試論電子元器件的可靠性與檢測篩選

陳致偉

科華數(shù)據(jù)股份有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

作為電子設(shè)備重要組成，電子元器件質(zhì)量、性能直接影響到電子設(shè)備功能發(fā)揮以及穩(wěn)定運行。而要想實現(xiàn)電子設(shè)備功能的最大化體現(xiàn)，必須做到對電子元器件的正確、合理篩選，從眾多的電子元器件檢測、篩選出具備可靠性、穩(wěn)定性的電子元器件，過濾、淘汰掉存在質(zhì)量問題的元器件，進(jìn)而保障電子設(shè)備的穩(wěn)定運行。也正因此，進(jìn)行元器件可靠性篩選的研究，對提升電子設(shè)備使用壽命有著重要現(xiàn)實意義。

1 電子元件的可靠性

1.1 電子元件的可靠性概述

元器件可靠性是指在規(guī)定時間內(nèi)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行元器件質(zhì)量與性能的保證，確保元器件的質(zhì)量與性能符合規(guī)定要求。而針對元器件可靠性的控制，需以元器件性能、角度兩個方面進(jìn)行有效管控。對于元器件性能而言，運行期間極易受到各種因素影響，例如因工作條件、環(huán)境以及模式的差異而影響到元器件性能的發(fā)揮[1]。相關(guān)研究表明，元器件可靠性失敗比率中，功能可靠性與質(zhì)量可靠性各占50%，所以通過質(zhì)量、性能進(jìn)行元器件的可靠性控制至關(guān)重要，在具體篩選過程中，需在保障元器件質(zhì)量可靠性的前提下，進(jìn)行元器件性能可靠性的篩選，達(dá)到有效排除失效元器件的目的。

1.2 電子元件的可靠性檢測價值

電子元器件的可靠性與篩選檢測，一般發(fā)生電子元器件大規(guī)模設(shè)計、生產(chǎn)或者使用安裝階段，通過可靠性與篩選檢測，對電子元器件的設(shè)計質(zhì)量、材料和工藝質(zhì)量進(jìn)行評價，同時定期或者不定期對電子元件生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制。電子元器件的可靠性與篩選檢測可以保障電子元器件的可靠性，對其設(shè)計、材料以及工藝階段的問題進(jìn)行披露，這對于設(shè)計者、生產(chǎn)者以及使用者都具有重要的價值；同時通過可靠性與篩選檢測，對電氣元器件的指標(biāo)進(jìn)行全面考核，這也是新電子元器件新品的設(shè)計定型的必要措施；此外通過可靠性與篩選檢測可以了解電子元器件在不同工作環(huán)境和條件的表現(xiàn)，確定失效規(guī)律和模式，以便更加科學(xué)的使用，從而保證電子設(shè)備的安全可靠。

1.3 影響電子元件的可靠性的因素

影響電子元器件可靠性主要有設(shè)計原因、人為干擾等原因。如果電子元器件缺乏科學(xué)的設(shè)計，尤其是電路設(shè)計不合理，嚴(yán)重影響電子元器件的可靠性，必須要針對存在的問題進(jìn)行針對性改進(jìn)。同時，人為因素是影響電子元器件出現(xiàn)質(zhì)量的問題的主要原因之一，電子元器件從設(shè)計到生產(chǎn)、安裝很多環(huán)節(jié)都是人為控制的，因此規(guī)避人為因素的影響是保證電子元器件可靠性的方法之一。此外，其他應(yīng)力也是影響電子元器件可靠性的因素之一。由于接地不良、反充電式保護(hù)不當(dāng)?shù)葐栴}，會導(dǎo)致電子元器件不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而這些因素尚未受到人們的重視，避免其他應(yīng)力的影響是電子設(shè)備使用過程中要注重的問題，尤其是一些細(xì)微的措施，必須要得到重視。

2 電子元器件的可靠性檢測方法

2.1 檢測方法

可靠性檢測一般分為使用壽命、耐久性、可靠性增長、篩選試驗等門類。通過對電氣元器件的某一特質(zhì)的要求水平進(jìn)行檢測，判斷其是否符合要求范圍，從而對電子元器件進(jìn)行判定，剔除失效或者不合格電子元器件，以保證電子元器件的可靠性。單子元器件可靠性檢測方法有很多，可以分為實驗室檢測、現(xiàn)場檢測和鑒定檢測三種，下文對檢測方法進(jìn)行具體介紹。

