第9章_可靠性篩選試驗-2010

1、 張素娟：為民樓張素娟：為民樓419房間房間;Email: 第第9章章 可靠性篩選試驗可靠性篩選試驗可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部課程內(nèi)容課程內(nèi)容v9.19.1可靠性篩選的定義與目的可靠性篩選的定義與目的v9.29.2可靠性篩選的特點可靠性篩選的特點v9.39.3可靠性篩選的分類可靠性篩選的分類v9.49.4篩選方法的確定篩選方法的確定v9.59.5篩選方案的設(shè)計篩選方案的設(shè)計v9.69.6篩選效果的評價篩選效果的評價v9.79.7特殊使用條件下的篩選特殊使用條件下的篩選可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.19.1可

2、靠性篩選的定義與目的可靠性篩選的定義與目的A早期失效期B偶然失效期C耗損期t失效率（t） 圖9-1 電子元器件失效率與時間的關(guān)系可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.19.1可靠性篩選的定義與目的可靠性篩選的定義與目的 可靠性篩選的定義可靠性篩選的定義 可靠性篩選是為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效的產(chǎn)可靠性篩選是為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效的產(chǎn)品而進行的一系列檢查和試驗。品而進行的一系列檢查和試驗。 可靠性篩選目的：可靠性篩選目的： 一：把符合要求的產(chǎn)品挑出來。一：把符合要求的產(chǎn)品挑出來。 二：剔除早期失效的產(chǎn)品。二：剔除早期失效的產(chǎn)品。 可靠性篩選意義：

3、可靠性篩選意義： 一批元器件由于通過篩選剔除了早期失效的產(chǎn)品，就可提一批元器件由于通過篩選剔除了早期失效的產(chǎn)品，就可提高該批產(chǎn)品的可靠性水平。在正常情況下，失效率可以降低半高該批產(chǎn)品的可靠性水平。在正常情況下，失效率可以降低半個到一個數(shù)量級，個別的甚至可降低兩個數(shù)量級。個到一個數(shù)量級，個別的甚至可降低兩個數(shù)量級。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部可靠性篩選具有以下特點：可靠性篩選具有以下特點：（1 1）對于不存在缺陷而性能良好的產(chǎn)品來說是一種）對于不存在缺陷而性能良好的產(chǎn)品來說是一種非破壞性試驗，而對于有潛在缺陷的產(chǎn)品來說應能非破壞性試驗，而對于有潛在缺陷的產(chǎn)品來說應能

4、誘發(fā)其失效。誘發(fā)其失效。（2 2）可靠性篩選是）可靠性篩選是100100的試驗，而不是抽樣檢驗。的試驗，而不是抽樣檢驗。 經(jīng)過篩選試驗，對批產(chǎn)品不應增加新的失效模式和經(jīng)過篩選試驗，對批產(chǎn)品不應增加新的失效模式和機理。機理。（3 3）可靠性篩選不能提高產(chǎn)品的固有可靠性。但它）可靠性篩選不能提高產(chǎn)品的固有可靠性。但它可以提高批產(chǎn)品的可靠性?？梢蕴岣吲a(chǎn)品的可靠性。（4 4）可靠性篩選一般由多個可靠性試驗項目組成。）可靠性篩選一般由多個可靠性試驗項目組成。9.29.2可靠性篩選的特點可靠性篩選的特點可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.3 9.3 可靠性篩選的分類可靠性篩選的分

5、類 可靠性篩選分為常規(guī)篩選和特殊環(huán)境篩選?？煽啃院Y選分為常規(guī)篩選和特殊環(huán)境篩選。 在一般環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品只需進行常規(guī)篩選，而在一般環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品只需進行常規(guī)篩選，而在特殊環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品則除需進行常規(guī)篩選外，在特殊環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品則除需進行常規(guī)篩選外，還需進行特殊環(huán)境篩選還需進行特殊環(huán)境篩選。 在實際篩選的選擇時，主要依據(jù)產(chǎn)品的失效模式和機在實際篩選的選擇時，主要依據(jù)產(chǎn)品的失效模式和機理，根據(jù)不同的質(zhì)量等級、結(jié)合可靠性要求或?qū)嶋H使理，根據(jù)不同的質(zhì)量等級、結(jié)合可靠性要求或?qū)嶋H使用條件以及工藝結(jié)構(gòu)情況確定。用條件以及工藝結(jié)構(gòu)情況確定。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所

