電子行業(yè)企業(yè)管理電子元器件的可靠性篩選

（電子行業(yè)企業(yè)管理）電子元器件的可靠性篩選

電子元器件的可靠性篩選本文簡述了電子元器件篩選的必要性，分析了電子元器件的篩選項(xiàng)目和應(yīng)力條件的選擇原則，介紹了幾種常用的篩選項(xiàng)目和半導(dǎo)體的典型篩選方案設(shè)計。隨著工業(yè)、軍事和民用等部門對電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求日益提高，電子設(shè)備的可靠性問題受到了越來越廣泛的重視。對電子元器件進(jìn)行篩選是提高電子設(shè)備可靠性的最有效措施之一。可靠性篩選的目的是從一批元器件中選出高可靠的元器件，淘汰掉有潛在缺陷的產(chǎn)品。從廣義上來講，在元器件生產(chǎn)過程中各種工藝質(zhì)量檢驗(yàn)以及半成品、成品的電參數(shù)測試都是篩選，而我們這里所講的是專門設(shè)計用于剔除早期失效元器件的可靠性篩選。理想的篩選希望剔除所有的劣品而不損傷優(yōu)品，但實(shí)際的篩選是不能完美無缺的，因?yàn)槭芎Y選項(xiàng)目和條件的限制，有些劣品很可能漏過，而有些項(xiàng)目有一定的破壞性，有可能損傷優(yōu)品。但是，可以采用各種方法盡可能地達(dá)到理想狀態(tài)。1元器件篩選的必要性電子元器件的固有可靠性取決于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，在產(chǎn)品的制造過程中，由于人為因素或原材料、工藝條件、設(shè)備條件的波動，最終的成品不可能全部達(dá)到預(yù)期的固有可靠性。在每一批成品中，總有一部分產(chǎn)品存在一些潛在的缺陷和弱點(diǎn)，這些潛在的缺陷和弱點(diǎn)，在一定的應(yīng)力條件下表現(xiàn)為早期失效。具有早期失效的元器件的平均壽命比正常產(chǎn)品要短得多。電子設(shè)備能否可靠地工作基礎(chǔ)是電子元器件能否可靠地工作。如果將早期失效的元器件裝上整機(jī)、設(shè)備，就會使得整機(jī)、設(shè)備的早期失效故障率大幅度增加，其可靠性不能滿足要求，而且還要付出極大的代價來維修。因此，應(yīng)該在電子元器件裝上整機(jī)、設(shè)備之前，就要設(shè)法把具有早期失效的元器件盡可能地加以排除，為此就要對元器件進(jìn)行篩選。根據(jù)國內(nèi)外的篩選工作經(jīng)驗(yàn)，通過有效的篩選可以使元器件的總使用失效率下降1-v2個數(shù)量級，因此不管是軍用產(chǎn)品還是民用產(chǎn)品，篩選都是保證可靠性的重要手段。2篩選方案的設(shè)計原則定義如下:篩選效率W＝剔除次品數(shù)/實(shí)際次品數(shù)篩選損耗率L＝好品損壞數(shù)/實(shí)際好品數(shù)篩選淘汰率Ｑ＝剔降次品數(shù)/進(jìn)行篩選的產(chǎn)品總數(shù)理想的可靠性篩選應(yīng)使W=1，L=０，這樣才能達(dá)到可靠性篩選的目的。Q值大小反映了這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在問題的大小。0值越大，表示這批產(chǎn)品篩選前的可靠性越差，亦即生產(chǎn)過程中所存在的問題越大，產(chǎn)品的成品率低。篩選項(xiàng)目選擇越多，應(yīng)力條件越嚴(yán)格，劣品淘汰得越徹底，其篩選效率就越高，篩選出的元器件可靠性水平也越接近于產(chǎn)品的固有可靠性水平。但是要付出較高的費(fèi)用、較長的周期，同時還會使不存在缺陷、性能良好的產(chǎn)品的可靠性降低。故篩選條件過高就會造成不必要的浪費(fèi)，條件選擇過低則劣品淘汰不徹底，產(chǎn)品的使用可靠性得不到保證。由此可見，篩選強(qiáng)度不夠或篩選條件過嚴(yán)都對整批產(chǎn)品的可靠性不利。