Environmental Stress Screening (ESS)

Smarterer Prozess zur Umweltprüfung für für Produktionssicherheit

Nicht jeder Fehler ist am Ende der Fertigungslinie (EOL) erkennbar. Latente Fehler können die ersten Prüfungen überstehen und sich erst später im Einsatz als frühzeitige Ausfälle zeigen. Es ist wichtig zu berücksichtigen, wo diese Produkte zum Einsatz kommen und wie sie auch unter extremen Bedingungen behandelt werden. Genau hier schafft ESS (Screening unter Umweltbelastung) einen Mehrwert.

ESS ist ein Verfahren zur Zuverlässigkeitsprüfung, bei dem Produkte kontrollierten Umweltbelastungen ausgesetzt werden, um versteckte Fehlermechanismen aufzudecken, bevor die Produkte eingesetzt werden.

Averna entwickelt Testlösungen für Produktions-Screening und automatisierte Testplattformen, die das Screening auf tatsächliche Produktrisiken und Zuverlässigkeitsziele abstimmen. Das Ergebnis ist ein effektiverer Prozess zum Umwelt-Screening mit verbesserter Fehlererkennung und geringeren Qualitätskosten (CoQ – Cost of Quality).

Was ESS tatsächlich feststellt

Risse in Lötstellen und kalte Lötstellen
Grenzwertige Komponenten und Komponentenfehler
Durch die Montage verursachte Spannungen und spannungsbedingte Leiterplattenausfälle
Gelegentliche elektrische Störungen, die bei den ersten Tests übersehen werden
Reaktionen auf reale oder extreme Umgebungsbedingungen

Das ESS-Verfahren von Averna

Jede ESS-Implementierung beginnt mit einer Frage: Welche Fehler wollen wir schneller erkennen, ohne dabei einwandfreie Einheiten zu beschädigen? Wir entwickeln Screening-Strategien, die gezielt auf echte Fertigungsfehler abzielen und gleichzeitig die Produktintegrität und den Produktionsdurchsatz bewahren.

Phase 1
Produkt- und Risikobewertung

In Zusammenarbeit mit unseren Kunden beginnen wir damit, die Produktarchitektur, den Fertigungsprozess und die wahrscheinlichen Fehlerursachen zu untersuchen. Dies hilft uns dabei, festzustellen, wo latente Fehler am ehesten auftreten und welche Belastungen dabei eine Rolle spielen.
Phase 2
Definition des ESS-Profils

Falls noch kein Screening-Profil definiert wurde (beispielsweise bei unternehmenskritischen Anwendungen), entwickeln wir ein Profil auf Basis der tatsächlichen Betriebs-, Handhabungs-, Lager- und Transportbedingungen des Produkts. Die Belastungsstufen werden so gewählt, dass Mängel sichtbar werden, ohne dass einwandfreie Einheiten beschädigt werden.
Phase 3
Kontrollierte Belastung

Die gewählten Umweltbelastungen werden in einer kontrollierten und wiederholbaren Abfolge angewendet. Je nach Prüfling kann dies Temperaturschwankungen, zufällige Vibrationen, Feuchtigkeit durch hohe Temperaturen, Stoßbelastung, HALT-/HASS-Tests, Strahleneinwirkung, Vakuumtests oder kombinierte Belastungsbedingungen umfassen.
Phase 4
Funktionsüberprüfung und Feedback

Die Geräte werden vor, während und nach dem Screening überprüft, um ihre Leistungsfähigkeit zu bestätigen und Fehler zu erkennen. Die Screening-Daten können anschließend an die Fertigungs- und Qualitätsteams weitergeleitet werden, um Korrekturmaßnahmen und die Verbesserung der Zuverlässigkeit zu unterstützen.

Branchen, die wir mit Umweltbelastungsprüfungen unterstützen

Unsere Testprogramme haben sich in einer Vielzahl von Branchen bewährt, in denen wir regelmäßig tätig sind. Dadurch verfügen wir über fundierte Fachkenntnisse in den folgenden Bereichen:

Screening von systemkritischer Elektronik und eingebetteten Systemen, bei denen frühzeitige Ausfälle nicht akzeptabel sind. ESS-Profile, die auf die Anforderungen hochzuverlässiger Programme und lange Produktlebenszyklen abgestimmt sind.

Zuverlässigkeits-Screening für Diagnose- und Therapiesysteme, das eine stabile Leistung unter thermischer und mechanischer Belastung sicherstellt und gleichzeitig die Anforderungen an Validierung und Rückverfolgbarkeit erfüllt.

Screening von elektronischen Steuergeräten (ECUs), Batteriesystemen und Leistungselektronik, die rauen Umgebungsbedingungen sowie wiederholten thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

Inline- und EOL-ESS-Teststrategien, die für die Großserienfertigung konzipiert sind, um sporadische Ausfälle zu erkennen und RMA-Kosten zu minimieren.

Maßgeschneiderte ESS-Testkammern für Ihre Produktpalette

Ganz gleich, ob Sie eine eigenständige ESS-Kammer, eine integrierte Vibrations- und Temperaturplattform oder eine vollautomatische Produktions-Screening-Lösung benötigen, unterstützt Averna Sie dabei, die richtige Architektur für Ihre Fertigungslinie zu finden.

