格且產品連續多批質量穩定的，可以放松或取消ESS。

2.6 ESS價格成本

元器件級ESS費用一般包括：設備使用費用、測試費用、人工及管理成本等；如組織規模較小或需求較小時可選擇整體外包進行，可有效降低成本。

組件級ESS費用一般包括：設備使用費用、測試費用、人工及管理成本等。

設備級ESS費用一般包括：設備使用費用、測試費用、人工及管理成本等。

根據成本統計及計算可得出ESS成本，跟產品本身售價的比值即為ESS費用比，ESS費用比越低則組織越適合設置ESS。

2.7 ESS時間成本

根據GJB7243、GJB/Z34、GJB1032給出的方案

元器件級：不同元器件篩選方法區別較大以薄膜電阻器常用篩選方法舉例說明。溫度沖擊篩選時間(2h)、過載篩選（1～24小時，高壓電阻器除外）、功率老練（100±4h）再加上測試時間、工序轉換、標識、安裝時間等，單批元器件ESS時間至少需要5個工作日完成；

組件級：溫度循環時間（6h～12h）、測試時間、工序轉換、標識、安裝時間等，大約需要1～2個工作日完成；

設備級：震動時間（0.08h＋0.25h）、溫度循環時間（80h～120h）、測試時間、工序轉換、標識、轉運、安裝時間等，至少需要5個工作日；

綜上所述正常開展ESS需要增加至少12個工作日的生產時間，即使進行適當刪減也需要至少6個工作日。因此增加ESS是一道較為費時的工序，可能對組織對履行產品交付造成一定影響，組織應根據合同要求、排產計劃安排等合理設置。

2.7 售后服務成本

設定ESS可以有效減少產品交付初期因為非預期的早期失效而引起的售后服務費用，組織應運用統計學方法對售后成本和ESS成本間的關系進行比較，以合理設定ESS。同時還應考慮售后質量引發的企業品牌和聲譽成本等連帶成本[3]。

3 結語

組織在進行ESS設定和方案選擇時應具體考慮產品的用途、可靠性要求、環境適應性要求、生產階段、原材料選用等級、生產工藝水平、價格成本、時間成本、售后服務成本等因素進行綜合考量，使產品可靠性和組織經濟成本達到和諧統一。