為了有效而正確地進(jìn)行可靠性篩選，必須合理地確定篩選項(xiàng)目和篩選應(yīng)力，為此，必須了解產(chǎn)品的失效機(jī)理。產(chǎn)品的類型不同，生產(chǎn)單位不同以及原材料及工藝流程不同時，其失效機(jī)理就不一定相同，因而可靠性篩選的條件也應(yīng)有所不同。因此，必須針對各種具體產(chǎn)品進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)和篩選摸底試驗(yàn)，從而掌握產(chǎn)品失效機(jī)理與篩選項(xiàng)目間的關(guān)系。元器件篩選方案的制訂要掌握以下原則:①篩選要能有效地剔除早期失效的產(chǎn)品，但不應(yīng)使正常產(chǎn)品提高失效率。②為提高篩選效率，可進(jìn)行強(qiáng)應(yīng)力篩選，但不應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)生新的失效模式。③合理選擇能暴露失效的最佳應(yīng)力順序。④對被篩選對象可能的失效模式應(yīng)有所掌握。⑤為制訂合理有效的篩選方案，必須了解各有關(guān)元器件的特性、材料、封裝及制造技術(shù)。此外，在遵循以上五條原則的同時，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)周期，合理制定篩選時間。3幾種常用的篩選項(xiàng)目3.1高溫貯存電子元器件的失效大多數(shù)是由于體內(nèi)和表面的各種物理化學(xué)變化所引起，它們與溫度有密切的關(guān)系。溫度升高以后，化學(xué)反應(yīng)速度大大加快，失效過程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及時暴露，予以剔除。高溫篩選在半導(dǎo)體器件上被廣泛采用，它能有效地剔除具有表面沽污、鍵合不良、氧化層有缺陷等失效機(jī)理的器件。通常在最高結(jié)溫下貯存24-168小時。高溫篩選簡單易行，費(fèi)用不大，在許多元器件上都可以施行。通過高溫貯存以后還可以使元器件的參數(shù)性能穩(wěn)定下來，減少使用中的參數(shù)漂移。各種元器件的熱應(yīng)力和篩選時間要適當(dāng)選擇，以免產(chǎn)生新的失效機(jī)理。3.2功率電老煉篩選時，在熱電應(yīng)力的共同作用下，能很好地暴露元器件體內(nèi)和表面的多種潛在缺陷，它是可靠性篩選的一個重要項(xiàng)目。各種電子元器件通常在額定功率條件下老煉幾小時至168小時，有些產(chǎn)品，如集成電路，不能隨便改變條件，但可以采用高溫工作方式來提高工作結(jié)溫，達(dá)到高應(yīng)力狀態(tài)，各種元器件的電應(yīng)力要適當(dāng)選擇，可以等于或稍高于額定條件，但不能引人新的失效機(jī)理。功率老煉需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，其費(fèi)用較高，故篩選時間不宜過長。民用產(chǎn)品通常為幾個小時，軍用高可靠產(chǎn)品可選擇100.168小時，宇航級元器件可以選擇240小時甚至更長的周期。3.3溫度循環(huán)電子產(chǎn)品在使用過程中會遇到不同的環(huán)境溫度條件，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下，熱匹配性能差的元器件就容易失效。溫度循環(huán)篩選利用了極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應(yīng)力，能有效的剔除有熱性能缺陷的產(chǎn)品。元器件常用的篩選條件是－55～＋125℃，循環(huán)5～10次。3.4離心加速度離心加速度試驗(yàn)又稱恒定應(yīng)力加速度試驗(yàn)。這項(xiàng)篩選通常在半導(dǎo)體器件上進(jìn)行，把利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強(qiáng)度過弱、內(nèi)引線匹配不良和裝架不良的器件，通常選用20000g離心加速度持續(xù)試驗(yàn)一分鐘。