何謂ESS(Environmental Stress Screening)環境應力篩選?

電子零件壽命曲線(浴缸理論),何謂ESS(Environmental Stress Screening)環境應力篩選?

環境應力篩選(Environmental Stress Screening,ESS)」是依據產品的壽命曲線(浴缸理論)針對新製產品或修理品(通常為電子產品或零件)施加相當的環境與工作應力(stress),如反覆開關機(power on/off)、偏壓(bias)、壓力(pressure)、溫度循環(thermal cycling)、振動(vibration)等方法,讓一些僅使用常規測試方法也無法檢測到的潛在早夭問題產品提前暴露出來,起到篩選不良品、達到品質保證的目的。

參照文章最上面的「電子產品的壽命曲線(浴缸理論)」圖,可以發現電子產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)等三大時期,「早期失效期」的失效率會從一開始出現較高比率,然後急速下降到平坦的「有用期」,其原因在於設計的可靠性與製造組合公差、還有零件之間的匹配可適性、加上產品運行後的負載跟外界環境磨合後所產生之不良。







所以在產品運作初期這類匹配不當的瑕疵品會大量的出現。而處於「有用期」又稱為「偶然失效期」的產品則會受到外界環境的影響引發偶然失效,偶然失效行為佔據主導,所以該階段失效率近似為常數。在「耗損失效期」,是因為零組件老化所引發,其失效會愈來愈嚴重,最後導致失效率隨時間而增加。而ESS(環境應力篩選)的目的就是透過模擬產品實際的使用環境與工作負載,將產品送到客戶手中以前就提前度過浴缸理論中的早期失效期,讓客戶拿到產品後就可以享受到「有用期」的穩定品質,而這個「產品實際使用環境與工作負載」就是所謂的「環境應力(stress)」。

執行ESS(環境應力篩選 )測試項目與參數時應該依據個零件或產品的特性來設計,原則上必須依照產品設定的使用條件來設計環境應力參數,最好配以長期的品質資料紀錄佐證,切記不可以過度增加負載超出產品的能力,因為測試後的產品是要出貨給客戶使用的,過度的環境應力負載可能造成產品的內傷或提前老化,得不償失。

依據過往的經驗,一般整機電子產品的ESS測試項目為重複開關機、溫度、振動等項目,溫度參數必須考慮產品使用環境及材料特性,一般的工程塑膠材料不建議長期超過60C,否則容易脆化與變形,振動測試建議模擬車運、船運等振動頻率與重力加速度。

其實,現在的電子工業設計及製造已經達到一定的水準,透過合理的MTBF與品質管控,一般商業用的電子零件幾乎已經很少有「早期失效期 」高失效率出現,所以這個ESS測試項目在一般的消費性不危及安全的商品上似乎已經漸漸消失,當然這可能只是工作熊個人觀察到的趨勢而已,也許你有不同的觀察與看法~


延伸閱讀:
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品質(Quality)與可靠度(Reliability)有何不同?
什麼是ORT(On-Going Reliability Test)?ORT和 Reliability測試有什麼不同?

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