電子元器件老煉二次篩選質(zhì)量控制方法探究

詹家強(qiáng)

（天津七一二通信廣播股份有限公司，天津，300000）

0 引言

二次篩選主要是指在一次篩查中，當(dāng)一次篩查的內(nèi)容與用戶的實(shí)際使用發(fā)生了矛盾時(shí)由元件使用者為主，并根據(jù)顧客的實(shí)際使用需要對(duì)其進(jìn)行檢查，然后再對(duì)其進(jìn)行篩選。二次篩可有效地剔除因材料和工藝等原因引起的不合格產(chǎn)品；按使用應(yīng)力、使用環(huán)境條件排除不合格產(chǎn)品；發(fā)現(xiàn)并防止批次內(nèi)不合格的電子元件混入樣板產(chǎn)品中。排除早期失效的零件可確保所購(gòu)零件的品質(zhì)一致性及可靠性[1]。電子元器件采用“一次篩選”“二次篩選”其作用與測(cè)試法基本一致，不同之處在于“二次篩選”為“一次篩選”的再精簡(jiǎn)?！岸魏Y選”僅能改善電子元器件的使用可靠性，而不能改善元件的內(nèi)在可靠性，所以，在選用元件時(shí)仍應(yīng)以整機(jī)和設(shè)備的品質(zhì)和可靠性為依據(jù)選擇針對(duì)性的質(zhì)量控制方法，選擇出高品質(zhì)的電子元器件，滿足使用者的實(shí)際使用需求。

1 電子元器件二次篩選的應(yīng)用范圍

電子元器件在加工和生產(chǎn)后生產(chǎn)單位需要綜合元器件的實(shí)際使用需求對(duì)其進(jìn)行初步的篩選，減少不合格產(chǎn)品的流入。電子元器件二次篩選實(shí)質(zhì)上是一種對(duì)元件品質(zhì)和性能的篩選測(cè)試，在這個(gè)階段中可以對(duì)早期故障的電氣元件進(jìn)行有效地篩選，從而保證整體工作的可靠性。總體而言，二次篩選具有更廣泛的適用范圍，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。第一，電子元器件通過(guò)第一輪篩選后，如果用戶希望對(duì)其品質(zhì)有更高的保證，則會(huì)進(jìn)行第二次篩選。第二，有些零件制造商在制造出來(lái)后并沒(méi)有對(duì)零件的性能進(jìn)行檢查，這種情況下必須強(qiáng)化第二遍的檢查，才能確保零件的使用性能。第三，如果使用者對(duì)篩查結(jié)果有疑問(wèn)，可以在加強(qiáng)監(jiān)管的情況下重新進(jìn)行篩查。二次篩選的測(cè)試工作一般都是由整機(jī)研發(fā)方或者其授權(quán)的生產(chǎn)單位和電子元器件廠來(lái)進(jìn)行，具體的工作就是根據(jù)一次篩選的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)早期失效的器件進(jìn)行更高的品質(zhì)檢查，減少不合格的產(chǎn)品流入市場(chǎng)，提升產(chǎn)品使用的整體質(zhì)量[2]。

2 電子元器件二次篩選方法及目的的設(shè)計(jì)

■2.1 電子元器件二次篩選方法

二次篩選可分為常規(guī)篩查和特定環(huán)境篩查（如耐輻照、鹽霧等），其中常規(guī)篩查方式包括：第一，篩查。篩查按照檢查方式的不同可以采用鏡檢、紅外篩查、X 射線篩查等，紅外篩查可排除體內(nèi)或表層存在較大熱損傷的元件，而X射線則可檢測(cè)外殼內(nèi)部是否存在異物及裝片、焊接或封裝時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題和晶片的裂縫。第二，嚴(yán)格篩選。用于解決管道、殼體及密封工藝中出現(xiàn)的裂紋、微小漏孔、氣孔及密封不良等問(wèn)題。第三，對(duì)外部壓力進(jìn)行甄別。例如：振動(dòng)加速、撞擊加速、離心加速、溫度循環(huán)和溫度沖擊。第四，篩選壽命。常用的有高溫貯存、低溫貯存、陳化篩選等。第五，電氣性能的篩選[3]。

■2.2 電子元器件二次篩選的目的

在進(jìn)行電子元器件二次篩選前，供方與需方要依據(jù)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、軍工等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等確定二次篩選的條件及技術(shù)要求，并依據(jù)產(chǎn)品總體規(guī)格的規(guī)定選取測(cè)試項(xiàng)目。本研究介紹了GJB360A-96《電子及電氣元件試驗(yàn)方法[4]》中有關(guān)電阻、電容、電感、連接器、開(kāi)關(guān)、繼電器、變壓器等電子和電子元件的測(cè)試方法和適用范圍。GJB128-98《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》主要是用于軍事領(lǐng)域的各類離散器件；GJB128-97《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》主要是用于微電子相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)。在電子元器件二次篩選過(guò)程中不得隨意變更篩選測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于靜電敏感元件在選用和試驗(yàn)時(shí)，必須按照相關(guān)的規(guī)范做好對(duì)應(yīng)的防靜電處理。

