最近得知GJB 1032A-2020《电子产品环境应力筛选方法》已正式发布，代替了GJB 1032-1990《电子产品环境应力筛选方法》，就有了梳理一下环境应力筛选工作的念头，虽然还不成熟，先和大家做一个分享，后续继续深入。
根据GJB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》的定义，环境应力筛选（Environmental Stress Screening）是为减少早期故障，对产品施加规定的环境应力，以发现和剔除制造过程中的不良零件、元器件和工艺缺陷等早期故障的一种工序或方法。
尽管环境应力筛选被GJB450A-2004《装备可靠性工作通用要求》列入可靠性试验项目（工作项目401），但实际上它是一个筛选过程，与试验不同，它一般是对已制造好的产品进行100%的生产筛选。
一、总体说明
大多数不可修复产品的故障率随时间的变化曲线是一个“浴盆曲线“，可以分为初期故障期、偶发故障期和磨损故障期三个阶段。其中初期故障期的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调试不当等，在产品投入使用后很容易较快暴露出来，目前主要通过环境应力筛选的方式来减少。
从环境应力筛选（ESS）的定义看，主要是针对“制造过程“中问题实施的，所以主要用于产品的批生产阶段和产品使用后的大修中，但由于其具有加速激发产品内部缺陷（包括设计、工艺和元器件缺陷）的能力，研制阶段也可以使用，其在产品寿命各阶段使用场景如下。
环境应力筛选（ESS）包括元器件、线路板、组件、部件和整机的筛选。GJB 1032《电子产品环境应力筛选方法》的适用范围为印制电路组件、电子组件、整机或系统，不包括电子元器件，主要针对元器件级以上层次的产品，并非环境应力筛选不适用于元器件，只是GJB 1032标准不适用于元器件（换句话说，元器件筛选参照其他标准实施）。电子元器件的环境应力筛选由元器件生产厂家（称为元器件筛选）按照应的规范或供需双方签订的合同进行，但是当“一次筛选”的技术条件不能满足使用方对元器件的质量要求时，使用方或其委托单位可以进行再筛选以补充生产厂筛选的不足（称为二次筛选）。本文重点讨论元器件级以上层次的环境应力筛选，元器件筛选不做探讨。
二、环境应力筛选程序
依据GJB 1032的规定，环境应力筛选程序由初始性能检测、缺陷剔除试验、无故障检验及最后性能检测等组成。初始性能检测在标准大气（即实验室大气温度环境）条件下进行，按照有关标准或技术文件进行外观、机械和电气性能检测并记录（第1次记录要求），凡检测不合格的不能进行环境应力筛选。
缺陷剔除试验阶段包括5min的随机振动筛选和10个循环的温度循环筛选，顺序为随机振动后温度循环，随机振动筛选要求全过程通电监测并记录（监测，不要求全面测试，第2次记录要求），温度循环筛选在升温和高温保持阶段通电监测并记录（第3次记录要求），对筛选过程中发现的所有故障都要详细记录（第4次记录要求）。在随机振动试验中发现的故障要待振动结束后排除，在温度循环中发现故障时应即时中断试验，排除后继续试验并从发现故障的循环起点继续计算试验时间（即扣除发现故障该循环的试验时间）。
无故障检验筛选阶段包括10个∽20个循环的温度循环筛选和5min∽15min的随机振动筛选，其目的是验证筛选的有效性，顺序为温度循环随机振动，应力量级可与缺陷剔除试验相同。无故障检验筛选中要始终对样品进行功能和性能监测，在最长20个循环内只要连续10个循环不出现故障，产品即通过了温度循环筛选；在最长的15min内连续5min不出现故障，产品即通过了随机振动筛选。如在温度循环的前10个循环发现故障，允许排除后继续验证试验，在随机振动的前10min出现故障，也允许在排除故障后继续验证试验，试验的故障处理出城同样要作详细记录（第5次记录要求）。
最后性能检测是将通过无故障检验筛选的样品在标准大气环境条件下，按其技术条件逐项检测并记录（第6次记录要求），将结果与初始检测的结果进行比较，根据规定的验收极限值对产品做出评价。整个环境应力筛选过程结束后，要编制环境应力筛选报告，作为装备可靠性信息资料保存，纳入可靠性信息管理。
