電子元器件老煉篩選方法

周小萍，張濛，肖藝

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

0 引言

元器件是電子設(shè)備和系統(tǒng)的基本單元，為提高系統(tǒng)的可靠性，必須保證元器件的可靠性，元器件失效率隨時間變化的過程可以用“浴盤曲線”[2]（圖1）描述，早期的失效率隨時間的增加而迅速下降，使用壽命期內(nèi)失效率基本不變，老煉篩選過程就是通過對元器件進行100%的非破壞性篩選試驗，剔除具有潛在缺陷的早期失效產(chǎn)品，使其盡快度過浴盆曲線的早期失效階段，將失效率降低到可接受水平，同時剔除失效的元器件。

程實踐證明，老煉篩選是軍用電子設(shè)備使用可靠性保證的重要環(huán)節(jié)。采取積極主動的工藝手段，對元器件施加適當應(yīng)力，使其潛在的缺陷激發(fā)，提前暴露隱患，能夠達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1 元器件失效模式

元器件制造工序繁多，難免會因為工藝缺陷或誤差而引起失效。為了取得良好的篩選效果，必須了解電子元器件的失效模式和機理，以便選用有效的篩選方法，制定準確的篩選條件和失效判據(jù)。

元器件失效模式主要有封裝失效和電性能失效。封裝失效主要依靠環(huán)境應(yīng)力篩選來檢測。在正常情況下是通過在檢測時施加一段時間的環(huán)境應(yīng)力后，對外觀進行檢查（主要是境檢，根據(jù)元器件的質(zhì)量要求，采用放大10倍元器件外觀進行檢測，也可以根據(jù)需要進行紅外、X射線檢查、氣密性篩選），當有特殊需求時，可以增加一些DPA（破壞性物理分析）測試，這些篩選項目對電性能失效不會產(chǎn)生觸發(fā)效果。

電性能失效可以分為連接性失效、功能性失效和電參數(shù)失效。連結(jié)性失效指開路、短路以及電阻值大小的變化，這類失效在元器件失效中占較大的比例。在元器件篩選測試過程中，由于電應(yīng)力所引起的大多為連結(jié)性失效。當連結(jié)性失效模式被特定的篩選條件觸發(fā)時，往往出現(xiàn)的現(xiàn)象為元器件封裝涂覆發(fā)生銹蝕、外殼斷裂、引線熔斷、脫落或者與其它引線短路。但有時并不全表現(xiàn)為連結(jié)性故障，而表現(xiàn)為鍵和強度不夠、金屬疲勞等，這樣的連結(jié)性失效可以引發(fā)功能性失效和電參數(shù)失效，需要通過功能性和電參數(shù)檢測才能發(fā)現(xiàn)。電路的功能性失效和電參數(shù)失效被特定的篩選條件觸發(fā)時，出現(xiàn)的現(xiàn)象為某些特定的功能失效、電參數(shù)超差等。

2 元器件老煉篩選方法

針對元器件失效模式，常規(guī)篩選方法一般包括：

1）檢查篩選

目檢篩選和鏡檢篩選：這種方法簡單而高效,對檢查器件表面的各類缺陷, 觀察內(nèi)部引線鍵合、芯片焊接、封裝缺陷等都十分有效。鏡檢主要有光學顯微鏡、掃描聲學顯微鏡和掃描電子顯微鏡, 其他還有 X 射線和紅外顯微鏡等篩選技術(shù)。

2）功率老化篩選

功率老化通過對器件施加過電應(yīng)力, 促使早期失效器件存在的潛在缺陷盡快暴露而被剔除,它能有效地剔除器件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝缺陷,金屬化膜過薄及劃傷等。它可以分為直流偏壓和脈沖功率老化。

3）密封性篩選

密封篩選是檢查器件內(nèi)部是否有封裝時殘留的氣氛或由于密封性不良而滲透的水汽, 它可以分為氣泡篩選、浸液檢漏篩選、氦質(zhì)譜儀檢漏篩選和放射性篩選等。

4）環(huán)境應(yīng)力篩選

環(huán)境應(yīng)力篩選是通過對產(chǎn)品施加合理的環(huán)境應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速變成故障，并通過檢驗發(fā)現(xiàn)和排除的過程。對于電子產(chǎn)品，通常選用恒定高溫、溫度沖擊、溫度循環(huán)、隨機振動、掃頻振動、沖擊, 還有高低溫循加振動等作為典型的環(huán)境篩選應(yīng)力。特殊的環(huán)境應(yīng)力篩選還包括鹽霧篩選、低氣壓篩選、霉菌篩選和光輻射篩選等。不同的環(huán)境篩選應(yīng)力的篩選效果是不同的，環(huán)境篩選有效性示意圖[1]，如圖2所示。此外, 在常規(guī)應(yīng)力篩選的基礎(chǔ)上, 國外又發(fā)展了 HASS技術(shù)。

3 元器件老煉篩選方法的實現(xiàn)

1）外觀檢查：用10倍放大鏡檢查外形、引線及材料有無缺陷。

2）溫度循環(huán)：使元器件交替暴露在規(guī)定的極限高溫和極限低溫下，連續(xù)承受規(guī)定條件和規(guī)定次數(shù)的循環(huán)，由冷到熱或由熱到冷的總轉(zhuǎn)移時間不超過1 min，保持時間不小于10 min。

3）高溫貯存：在非工作狀態(tài)下，按照國家標準規(guī)定的壽命試驗要求，使元器件在規(guī)定的環(huán)境條件下（通常是最高溫度）存儲規(guī)定的時間。

4）電功率老煉：被篩選的器件一般加額定功率，溫度基本恒定，老煉功率按元器件各自規(guī)定的條件選?。ㄒ?GJB128A方法 1038-1042、GJB548A方法1015A）。

5）密封性試驗：針對有空腔的元器件，先細檢漏，后粗檢漏，內(nèi)腔體積大于1 cm3僅要求做粗檢漏。

6）電參數(shù)測試（包括耐壓或漏電流等測試），按產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范合同規(guī)定進行。

7）功能性測試：按產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范合同規(guī)定進行。

4 結(jié)束語

元器件級的篩選在我國已進行了30 多年,目前,仍按有關(guān)篩選標準及型號產(chǎn)品專用規(guī)范進行元器件篩選。長期工程實踐表明, 元器件老煉篩選具有最大限度節(jié)約費用的潛力,也是保證整機可靠性的基礎(chǔ)。

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[1]王少萍. 工程可靠性[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2000.

[2]陸廷孝. 可靠性設(shè)計與分析[M]. 北京: 國防出版社，1995，（9）.