（1）實驗室檢測。根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行破壞和非破壞性檢測，通過一定方式的模擬實踐，實現(xiàn)對電子元器件的可靠性進(jìn)行檢測。實驗剖面需要和使用的環(huán)境剖面一致，但不能受到環(huán)境限制，需要在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、使用的各個階段進(jìn)行模式，要具備環(huán)境應(yīng)力的典型性，以保證模擬實驗和真實情況的一致性，以保證檢測的準(zhǔn)確性，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后根據(jù)實驗結(jié)果對電氣元器件的可靠性進(jìn)行判定，同時為產(chǎn)品的升級提供理論支撐。

（2）現(xiàn)場檢測?，F(xiàn)場檢測是對電氣元器件現(xiàn)場使用情況進(jìn)行實驗。特定的測試環(huán)境、測量、故障、維修等因素作為變量，對電氣元器件的性能進(jìn)行檢測，以保證從現(xiàn)場檢測中得到更具代表的結(jié)果。同時，為了保證評價信息的真實性，還需要進(jìn)行墮胎設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并對真實記錄各種套件下電氣元器件的可靠性變化，通過系統(tǒng)規(guī)劃較大的現(xiàn)場檢測，以保證電氣元器件可靠性現(xiàn)場檢測的效果。

（3）鑒定檢測。鑒定檢測作為電氣元器件可靠性檢測的主要方法之一，根據(jù)電子元器件設(shè)計、生產(chǎn)、工作的原理制定出可行且具有代表性的檢測方案從而保證電氣元器件的質(zhì)量符合要求。在進(jìn)行鑒定檢測時一般有三種方式。①確定產(chǎn)品是否和符合可靠性設(shè)計要求，選組就要選擇代表性的試樣，在規(guī)定條件下進(jìn)行檢測，實現(xiàn)對電氣元器件的可靠性進(jìn)行判定。②在規(guī)定情況下，權(quán)威機(jī)構(gòu)（國家質(zhì)量監(jiān)督局或者具有資質(zhì)第三方檢測機(jī)構(gòu)）選取具有代表性的電子元器件進(jìn)行可靠性試驗檢測，以判斷電子元器件的設(shè)計和生產(chǎn)質(zhì)量是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。③在制定規(guī)定下，權(quán)威機(jī)構(gòu)對典型的電子元器件進(jìn)行檢測，判定電氣元器件的可靠性是否一致，以此作為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)。在進(jìn)行試樣檢測時，最終重要的是保證試樣選擇的隨機(jī)性和代表性，只有具備電表性的可靠性檢測才能保證結(jié)果的價值，測試的相關(guān)數(shù)據(jù)具有代表性，才能為電子元器件的進(jìn)一步優(yōu)化和質(zhì)量提升提供有效參考。

2.2 可靠性改性方法

要提升電子元器件的質(zhì)量，保證電子設(shè)備的使用安全，可靠性檢測是非常重要的。在電子元器件設(shè)計階段，通過可靠性檢測及時發(fā)現(xiàn)電子元器件新品存在的問題；同時采取針對性的措施，以及結(jié)合是市場需求，進(jìn)行質(zhì)量優(yōu)化，以提升電氣元器件的可靠性。同時，在進(jìn)行可靠性檢測時，要結(jié)合應(yīng)用分析，總結(jié)電子元器件存在的問題，并改造存在的問題，以產(chǎn)品質(zhì)量，保證電子元器件的可靠性。

3 電子元件篩選原則

在元器件篩選中，若應(yīng)力篩選條件愈發(fā)嚴(yán)格、篩選項目愈發(fā)完善，劣質(zhì)產(chǎn)品的淘汰率會不斷提高，進(jìn)而保障其元器件的質(zhì)量與性能，確保篩選出的元器件具備高質(zhì)量、可靠性。但是若篩選條件過于嚴(yán)苛，不僅會消耗大量的篩選時間，還會造成資源浪費，并且在產(chǎn)品淘汰方面未必會做到篩選出全部的劣質(zhì)元器件[2]。所以，在具體篩選過程中，需遵循以下原則：①通過篩選有效剔除早期失效的元器件；②為達(dá)到提升篩選率的目的，強化開展應(yīng)力篩選，但是需注意元器件中應(yīng)避免再次出現(xiàn)新的失效模式；③選擇失效暴露最合理應(yīng)力元器件；④需依據(jù)對元器件封裝、材料、生產(chǎn)技術(shù)以及特征的完全掌握，構(gòu)建科學(xué)且合理的篩選方案。