■2.3 電子元器件二次篩選應(yīng)力確定的原則

電子元器件二次篩選實(shí)驗(yàn)所需的應(yīng)力是非破壞性的，也就是說(shuō)，篩選過(guò)程中不會(huì)對(duì)制品的質(zhì)量和可靠性造成影響，但是，測(cè)試應(yīng)力也不能太小，盈利太小可能導(dǎo)致篩選的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)[5]。原則上，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定篩查項(xiàng)目及應(yīng)力條件。在選取篩選力時(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。第一，選用能夠誘發(fā)早期破壞的應(yīng)力，依據(jù)各設(shè)備所掌握的資料和破壞機(jī)制確定最優(yōu)應(yīng)力。第二，篩查應(yīng)力的目標(biāo)是能夠誘發(fā)早期故障，以便盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的各類隱患和缺陷。第三，屏蔽應(yīng)力不應(yīng)該導(dǎo)致普通設(shè)備故障。第四，消除篩分應(yīng)力后不能在裝置中留有殘留應(yīng)力，也不能對(duì)裝置的壽命產(chǎn)生影響。第五，應(yīng)力甄別測(cè)試的期限應(yīng)當(dāng)以能夠充分地暴露出較小的缺陷為原則。綜合當(dāng)前我國(guó)電子元器件二次篩選應(yīng)力確定中IC中的主要篩選項(xiàng)目與缺陷之間的關(guān)聯(lián)，具體見(jiàn)表1。

表1 主要篩選項(xiàng)目與缺陷之間的關(guān)聯(lián)

3 電子元器件老煉二次篩選中工藝質(zhì)量的控制方法

■3.1 電功率老煉過(guò)程的質(zhì)量控制方法

所謂電功率老煉就是在一定的溫度下對(duì)元件施加一定的電應(yīng)力，從而使元件中存在的一些潛在的缺陷得以提早曝光。通常情況下，分立元件在室溫下成熟，集成電路在高溫下成熟，再經(jīng)過(guò)高溫成熟即高溫成熟，該過(guò)程是一種加速篩選，可以將早期故障排除在外。功率老化方法更接近于設(shè)備的真實(shí)工作狀況，因此被公認(rèn)為最高效的篩選方法。在電功率老煉工藝中主要包括：電壓、電流、溫度、時(shí)間等因素在內(nèi)。在質(zhì)量控制過(guò)程中如果出現(xiàn)操作不當(dāng)，如：過(guò)高的電流、過(guò)高的電壓應(yīng)力等都會(huì)給電子元器件帶來(lái)不必要的損壞，還會(huì)帶來(lái)新的故障因素，造成很大的安全隱患；若電流或電壓應(yīng)力太低，則不能有效地反映出元件的可靠性，因而不能有效地排除有潛在缺陷的元件，同時(shí)其篩查結(jié)果也將大打折扣[6]。所以，對(duì)電子元器件功率老煉過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行合理的選取和控制具有十分重要的意義。

關(guān)于電子元器件老化的問(wèn)題，當(dāng)前整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都持有不同的觀點(diǎn)。與其他產(chǎn)品類似，部件也會(huì)因種種原因發(fā)生故障，老化過(guò)程中，通過(guò)超載運(yùn)行來(lái)啟動(dòng)缺陷，從而加快缺陷的曝光速度，加快了早期失效事件的發(fā)生。圖1 表示的是一條關(guān)于電子元器件的生命周期的浴盆曲線圖。若全部按室溫、額定功率1000 小時(shí)進(jìn)行測(cè)試，則不可能也很難完成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，升高時(shí)效溫度可以加快器件的過(guò)早失效。圖2 為電子元器件故障活化能量、故障時(shí)間、溫度以及故障活化能之間的關(guān)系。

圖1 電子元器件生命周期的浴盆曲線圖

圖2 失效激活能關(guān)系圖

通過(guò)圖2 曲線參數(shù)的走向可以看出，當(dāng)溫度為0.5 eV，溫度為50° C 時(shí)需要1000 小時(shí)，而當(dāng)溫度為125℃時(shí)僅需要30 小時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致“早期失效”，而對(duì)于故障活化能為0.5 eV 的缺陷器件則會(huì)出現(xiàn)“早期失效”。該曲線走向?yàn)榘雽?dǎo)體元件進(jìn)行高溫時(shí)效篩選提供了理論基礎(chǔ)。

