軍用外購(gòu)元器件篩選方案探究

劉殿金，魏　兵，陳新強(qiáng)

（中船重工第七二四研究所，江蘇南京，211153）

軍用外購(gòu)元器件篩選方案探究

劉殿金，魏兵，陳新強(qiáng)

（中船重工第七二四研究所，江蘇南京，211153）

本文闡述了外購(gòu)元器件常用篩選項(xiàng)目的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了篩選技術(shù)條件，包括篩選項(xiàng)目、順序、應(yīng)力量值確定的原則，為電路設(shè)計(jì)人員制定篩選條件提供方法和依據(jù)。

元器件；失效；篩選原則；工作流程

0　引言

篩選試驗(yàn)是指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(jìn)行的試驗(yàn)。本文討論的篩選試驗(yàn)主要是指剔除早期失效的產(chǎn)品而進(jìn)行的試驗(yàn)。元器件制造好后由元器件生產(chǎn)方進(jìn)行的出廠篩選稱為“一次篩選”，當(dāng)“一次篩選”的技術(shù)條件不能完全滿足使用方對(duì)外購(gòu)元器件的可靠性要求時(shí)，使用方對(duì)外購(gòu)元器件按照驗(yàn)收細(xì)則和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的再篩稱為“二次篩選”或稱“補(bǔ)充篩選”。即二次篩選是指已采購(gòu)的器件在“一次篩選”試驗(yàn)沒有滿足使用方規(guī)定的項(xiàng)目要求的技術(shù)條件時(shí)，由使用方進(jìn)行的篩選。

1　外購(gòu)器件常用的篩選項(xiàng)目

1.1高溫貯存

高溫貯存是一種加速性質(zhì)的貯存壽命試驗(yàn)。它的作用主要是利用熱應(yīng)力的作用，加速器件內(nèi)部化學(xué)反映，使器件內(nèi)部的水蒸氣或其它離子引起腐蝕作用。如表面漏電、表面沾污、金——鋁之間氧化物的生成等缺陷，通過高溫貯存使器件內(nèi)部在的污染，引線焊接不良、氧化層缺陷的器件能提前暴露。高溫貯存篩選簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用不大，在許多外購(gòu)器件上都可以施行。

1.2功率電老煉

功率電老煉是給試驗(yàn)的電子元器件通電，模擬實(shí)際工作條件，它是一種對(duì)元器件多種潛在故障都有檢驗(yàn)作用的有效措施，但是，要取得最佳篩選效果，國(guó)外把168小時(shí)作為功率電老煉時(shí)間的最低要求。也就是說，要想通過此項(xiàng)試驗(yàn)使大部分早期失效器件得到淘汰，達(dá)到浴盒曲線的拐彎處，最少要老化168小時(shí)。這么長(zhǎng)的老化時(shí)間，一般單位很難做到。

1.3溫度循環(huán)

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，來淘汰由于器件內(nèi)部材料熱膨脹系數(shù)不匹配造成的早期失效產(chǎn)品。是目前廣為采用并認(rèn)為是一種最有效的篩選方法。微電子器件是由各種不同材料構(gòu)成，如硅芯片、氧化硅絕緣膜、鋁互連線、金屬引線及封裝等材料。由于這些材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，一旦受到巨烈的溫度變化，就會(huì)在不同材料的交界面產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力，造成器件芯片與管腳之間的鍵合失效，管殼的密封性受到破壞，某些材料的熱疲勞劣化等。

1.4振動(dòng)

振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)M產(chǎn)品使用過程中的振動(dòng)環(huán)境， 能有效地剔除瞬時(shí)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。典型的振動(dòng)條件是： 頻率2 0 ～ 2000 Hz ，加速度2～20 g，掃描1～2周期，在共振點(diǎn)附近要多停留一段時(shí)間。

2　篩選方案的設(shè)計(jì)原則

外購(gòu)元器件的篩選方案體現(xiàn)在篩選技術(shù)條件之中，篩選技術(shù)條件設(shè)計(jì)是否合理直接影響篩選效果，影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，影響費(fèi)用和代價(jià)。篩選技術(shù)條件包括篩選項(xiàng)目、篩選方法、篩選順序、應(yīng)力量值（包括持續(xù)時(shí)間或循環(huán)次數(shù)）等。總的原則是根據(jù)有關(guān)元器件的特性參數(shù)、生產(chǎn)工藝狀況，從設(shè)計(jì)、材料、工藝方面可能存在的缺陷（故障模式分布）選擇有效的篩選項(xiàng)目和方法。同時(shí)要根據(jù)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用中元器件失效統(tǒng)計(jì)分析及篩選效果的工程經(jīng)驗(yàn)加以修正逐步完善。