4 保證選擇電子元件具有可靠性的有效策略

4.1 電子元器件篩選準(zhǔn)備工作

電子元器件篩選作為一項系統(tǒng)性工作，具有相當(dāng)?shù)膰?yán)謹(jǐn)性，因此在進(jìn)行電子元器件篩選檢測時，必須要做好準(zhǔn)備工作。首先，對檢測的以及其設(shè)備進(jìn)行檢查，保證其功能和質(zhì)量符合要求，以及實驗室環(huán)境的防靜電能力，對檢測儀器設(shè)備進(jìn)行接地處理，為電子元器件檢測打下基礎(chǔ)。同時，要保證檢測人員具備足夠的專業(yè)能力，能夠適應(yīng)檢測工作的要求，能夠熟練掌握檢測儀器的使用原理和檢測方法，在檢測中根據(jù)電子元器件的性能要求選擇參數(shù)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并形成完整的電子元器件篩選檢測報告。

4.2 對外觀進(jìn)行檢測

在進(jìn)行電子元器件篩選檢測時，首先要對外觀進(jìn)行檢測，根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行符合，以保證電子元器件的可靠性，避免出現(xiàn)缺陷影響使用。在進(jìn)行電子元器件外觀檢測時，需要從以下幾個方面進(jìn)行把控。①根據(jù)銘牌對電子元器件的生產(chǎn)廠家、產(chǎn)地、型號參數(shù)等進(jìn)行符合，以保證符合要求。②檢測外觀是否存在缺陷，例如劃痕或凹陷等，保證涂層均勻，避免出現(xiàn)部件脫落等問題。③電子元器件的金屬電極引線如何出現(xiàn)褶皺，檢測其是否符合要求。④電氣元器件的型號和規(guī)格是否登記清晰，是否是正規(guī)廠家聲場。⑤電子元器件的整體結(jié)構(gòu)是否符合要求，外觀是否平滑。⑥電子元器件的操作是否靈敏，例如開關(guān)鍵操作觸感是否良好、濕度是否適度。

4.3 對沖擊與振動進(jìn)行監(jiān)測

在元器件篩選過程中，若元器件進(jìn)行沖擊、振動試驗，需要同時開展元器件電性能的監(jiān)測，即對元器件開展振動、沖擊監(jiān)測試驗。通過此試驗開展，可對元器件的具體沖擊振動環(huán)境進(jìn)行有效模擬，實現(xiàn)在監(jiān)測試驗中有效剔除存在瞬時斷路、虛焊故障、短路、機(jī)械結(jié)構(gòu)不良等問題的元器件。分析振動、沖擊監(jiān)測試驗的應(yīng)用，在軍用電子設(shè)備、接插件以及繼電器篩選中常用[3]。

針對振動、沖擊監(jiān)測試驗開展，具體標(biāo)準(zhǔn)為：振動條件包括1～2周期掃描；加速度范圍控制在2～20；頻率控制為20～2000Hz，延長共振點停留時間。針對沖擊篩選條件，包括沖擊次數(shù)控制在3～5次；1500～3000g。需注意，該項篩選試驗只適用于元器件檢測。

4.4 采取溫度控制法

分析元器件運行期間性能變化，大部分元器件失效的成因在于內(nèi)部與表面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的。而針對物理化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生，與元器件溫度變化存在直接聯(lián)系，若在元器件運行期間，出現(xiàn)自身溫度升高現(xiàn)象，會導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度的加快，進(jìn)而使得元器件失效的速度加快。所以，借助溫度控制可加速元器件問題故障的暴露，進(jìn)而達(dá)到有效篩選元器件的目的[4]。