三、诱发故障机理
环境应力筛选通过一定的振动应力、温度应力施加，让产品提前暴露缺陷，这是一般检验无法实现的，一般来说筛选振动可以激发产品的20％的缺陷，温度循环可以激发产品的80％的缺陷，各种筛选能发现的典型缺陷如下。
温度循环和随机振动激发的缺陷类型不同，是由它们诱发故障的差异决定的。产品在经受温度循环时，内部交替膨胀和收缩，使其产生热应力和应变。当产品内部存在瞬时的热梯度，或产品内部邻接材料的热膨胀系数不匹配时，这些应力和应变将会加剧，并在潜在缺陷处出现应力集中，多次循环将会累积这种效应，最终使缺陷变成故障。
随机振动是在很宽的频率范围内对产品施加振动应力，产品在不同的频率上同时受到应力，在许多谐振点上同时受到激励，从而使安装不当的元件受到扭曲和碰撞，产品的结构会出现松动、磨损甚至破坏，导致产品故障。
温度循环在揭示元器件的缺陷方面起主要作用，而随机振动在揭示工艺和组装缺陷方面起主要作用，采用随机振动-温度循环-随机振动组合方式的筛选顺序，有利于这两种应力间的协同作用，加速激发和暴露产品内部的潜在缺陷。
四、新旧标准的主要变化
详细对比GJB 1032A-2020和GJB 1032-1990，两者的主要变化如下：
1）强调了环境应力筛选的动态性和可裁剪性，增加了第7章裁剪，附录E环境应力筛选裁剪的补充说明；
2）对于温变率进行了修正，温度循环筛选时温度变化率从不小于5℃/min提高到不小于10℃/min，提高了筛选对产品的要求；
3）优先根据温度测定结果确定温度循环时间，对温度循环次数给出了推荐值，缺陷剔除温度循环数一般不少于10次，无故障检验温度循环数一般不少于10次（推荐值），不再具体规定缺陷剔除循环为10次或12次，无故障为10∽20次或12∽24次，增加了试验的灵活性；
4）细化了振动时间和轴向的实施方法，增加累积振动时间不应超过20min的要求，细化了环境应力筛选前功能和性能检测要求，温循和随机振动筛选时通电监测要求；
5）提出了根据产品特点延伸振动筛选谱频率范围，对于质量较大或刚度较弱的产品，在5Hz∽20Hz有共振时，振动谱频率下限可延伸至5Hz∽10Hz，以激发产品在该频段的响应；
6）强调了在环境应力筛选中建立故障报告、分析和纠正措施系统，对于故障处理进行了叙述，提出了要求；
7）增加了编制产品环境应力筛选大纲的要求，为环境应力筛选工作提供有效指导；
8）增加了第8章筛选报告。
五、环境应力筛选与可靠性增长的关系
环境应力筛选（ESS）主要用于剔除生产过程中元器件和工艺缺陷，以保证产品的使用可靠性。而可靠性增长试验（RGT）则是通过试验、分析和改进（TAAF）程序，发现并消除产品设计问题使产品的可靠性满足规定要求。
为了实现可靠性增长，要充分利用各种手段发现产品的设计问题。这些手段中包括常规的性能试验和检测、环境适应性试验、应力筛选和可靠性研制/增长试验等。而环境应力筛选和环境试验等一样，可在产品研制阶段早期，用于剔除产品潜在缺陷（包括设计缺陷），作为早期可靠性增长的有效手段。
此外，为了提高可靠性增长试验的效率，其参试产品必须先进性环境应力筛选，以排除工艺、元件等非设计隐患。
环境应力筛选与可靠性增长试验改善可靠性的模式不同，前者主要用于提高使用可靠性，后者则用于提高固有可靠性，二者的关系如下。
环境应力筛选是一种检验工艺，不是一种试验，目的就是要找出产品的早期故障，要求100％的产品作筛选，而不能随机抽样。为了用较短的时间查找出更多的潜在缺陷，同时又不损坏产品和增加新的缺陷，所使用的环境应力应高于产品规范所规定的应力值，但不能超出产品的设计极限值。环境应力筛选是一个动态工艺，应该根据筛选的效果、故障分析以及其它情况进行动态调整，以达到最佳的筛选效果。
参考文献：
1）祝耀昌《环境应力筛选技术及其应用和发展综述》
2）李朝锋 朱琳苏可鹏《电子产品环境应力筛选方法的分析与探讨》
3）QJ3138《航天产品环境应力筛选指南》
4）GJB1032A-2020《电子产品环境应力筛选方法》