任小慶
山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司 山西太原 030021
環(huán)境應(yīng)力篩選(以下簡(jiǎn)稱ESS)是可靠性試驗(yàn)中的一種類型,也是產(chǎn)品制造過(guò)程中的一道工序。產(chǎn)品的篩選等級(jí)可分為設(shè)備級(jí)、組件級(jí)和元器件級(jí),實(shí)施ESS能暴露產(chǎn)品各組裝等級(jí)大部分的前期隨機(jī)故障。根據(jù)產(chǎn)品的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等要求,可根據(jù)GJB7243-2011《軍用電子元器件篩選技術(shù)要求》、GJB1032-1990《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》、《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的ESS方案。
ESS實(shí)施的主要意義就是能夠發(fā)現(xiàn)和排除產(chǎn)品中不良零件、元器件、工藝缺陷和防止出現(xiàn)早期失效,是保證產(chǎn)品交付后使用可靠性的重要手段。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)階段進(jìn)行ESS能夠盡早地發(fā)現(xiàn)并修正產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝等缺陷,從而降低故障率,提高并穩(wěn)定其可靠性,使產(chǎn)品提早進(jìn)入其生命周期的偶然故障階段,從而有效提升產(chǎn)品品質(zhì)[1]。
根據(jù)GJB7243、GJB/Z34、GJB1032、QJ3138等標(biāo)準(zhǔn)要求,在軍工產(chǎn)品的科研試制、小批量試制、批量生產(chǎn)、售后備件生產(chǎn)等過(guò)程均要求全數(shù)或抽樣進(jìn)行ESS。因此本文后續(xù)只針對(duì)民用產(chǎn)品進(jìn)行討論。
民用產(chǎn)品沒(méi)有相關(guān)國(guó)標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)定,但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中要求較高的可靠性時(shí),在科研試制過(guò)程中設(shè)置ESS,可以更加高效的發(fā)掘出產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝缺陷,做出針對(duì)性改進(jìn),提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)置ESS可及時(shí)發(fā)現(xiàn)原材料、工藝方法、工序流程等方面存在的不足,有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于可靠性要求不高的消耗類、低成本產(chǎn)品或者經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定生產(chǎn)的電子產(chǎn)品,在生產(chǎn)過(guò)程中可以采用適當(dāng)刪減或不設(shè)置ESS,以節(jié)約成本。
產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存和使用環(huán)境是誘發(fā)產(chǎn)品早期失效的主要因素,產(chǎn)品貯存和使用環(huán)境溫差越大,振動(dòng)越強(qiáng)烈則越容易引發(fā)早期失效。室外使用、車載、機(jī)載設(shè)備較室內(nèi)常溫使用的產(chǎn)品更容易發(fā)生早期失效。因此對(duì)于使用環(huán)境較為惡劣的產(chǎn)品在生產(chǎn)中應(yīng)針對(duì)性設(shè)置ESS,以減少產(chǎn)品實(shí)際使用中的故障,提升產(chǎn)品質(zhì)量可靠性[2]。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)越復(fù)雜則所包含元器件、原材料用量越大、工序流程越長(zhǎng)、工藝越復(fù)雜,則越容易引發(fā)早期失效,因此產(chǎn)品越復(fù)雜約應(yīng)當(dāng)設(shè)置ESS。對(duì)于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工藝成熟的產(chǎn)品可通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法以減少或不設(shè)置ESS。