2.1篩選項(xiàng)目和方法應(yīng)根據(jù)元器件失效模式的概率分布確定

外購(gòu)器件的篩選應(yīng)以失效機(jī)理和失效模式為切入點(diǎn)——因失效機(jī)理和失效模式而發(fā)現(xiàn)應(yīng)力因素，因失效機(jī)理和失效模式而建立起針對(duì)應(yīng)力因素篩選的項(xiàng)目，因失效機(jī)理和失效模式而完善針對(duì)應(yīng)力因素量級(jí)的確定的篩選模式。每一臺(tái)電子整機(jī)產(chǎn)品內(nèi)都要用到很多外購(gòu)器件，外購(gòu)器件進(jìn)單位時(shí)全部逐一檢驗(yàn)篩選，事實(shí)上是困難的。同時(shí)，隨著生產(chǎn)水平和的進(jìn)步，外購(gòu)器件的質(zhì)量已經(jīng)明顯提高，并且外購(gòu)器件生產(chǎn)企業(yè)普遍開展了在權(quán)威機(jī)構(gòu)監(jiān)督下的質(zhì)量認(rèn)證，一般都能夠向用戶提供準(zhǔn)確的技術(shù)資料和質(zhì)量保證書。因此，作為“二次篩選”的整機(jī)生產(chǎn)廠家在對(duì)外購(gòu)器件進(jìn)行使用篩選時(shí)，應(yīng)該根據(jù)外購(gòu)器件在電路中的失效機(jī)理和失效模式，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別選擇、確定某種外購(gòu)器件的篩選篩選項(xiàng)目和方法。

2.2篩選應(yīng)力值應(yīng)根據(jù)元器件失效率可接受水平確定

一般來說篩選應(yīng)力值高、時(shí)間長(zhǎng)，元器件可達(dá)到較低的失效率水平。換言之，要求元器件質(zhì)量等級(jí)高（失效率低），則需適當(dāng)提高應(yīng)力量值。大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明適當(dāng)提高篩選溫度可縮短篩選時(shí)間。

2.3篩選項(xiàng)目順序確定的原則

總的原則是有利于促進(jìn)激發(fā)早期失效，盡可能節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。具體可按如下原則安排：

a）失效概率最大的篩選方法首先做。

b）當(dāng)一種失效模式可以與其他失效模式產(chǎn)生關(guān)聯(lián)時(shí)，應(yīng)將此失效模式的篩選放在前面。

c）使用不同方法對(duì)同一種失效模式進(jìn)行篩選時(shí)，首先考慮失效概率的分布，容易觸發(fā)失效的篩選方法首先進(jìn)行。

d）考慮經(jīng)濟(jì)性，便宜的先做。

e）考慮時(shí)間性，時(shí)間長(zhǎng)的后做。

f）測(cè)試順序的安排是后面的參數(shù)能夠檢查元器件經(jīng)前面參數(shù)測(cè)試后可能產(chǎn)生的變化。如有耐電壓、絕緣電阻測(cè)試要求的元器件，耐壓在前、絕緣在后，功能參數(shù)最后測(cè)試。

3　篩選工作流程

目前國(guó)內(nèi)使用的主要篩選工作流程如下表1：

由表1可以看出，依據(jù)決定元器件測(cè)試篩選先后次序的原則優(yōu)化以后的篩選順序能夠及時(shí)判別各種失效的發(fā)生，同時(shí)，當(dāng)元器件產(chǎn)生失效時(shí)，通過失效時(shí)元器件所處的階段準(zhǔn)確判定元器件的失效模式，為元器件和整機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

4　結(jié)論

本文通過闡述了外購(gòu)元器件常用篩選項(xiàng)目的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合元器件篩選原則，給出了元器件篩選先后次序工作流程，這個(gè)工作流程對(duì)平時(shí)的工作有很大的指導(dǎo)作用。通過這個(gè)工作流程的使用，可以迅速判斷元器件的失效原因和模式，節(jié)省分析的時(shí)間和成本，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

［1］ 孫青等編著.電子元器件可靠性工程［M］. 電子工業(yè)出版社，2002.

［2］ 朱瑜. 元器件測(cè)試篩選先后次序的決定原則［J］. 電子工程師. 2008（03） .

［3］ 朱文冰. 航天產(chǎn)品電子元器件的可靠性控制［J］. 電子工程師. 2006（03） .

［4］ 黃云. 電子元器件可靠性增長(zhǎng)的分析技術(shù)［J］. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn). 2004（03） .

［5］ 肖虹，田宇，蔡少英，劉涌. 國(guó)外軍用電子元器件可靠性技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn). 2005（S1） .

Military outsourcing components screening scheme research

Liu Dianjin，Wei Bing，Chen Xinqiang
（Research Institute of China shipbuilding industry，No.724，Nanjing，Jiangsu，211153）

It describes the advantages and disadvantages of outsourcing components commonly used screening project，analyzes the screening conditions，including screening programs，order，principle stress level which determined to provide a method and basis for circuit designers to develop filters.

components；invalid；filter principle；workflow

表1　篩選工作流程

劉殿金（1984-），男，碩士研究生，研究方向：電子元器件測(cè)試