6、元器件工程部常規(guī)篩選按篩選性質(zhì)分類：常規(guī)篩選按篩選性質(zhì)分類： 檢查篩選：顯微鏡檢查篩選；紅外線非破壞性檢查檢查篩選：顯微鏡檢查篩選；紅外線非破壞性檢查篩選；篩選；PINDPIND；X X射線非破壞性檢查篩選。射線非破壞性檢查篩選。 密封性篩選：液浸檢漏篩選；氦質(zhì)譜檢漏篩選；放密封性篩選：液浸檢漏篩選；氦質(zhì)譜檢漏篩選；放射性示蹤檢漏篩選；濕度試驗篩選。射性示蹤檢漏篩選；濕度試驗篩選。 環(huán)境應力篩選：振動、沖擊、離心加速度篩選；溫環(huán)境應力篩選：振動、沖擊、離心加速度篩選；溫度沖擊篩選。度沖擊篩選。 壽命篩選：高溫儲存篩選；功率老化篩選。壽命篩選：高溫儲存篩選；功率老化篩選。9.3 9.3 可靠性篩

7、選的分類可靠性篩選的分類可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.3 9.3 可靠性篩選的分類可靠性篩選的分類篩選S級B級方法和條件要求方法和條件要求1 晶圓批驗收a5007所有批-2 非破壞性鍵合拉力2023100%-3 內(nèi)部目檢b2010試驗條件A100%2010試驗條件B100%4 溫度循環(huán)c1010試驗條件C100%1010試驗條件C100%5 恒定加速度2001試驗條件E（至少），僅Y1方向100%2001試驗條件E（至少），僅Y1方向100%6 目檢d100%100%7 粒子碰撞噪聲檢測2020試驗條件A100%e-8 老煉前電測試按適用的器件規(guī)范100% g按適

8、用的器件規(guī)范100% h9 老煉1015，240h，至少125100%1015，160h，至少125100%10 中間（老煉后）電測試按適用的器件規(guī)范100% g-11 反偏老煉j1015，試驗條件A或C，至少150下72h100%-12 中間（老煉后）電測試按適用的器件規(guī)范100%g按適用的器件規(guī)范100%h13 允許不合格品率（PDA）計算3%所有批5%所有批14 最終電測試按適用的器件規(guī)范100%按適用的器件規(guī)范100%15 密封 a）細檢漏 b）粗檢漏1014100%l1014100%l16 X射線照相m2012 兩個視圖n100%-17 外部目檢p2009100%2009100%18

9、 輻射鎖定q1020100%1020100%表9-1 GJB548B方法5004 規(guī)定的 S級和B級篩選可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4 9.4 篩選方法的確定篩選方法的確定v9.4.1 9.4.1 篩選項目的確定篩選項目的確定v9.4.2 9.4.2 篩選應力強度的確定篩選應力強度的確定v9.4.3 9.4.3 篩選時間的確定篩選時間的確定可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.1 9.4.1 篩選項目的確定篩選項目的確定 篩選項目的確定是以元器件的失效模式和失篩選項目的確定是以元器件的失效模式和失效機理為依據(jù)的。效機理為依據(jù)的。 不同類

10、型的元器件進行的篩選項目不同；不同類型的元器件進行的篩選項目不同； 不同等級，篩選試驗項目不同，試驗條件也不同等級，篩選試驗項目不同，試驗條件也不同；不同； 在總規(guī)范中有相應要求。在總規(guī)范中有相應要求。 GJB597GJB597、 GJB33GJB33 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.1 9.4.1 篩選項目的確定篩選項目的確定元件種類元件種類篩選項目篩選項目電阻器（1）直流電阻值測量、（2）高溫貯存、（3）溫度沖擊（4）功率老練或短時過載、（5）外觀及機械檢查。電容器電解電容器（1）電參數(shù)測試、（2）溫度沖擊、（3）老練、（4）密封試驗（適用于密封電容器） （