Besprechen Sie Ihre ESS-Anwendung

Entwicklung robuster ESS-Profile und -Systeme

Das Environmental Stress Screening dient nicht dazu, eine Konstruktion von Grund auf zu validieren. Seine Aufgabe besteht vielmehr darin, latente Fertigungs- und Verarbeitungsfehler aufzudecken, bevor das Produkt eingesetzt wird. Um dies effektiv zu erreichen, muss das Screening-Profil auf die tatsächlichen Bedingungen des Produktlebenszyklus abgestimmt sein.

Dazu gehören Stöße während des Transports, Lagerbedingungen, Handhabungsvorgänge und reale Einsatzumbebungen im Betrieb. Der Prüfling wird so konfiguriert, dass diese Phasen möglichst realitätsnah abgebildet werden, sei es beim Sreening in Versandkonfiguration oder unter Betriebsbedingungen mit Stromversorgung.

Screening-Parameter

Die Wirksamkeit eines Screening-Verfahrens hängt davon ab, wie das Profil ausgelegt ist. Temperaturbereich, Verweilzeit, Übergangsrate, Vibrationsintensität, Testdauer und Sequenzierung beeinflussen allesamt, ob das Screening latente Fehler aufdeckt oder lediglich den Zeitaufwand erhöht, ohne die Fehlererkennung zu verbessern.

Auswahl der richtigen Belastungsmechanismen

Von den verfügbaren Belastungsmechanismen sind Temperaturschwankungen und Zufallsvibrationen oft am wirksamsten, um latente Fehler schnell hervorzurufen.

Temperaturschwankungen können Schwachstellen aufdecken, die auf unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe, unzureichende Verbindungen oder Spannungen zurückzuführen sind, die durch die Montage verursacht wurden.
Zufallsvibrationen sind besonders nützlich, um Verarbeitungsfehler und mechanisch bedingte Ausfallarten aufzudecken, die andernfalls bis zum praktischen Einsatz nur sporadisch auftreten würden.
Zusätzliche Belastungen wie Temperaturschock, Feuchtigkeit, Sinusvibrationen, mehrachsige Vibrationen oder Druck können ebenfalls einbezogen werden, sofern sie die tatsächlichen Umgebungsbedingungen des Produkts widerspiegeln.

Pass/Fail-Logik: ESS in Verbindung mit funktionaler Validierung

ESS ist nur dann sinnvoll, wenn es mit einer Überprüfung einhergeht. Vor, während und nach dem Screening müssen Funktionstests und Sichtprüfungen durchgeführt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Gerät weiterhin den Spezifikationen entspricht und dass es durch die Belastung nicht über seine Konstruktionsgrenzen hinaus beansprucht wurde. Ein Gerät, das Risse in den Leiterplatten oder andere Anzeichen einer Überbeanspruchung aufweist, gilt als defekt, auch wenn es elektrisch noch zu funktionieren scheint.

Strukturierte Testdaten für eine gründliche Messmittelbeurteilung

In der gesamten ESS-Umgebung steht Proligent™ zur Verfügung, um die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit eines Messsystems zu vereinfachen. Dazu werden Testdaten automatisch über Geräte, Zyklen und Belastungsbedingungen hinweg organisiert.

Indem die Ergebnisse zentral gebündelt und der Kontext wie Konfiguration, Bediener und Testaufbau bewahrt wird, reduziert Proligent den manuellen Aufwand, um Daten im Rahmen von Studien zur Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit aufzuarbeiten. So können Teams die Konsistenz der Messungen während des ESS-Screenings schnell beurteilen und sich auf die Ergebnisse konzentrieren, anstatt Zeit mit der Bereinigung der Daten zu verbringen.

Cover – Averna sorgt für einwandfreie Leistung bei militärischen RF-Geräten

In der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungswesen ist ein führender Anbieter von militärischer Ausrüstung eine Partnerschaft mit Averna eingegangen, um Environmental Stress Screening (ESS) in die Validierung von Systemen für RF-Kommunikation und Stromverteilung zu integrieren.

Ziel war es, latente Mängel frühzeitig zu erkennen und eine zuverlässige Leistung unter extremen Einsatzbedingungen sicherzustellen. Dazu zählen extreme Temperaturen, Vibrationen, Stöße und elektromagnetische Belastungen, wie sie bei landgestützten Militärfahrzeugen auftreten.

ESS wird auf der Ebene der Leiterplattenbestückung (CCA – Circuit Card Assembly) vor der Endmontage eingesetzt und ermöglicht so eine frühzeitige Fehlererkennung.
Automatisierte Stapel- und Parallelausführung unter Verwendung der NI TestStand™-Architektur, um den Fertigungsdurchsatz zu bewahren.

Dieser Ansatz verbessert die Zuverlässigkeit im Einsatz. Fehler werden bereits vor der endgültigen Integration erkannt, während die Produktionseffizienz durch automatisierte und skalierbare Testabläufe gewahrt bleibt.

Lesen Sie die vollständige Fallstudie Sprechen Sie mit unseren Experten