3.5監(jiān)控振動和沖擊在對產(chǎn)品進(jìn)行振動或沖擊試驗(yàn)的同時進(jìn)行電性能的監(jiān)測常被稱為監(jiān)控振動或監(jiān)控沖擊試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)苣M產(chǎn)品使用過程中的振動、沖擊環(huán)境，能有效地剔除瞬時短、斷路等機(jī)械結(jié)構(gòu)不良的元器件以及整機(jī)中的虛焊等故障。在高可靠繼電器、接插件以及軍用電子設(shè)備中，監(jiān)控振動和沖擊是一項(xiàng)重要的篩選項(xiàng)目。典型的振動條件是:頻率20～2000Hz，加速度2~20g，掃描1~2周期，在共振點(diǎn)附近要多停留一段時間。典型的沖擊篩選條件是1500^-3000g，沖擊3~5次，這項(xiàng)試驗(yàn)僅適用于元器件。監(jiān)控振動和沖擊需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，費(fèi)用昂貴，在民用電子產(chǎn)品中一般不采用。除以上篩選項(xiàng)目外，常用的還有粗細(xì)檢漏、鏡檢、線性判別篩選、精密篩選等。4半導(dǎo)體器件篩選方案設(shè)計半導(dǎo)體器件可以劃分為分立器件和集成電路兩大類。分立器件包括各種二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅、光電器件及特種器件;集成電路包括雙極型電路、MOs電路、厚膜電路、薄膜電路等器件。各種器件的失效模式和失效機(jī)理都有差異。不同的失效機(jī)理應(yīng)采用不同的篩選項(xiàng)目，如查找焊接不良，安裝不牢等缺陷，可采用振動加速度;查找元器件鍵合不牢，裝片不良，內(nèi)引線配置不合適等缺陷，采用離心加速度;查找間歇短路、間歇開路等缺陷，采用機(jī)械沖擊等。因此，不同器件的篩選程序不一定相同。如晶體管的主要失效模式有短路、開路、間歇工作、參數(shù)退化和機(jī)械缺陷等五種，每種失效模式又涉及到多種失效機(jī)理，這些都是制定合理的篩選程序的重要依據(jù)。4.1二極管典型篩選程序常用的半導(dǎo)體二極管有整流、開關(guān)、穩(wěn)壓、檢波和雙基極等類型，典型的篩選程序如下:(1)高溫儲存:鍺管100℃、硅管150℃(2)溫度循環(huán):鍺管-55℃-+85℃,5次;硅管-55℃~+(3)敲變:用硬橡膠錘敲3~5次，同時用圖示儀監(jiān)視正向特性曲線。(4)跌落:在80cm高度，按自由落體到玻璃板上5～15次。(5)功率老煉:①開關(guān)管:1.5倍額定正向電流，12小時;②穩(wěn)壓管:1～1.5倍額定功率，12小時;③檢波整流管:1～1.5倍額定電流，12小時;④雙基極二極管:額定功率老煉12小時。(6)高溫反偏:鍺管700C，硅管1250C,額定反向電壓2小時，漏電流不超過規(guī)范值。(7)高溫測試:鍺管70℃，硅管125℃。(8)低溫測試:－55℃。(9)外觀檢查:用顯微鏡或放大鏡檢查外觀質(zhì)量，剔除玻璃碎裂等有缺陷的管子。4.2三極管典型篩選程序高溫儲存—溫度循環(huán)—跌落(大功率管不做)—功率老煉—高低溫測試(有要求時做)—常溫測試—粗細(xì)檢漏—外觀檢查。(1)高溫儲存:鍺管100℃、硅管175℃,96小時。(2)功率老化:小功率管加功率至結(jié)溫Tjm，老煉24小時，高頻管要注意消除有害的高頻振蕩，以免管子hFE退化。4.3半導(dǎo)體集成電路典型篩選程序高溫儲存—溫度循環(huán)—(跌落)—離心—高溫功率老煉—高溫測試—低溫測試—檢漏—外觀檢查—常溫測試。(1)高溫儲存:85～175℃,96小時。(2)離心:20000g,1分鐘(3)高溫功率老煉:85℃,96小時，在額定電壓、額定負(fù)載下動態(tài)老煉。電子元器件的篩選