11、5）外觀及機械檢查非電解電容器（1）電參數(shù)測試、（2）溫度沖擊、（3）老練、（4）密封試驗（適用于密封電容器） 、（5）外觀及機械檢查電磁繼電器（1）外觀及機械檢查、（2）掃頻振動、（3）隨機振動、（4）PIND 、（5）內(nèi)部潮濕、（6）高溫運行、（7）低溫運行、（8）參數(shù)測試、（9）密封試驗（適用于密封繼電器）常用元件的篩選項目及試驗條件可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.2 9.4.2 篩選應力強度的確定篩選應力強度的確定v確定篩選應力強度的原則確定篩選應力強度的原則 應能最有效的激發(fā)早期失效，即所施加的應力應是對應能最有效的激發(fā)早期失效，即所施加的應力應是對失

12、效機理能起最大作用的。失效機理能起最大作用的。 能將不可靠的產(chǎn)品剔除而不損壞可靠的產(chǎn)品。能將不可靠的產(chǎn)品剔除而不損壞可靠的產(chǎn)品。 元器件的失效概率與其使用的應力如電應力、溫度應力、元器件的失效概率與其使用的應力如電應力、溫度應力、機械環(huán)境應力等有密切的關(guān)系。使用應力越高，其失效機械環(huán)境應力等有密切的關(guān)系。使用應力越高，其失效率也越高。率也越高。 對于篩選應力量值的選取必須十分謹慎，應力量值太小，對于篩選應力量值的選取必須十分謹慎，應力量值太小，造成欠篩選，不能有效剔除早期失效的產(chǎn)品；應力量值造成欠篩選，不能有效剔除早期失效的產(chǎn)品；應力量值過大，造成過篩選，可能改變原有的失效機理和增加新過大，造

13、成過篩選，可能改變原有的失效機理和增加新的失效模式。的失效模式。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.3 9.4.3 篩選時間的確定篩選時間的確定v (1) (1) 篩選時間確定的原則篩選時間確定的原則v 選擇篩選時間應是曲線轉(zhuǎn)折點選擇篩選時間應是曲線轉(zhuǎn)折點teftef，即位于早期失效期的終端。，即位于早期失效期的終端?？煽啃怨こ萄芯克骷こ滩靠煽啃怨こ萄芯克骷こ滩?.5 9.5 篩選方案的設(shè)計篩選方案的設(shè)計可靠性篩選方案設(shè)計包括兩方面內(nèi)容：可靠性篩選方案設(shè)計包括兩方面內(nèi)容：v根據(jù)元器件的失效機理和失效模式確定篩選項目和根據(jù)元器件的失效機理和失效模式確定篩

14、選項目和各項目的試驗條件，包括試驗應力水平、試驗時間、各項目的試驗條件，包括試驗應力水平、試驗時間、測量參數(shù)、測量周期、篩選合格判據(jù)等。測量參數(shù)、測量周期、篩選合格判據(jù)等。v篩選項目按一定先后次序排列起來，成為一個完整篩選項目按一定先后次序排列起來，成為一個完整的試驗方案。的試驗方案?？煽啃怨こ萄芯克骷こ滩靠煽啃怨こ萄芯克骷こ滩?.6 9.6 篩選效果的評價篩選效果的評價v 篩選剔除率篩選剔除率Q Q n n通過篩選被剔除的產(chǎn)品數(shù)；通過篩選被剔除的產(chǎn)品數(shù)； N N參加篩選的產(chǎn)品總數(shù)。參加篩選的產(chǎn)品總數(shù)。在有可靠性指標的產(chǎn)品標準中應規(guī)定在有可靠性指標的產(chǎn)品標準中應規(guī)定Q Q值的上限。

15、值的上限。v 篩選效率篩選效率 被淘汰的早期失效產(chǎn)品的比例與未被淘汰的、非早期失效產(chǎn)品的比例的被淘汰的早期失效產(chǎn)品的比例與未被淘汰的、非早期失效產(chǎn)品的比例的乘積，稱為篩選效率，可用數(shù)學式表達為：乘積，稱為篩選效率，可用數(shù)學式表達為： 篩選效率；篩選效率； n n通過篩選被剔除的產(chǎn)品數(shù)；通過篩選被剔除的產(chǎn)品數(shù)； N N參與篩選試驗的產(chǎn)品總數(shù)；參與篩選試驗的產(chǎn)品總數(shù)； R R受試樣品中所含早期失效產(chǎn)品數(shù)；受試樣品中所含早期失效產(chǎn)品數(shù)； r r被剔除樣品中所含早期失效產(chǎn)品數(shù)。被剔除樣品中所含早期失效產(chǎn)品數(shù)。 %100NnQ可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.6 9.6 篩選效