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制階段時(shí)建議設(shè)置ESS,可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷在短時(shí)間內(nèi)暴露出來(lái),進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn),提升設(shè)計(jì)水平和效率。產(chǎn)品小批量試制和批產(chǎn)初期時(shí),工藝尚不穩(wěn)定,生產(chǎn)工藝可能存在調(diào)整,工人操作尚不熟練,因此是非預(yù)期的早期失效的高發(fā)時(shí)期,建議全數(shù)或抽樣進(jìn)行ESS。當(dāng)批產(chǎn)穩(wěn)定、工藝固化、人員熟練、質(zhì)量穩(wěn)定后可逐步降低甚至取消ESS要求。
產(chǎn)品批產(chǎn)后,原材料等級(jí)的選擇和工藝的標(biāo)準(zhǔn)化與精細(xì)化程度、自動(dòng)化制造占比、人工操作熟練度、人員工作強(qiáng)度等工藝水平的控制是造成產(chǎn)品批次質(zhì)量穩(wěn)定的主要因素。條件允許的情況下建議至少進(jìn)行批次抽樣篩選監(jiān)測(cè)以驗(yàn)證原材料質(zhì)量水平和制造工藝的穩(wěn)定性。如組織對(duì)原材料和生產(chǎn)過(guò)程控制嚴(yán)格且產(chǎn)品連續(xù)多批質(zhì)量穩(wěn)定的,可以放松或取消ESS。
元器件級(jí)ESS費(fèi)用一般包括:設(shè)備使用費(fèi)用、測(cè)試費(fèi)用、人工及管理成本等;如組織規(guī)模較小或需求較小時(shí)可選擇整體外包進(jìn)行,可有效降低成本。
組件級(jí)ESS費(fèi)用一般包括:設(shè)備使用費(fèi)用、測(cè)試費(fèi)用、人工及管理成本等。
設(shè)備級(jí)ESS費(fèi)用一般包括:設(shè)備使用費(fèi)用、測(cè)試費(fèi)用、人工及管理成本等。
根據(jù)成本統(tǒng)計(jì)及計(jì)算可得出ESS成本,跟產(chǎn)品本身售價(jià)的比值即為ESS費(fèi)用比,ESS費(fèi)用比越低則組織越適合設(shè)置ESS。
根據(jù)GJB7243、GJB/Z34、GJB1032給出的方案
元器件級(jí):不同元器件篩選方法區(qū)別較大以薄膜電阻器常用篩選方法舉例說(shuō)明。溫度沖擊篩選時(shí)間(2h)、過(guò)載篩選(1~24小時(shí),高壓電阻器除外)、功率老練(100±4h)再加上測(cè)試時(shí)間、工序轉(zhuǎn)換、標(biāo)識(shí)、安裝時(shí)間等,單批元器件ESS時(shí)間至少需要5個(gè)工作日完成;
組件級(jí):溫度循環(huán)時(shí)間(6h~12h)、測(cè)試時(shí)間、工序轉(zhuǎn)換、標(biāo)識(shí)、安裝時(shí)間等,大約需要1~2個(gè)工作日完成;
設(shè)備級(jí):震動(dòng)時(shí)間(0.08h+0.25h)、溫度循環(huán)時(shí)間(80h~120h)、測(cè)試時(shí)間、工序轉(zhuǎn)換、標(biāo)識(shí)、轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝時(shí)間等,至少需要5個(gè)工作日;
綜上所述正常開展ESS需要增加至少12個(gè)工作日的生產(chǎn)時(shí)間,即使進(jìn)行適當(dāng)刪減也需要至少6個(gè)工作日。因此增加ESS是一道較為費(fèi)時(shí)的工序,可能對(duì)組織對(duì)履行產(chǎn)品交付造成一定影響,組織應(yīng)根據(jù)合同要求、排產(chǎn)計(jì)劃安排等合理設(shè)置。
設(shè)定ESS可以有效減少產(chǎn)品交付初期因?yàn)榉穷A(yù)期的早期失效而引起的售后服務(wù)費(fèi)用,組織應(yīng)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)售后成本和ESS成本間的關(guān)系進(jìn)行比較,以合理設(shè)定ESS。同時(shí)還應(yīng)考慮售后質(zhì)量引發(fā)的企業(yè)品牌和聲譽(yù)成本等連帶成本[3]。
組織在進(jìn)行ESS設(shè)定和方案選擇時(shí)應(yīng)具體考慮產(chǎn)品的用途、可靠性要求、環(huán)境適應(yīng)性要求、生產(chǎn)階段、原材料選用等級(jí)、生產(chǎn)工藝水平、價(jià)格成本、時(shí)間成本、售后服務(wù)成本等因素進(jìn)行綜合考量,使產(chǎn)品可靠性和組織經(jīng)濟(jì)成本達(dá)到和諧統(tǒng)一。