當(dāng)前溫度控制法的應(yīng)用，在半導(dǎo)體元器件中得到廣泛應(yīng)用，具體試驗過程中利用溫度控制可實現(xiàn)對元器件氧化層缺陷、鍵合不良、表面沾污等現(xiàn)象的體現(xiàn)。具體檢測方式就是在高溫環(huán)境下，將元器件存貯24～168h即可。因其溫度控制法具有操作便捷、靈活、成本低等特點，所以成為現(xiàn)階段元器件篩選的常用方式之一。另外，經(jīng)過高溫存貯后，元器件的各項參數(shù)可得到一定的穩(wěn)定與強化。此外，在具體篩選期間進(jìn)行溫度應(yīng)力與篩選時間的合理控制，可實現(xiàn)避免出現(xiàn)新的失效機(jī)理。

4.5 采取測試電參數(shù)法

電參數(shù)測試也是當(dāng)前常用試驗方法，而為保障電參數(shù)測試結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，必須按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，滿足以下元器件篩選檢測的環(huán)境條件：其濕度需結(jié)合實際情況控制在45%～75%之間；試驗環(huán)境的溫蒂需要控制在25℃±3℃之內(nèi)；結(jié)合實際情況控制試驗環(huán)境大氣壓力保持在86～106Kpa之間[5]。

針對電參數(shù)測試的應(yīng)用，可實現(xiàn)對元器件特性曲線的精準(zhǔn)檢測，以此為依據(jù)對元器件輸出、輸入特征進(jìn)行科學(xué)評價。通過利用特性曲線來分析元器件，具備無損、高效、便捷的特點。需要注意，在具體測試過程中，必須先對元器件外觀進(jìn)行檢測，確保其外觀達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后方可開展電參數(shù)測試。而因元器件種類、規(guī)格的差異，所以電參數(shù)測試方法同樣存在一定差異。實際測試過程中針對元器件的失效問題可借助PN結(jié)特性異常情況進(jìn)行體現(xiàn)，通過測試元器件特殊曲線，達(dá)到分析判斷早期失效元器件的目的。測試期間需控制電信號處于始終穩(wěn)定的狀態(tài)，避免因電浪涌的產(chǎn)生造成電應(yīng)力損害。

因元器件工藝以及結(jié)構(gòu)等方面有一定不同，所以會呈現(xiàn)出差異化的失效機(jī)理，進(jìn)行問題曲線的分析，在同工藝的前提下，部分問題缺陷的出現(xiàn)存在一定內(nèi)在關(guān)系，例如層錯、金屬腐蝕程度、電荷陷阱、表面雜質(zhì)、位錯、擴(kuò)散不均勻等問題的產(chǎn)生[6]。這些失效模式的存在會嚴(yán)重影響到元器件的可靠性，所以需側(cè)重對上述問題的解決。通過對元器件電特性的分析，將其特性曲線進(jìn)行呈現(xiàn)并分析，實現(xiàn)對失效問題的分析。此外，需避免因以下情況出現(xiàn)而造成失效檢測：①因程序設(shè)置不合理而導(dǎo)致檢測失效；②因接反極性而影響到元器件性能；③出現(xiàn)過大電應(yīng)力；④因插拔方式不合理導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生影響到檢測效果；⑤因測試期間錯用適配器使得檢測失效。

4.6 老化程度的篩選

在具體元器件篩選期間，可借助人工形式開展元器件老化程度篩選，為元器件測試創(chuàng)設(shè)良好條件。通過對元器件測試開展，模擬元器件運行環(huán)境，實現(xiàn)對元器件失效問題的精準(zhǔn)判斷，為元器件老化篩選可靠性提供保障。分析元器件老化問題的存在，在元器件生產(chǎn)制造過程中，因高溫因素的影響，使得元器件的存儲能力、功率受到影響，或者因高低溫因素而產(chǎn)生的循環(huán)、沖擊老化。而針對功率老化問題的測試，需要創(chuàng)設(shè)溫度為80～100℃的測試環(huán)境，然后借助通電檢測的形式對元器件進(jìn)行高溫老化，具體維持時間結(jié)合實際情況控制，然后測試元器件在老化后的具體參數(shù)性能，進(jìn)而達(dá)到可靠篩選早期老化元器件的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，電子元器件篩選與檢測的強化開展，有助于提升電子設(shè)備運行壽命，保障電子設(shè)備可靠性。所以，在具體篩選期間，需在遵循標(biāo)準(zhǔn)篩選原則的條件下，采用合理篩選檢測方式來強化元器件可靠性篩選，保障電氣元器件質(zhì)量與性能。