16、果的評價篩選效果的評價v篩選效果篩選效果 表示元器件經(jīng)過篩選后，失效率下降的相對值表示元器件經(jīng)過篩選后，失效率下降的相對值 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.7 9.7 特殊使用條件下的篩選特殊使用條件下的篩選二次篩選二次篩選元器件的篩選分為元器件的篩選分為“一次篩選一次篩選”和和“二次篩選二次篩選”。v元器件生產(chǎn)方在交付用戶使用前按元器件的產(chǎn)品元器件生產(chǎn)方在交付用戶使用前按元器件的產(chǎn)品規(guī)范（總規(guī)范、詳細規(guī)范）進行的篩選稱為規(guī)范（總規(guī)范、詳細規(guī)范）進行的篩選稱為“一一次篩選次篩選”。v而元器件使用方在采購以后根據(jù)使用要求所進行而元器件使用方在采購以后根據(jù)使用要求所進行

17、的再次篩選稱為的再次篩選稱為“二次篩選二次篩選” ” 。v二次篩選的目的是使用方通過檢查或試驗來挑選二次篩選的目的是使用方通過檢查或試驗來挑選出滿足使用方要求的元器件。出滿足使用方要求的元器件?？煽啃怨こ萄芯克骷こ滩靠煽啃怨こ萄芯克骷こ滩?.1. 元器件生產(chǎn)方未進行元器件生產(chǎn)方未進行“一次篩選一次篩選”，或使用方對，或使用方對“一次篩選一次篩選”的項目和應力不具體了解時的項目和應力不具體了解時2.2. 元器件生產(chǎn)方已進行了元器件生產(chǎn)方已進行了“一次篩選一次篩選”，但，但“一次篩選一次篩選”的項的項目或應力還不能滿足使用方對元器件質(zhì)量要求時；目或應力還不能滿足使用方對元器件質(zhì)量要求時

18、；3.3. 在元器件的規(guī)范中未做具體規(guī)定，元器件生產(chǎn)方也不具備篩在元器件的規(guī)范中未做具體規(guī)定，元器件生產(chǎn)方也不具備篩選條件的特殊篩選項目選條件的特殊篩選項目4.4. 對元器件生產(chǎn)方是否已按合同或規(guī)范的要求進行了對元器件生產(chǎn)方是否已按合同或規(guī)范的要求進行了“一次篩一次篩選選”或?qū)Τ兄品交驅(qū)Τ兄品健耙淮魏Y選一次篩選”的有效性有疑問而需要進行驗的有效性有疑問而需要進行驗證的元器件。證的元器件。 (二次篩選二次篩選)的適用范圍的適用范圍9.7 9.7 特殊使用條件下的篩選特殊使用條件下的篩選二次篩選二次篩選可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部 “ “二次篩選二次篩選”的試驗項目可以

19、參照一次篩選的試驗項目，并進的試驗項目可以參照一次篩選的試驗項目，并進行適當?shù)丶舨谩Ｐ羞m當?shù)丶舨?。確定二次篩選項目先后順序的原則是：確定二次篩選項目先后順序的原則是：v （1 1）費用低的試驗項目應排在較前。因為這樣可以減少高費）費用低的試驗項目應排在較前。因為這樣可以減少高費用試驗的器件數(shù)，從而降低成本。用試驗的器件數(shù)，從而降低成本。v （2 2）安排在前的篩選項目應有利于元器件在后一個篩選項目）安排在前的篩選項目應有利于元器件在后一個篩選項目中其缺陷的暴露。中其缺陷的暴露。v （3 3）密封和最終電測試兩項試驗誰先誰后，需要慎重考慮。）密封和最終電測試兩項試驗誰先誰后，需要慎重考慮。經(jīng)電測

20、試合格的器件再經(jīng)密封性試驗，也可能會由于靜電損傷經(jīng)電測試合格的器件再經(jīng)密封性試驗，也可能會由于靜電損傷等原因引起失效。如果密封試驗過程的靜電防護措施得當，一等原因引起失效。如果密封試驗過程的靜電防護措施得當，一般應把密封試驗放在最后。般應把密封試驗放在最后。9.7 9.7 特殊使用條件下的篩選特殊使用條件下的篩選二次篩選二次篩選可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部vPDA-“PDA-“批允許不合格率批允許不合格率”。v即為元器件檢驗批經(jīng)受規(guī)定的二次篩選試驗后，接即為元器件檢驗批經(jīng)受規(guī)定的二次篩選試驗后，接收該批時所能允許的不合格品的最大百分數(shù)。收該批時所能允許的不合格品的最

21、大百分數(shù)。vPDAPDA控制點?？刂泣c。vPDAPDA值值 9.7 9.7 特殊使用條件下的篩選特殊使用條件下的篩選二次篩選二次篩選可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部半導體分立器件的二次篩選項目、順序及PDA 項項 目目目目器件類別器件類別常溫常溫初測初測溫度溫度循環(huán)循環(huán)恒定恒定加速加速度度顆粒顆粒碰撞碰撞噪聲噪聲檢測檢測常溫常溫中測中測高溫高溫反偏反偏老煉老煉功率功率老煉老煉常溫常溫終測終測高低高低溫測溫測試試密封密封性試性試驗驗外部外部目檢目檢1234567891011半導體二極管整流、檢波二極管按需要選做開關(guān)二極管其它二極管雙極型晶體管閘流晶體管場效應晶體管光電晶體

22、管光電耦合器項目PDA(%)10*12總的PDA(%)15可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部半導體集成電路的二次篩選項目、順序及PDA 常溫常溫初測初測溫度溫度循環(huán)循環(huán)恒定恒定加速加速度度顆粒顆粒碰撞碰撞噪聲噪聲檢測檢測常常溫溫中中測測高高溫溫功功率率老老煉煉常常溫溫終終測測高低溫高低溫測試測試密封密封性試性試驗驗外部外部目檢目檢12345678910單片微電路按需 要選 做混合微電路項目PDA(%)512總的PDA(%)*15可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.7.2 9.7.2 升級篩選升級篩選v升級篩選是通過一系列的試驗驗證，證明該批器件升級

23、篩選是通過一系列的試驗驗證，證明該批器件可以用于較高質(zhì)量等級的應用并淘汰有缺陷的產(chǎn)品?？梢杂糜谳^高質(zhì)量等級的應用并淘汰有缺陷的產(chǎn)品。它是解決低質(zhì)量等級的元器件用于高可靠性領(lǐng)域的它是解決低質(zhì)量等級的元器件用于高可靠性領(lǐng)域的一種可靠性保證手段。一種可靠性保證手段?？煽啃怨こ萄芯克骷こ滩靠煽啃怨こ萄芯克骷こ滩?.5.6.26.2補充篩選補充篩選( (二次篩選二次篩選) )的局限性的局限性 v一方面篩選不可能將有缺陷的早期失效元器件一方面篩選不可能將有缺陷的早期失效元器件全部剔除；全部剔除；v另一方面篩選雖能改善元器件的批質(zhì)量但不能另一方面篩選雖能改善元器件的批質(zhì)量但不能提高元器件的固有質(zhì)

24、量等級。提高元器件的固有質(zhì)量等級。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部NASA-塑封微電路升級篩選項目和程序篩選篩選試驗方法和條件試驗方法和條件1級級2級級3級級1外部目檢和外部目檢和編序列號編序列號MIL-STD-883方法方法 2009，檢查封裝、引線變形，檢查封裝、引線變形，外引線和鍍層及標記易讀性和正確性。外引線和鍍層及標記易讀性和正確性。2溫度循環(huán)溫度循環(huán)MIL-STD-883方法方法1010，條件，條件B（或制造商規(guī)定的（或制造商規(guī)定的貯存溫度范圍，取較小者）貯存溫度范圍，取較小者）溫度循環(huán)最少次數(shù)溫度循環(huán)最少次數(shù)2020203X射線檢查射線檢查MIL-STD-883方法方法2012，檢查引線偏移，外來物、，檢查引線偏移，外來物、空洞等?？斩吹?。4聲學顯微鏡聲學顯微鏡檢查檢查檢查模塑化合物與引線框架、芯片或芯片壓焊點之檢查模塑化合物與引線框架、芯片或芯片壓焊點之間的分層間的分層(分別從頂部