在對(duì)元件的老化試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一些通過(guò)老化試驗(yàn)的裝置在產(chǎn)品的調(diào)試中仍然會(huì)出現(xiàn)故障，這些裝置的早期故障在篩查時(shí)不會(huì)顯現(xiàn)，老的離散裝置要按額定功率老煉，出現(xiàn)問(wèn)題后經(jīng)過(guò)多次的分析和試驗(yàn)，比如，通過(guò)延長(zhǎng)老化時(shí)間、增大老化功率等方法使其達(dá)到額定功率1.2 倍，從而更好地將早期失效的器件剔除，從而減少后續(xù)裝置的故障發(fā)生率。因此，針對(duì)電功率老煉過(guò)程的質(zhì)量控制方法具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。第一，老煉二次篩查之前必須對(duì)技術(shù)條件進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并對(duì)測(cè)試電壓和電流等有關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。第二，全面檢查老煉所需要的設(shè)備和條件，并嚴(yán)格按照測(cè)試的操作規(guī)程進(jìn)行。第三，檢查有無(wú)接地、短路等問(wèn)題，特別是要確認(rèn)接線夾等的安裝有沒(méi)有松動(dòng)，有沒(méi)有安裝極性，如有這種情況不僅會(huì)影響篩條的品質(zhì)，也會(huì)有設(shè)備報(bào)廢的危險(xiǎn)。第四，為了防止外界因素對(duì)設(shè)備的外觀質(zhì)量產(chǎn)生影響，測(cè)試時(shí)要小心，不要使用太大的力，否則會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械損壞。

■3.2 電參數(shù)測(cè)試的質(zhì)量控制方法

第一，電氣參數(shù)的檢測(cè)要求在苛刻的環(huán)境條件下進(jìn)行，盡量控制其溫度在22℃～28℃之間，濕度在50%～70%之間，大氣壓為90kPa～106 kPa。在保證上述條件的前提下，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)參數(shù)和規(guī)程進(jìn)行篩選。第二，在對(duì)電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)試之前必須對(duì)儀器進(jìn)行校驗(yàn)，確定儀器符合測(cè)試的精度要求后方可進(jìn)行測(cè)試。第三，在測(cè)試期間通過(guò)的電壓和電流絕對(duì)不能超過(guò)設(shè)備的等級(jí)。首先進(jìn)行樣品的測(cè)試，沒(méi)有任何問(wèn)題之后才可以進(jìn)行電氣參數(shù)的測(cè)試[7]。

■3.3 失效防止

在對(duì)電子元件進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)重點(diǎn)防范由下列因素引起的故障：程序設(shè)定不合理導(dǎo)致電子元件測(cè)試失敗；極性接反導(dǎo)致元件故障；錯(cuò)誤的信號(hào)導(dǎo)致元件故障；電氣應(yīng)力過(guò)度導(dǎo)致元件故障；使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致電子元件故障；不適當(dāng)?shù)陌尾宸椒〞?huì)導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力破壞；在儲(chǔ)存時(shí)不小心把一些有極性的元件放錯(cuò)了位置，儲(chǔ)存濕度太大，很可能會(huì)導(dǎo)致引腳的表面被腐蝕或者電氣性能變差。

■3.4 完善老煉二次篩選的質(zhì)量控制

老煉測(cè)試是指元件在特定的電應(yīng)力狀態(tài)下，在特定的溫度范圍內(nèi)工作一段時(shí)間減少元件的潛在缺陷提前出現(xiàn)。盡管這種測(cè)試方法可以有效地篩選出一些損壞的設(shè)備，但是有些設(shè)備經(jīng)過(guò)老煉二次篩選后仍然會(huì)產(chǎn)生故障。在這種情況下，可以通過(guò)提高老化試驗(yàn)時(shí)間，增大電壓和功率等方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)密的篩選。具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制。第一，在老煉之前應(yīng)根據(jù)技術(shù)文件中所列的電流、電壓等情況，仔細(xì)檢查老化情況。第二，在用舊設(shè)備之前需檢查其狀態(tài)是否良好，是否按照規(guī)定進(jìn)行周期性的檢驗(yàn)。第三，對(duì)設(shè)備的老化問(wèn)題要仔細(xì)研究，并嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作。第四，在上電之前必須先確認(rèn)有無(wú)接地，斷開(kāi)或短路。在設(shè)備安裝完畢后要仔細(xì)檢查其安裝極性；檢查接線夾、接線片等的固定是否牢固，不得有任何松動(dòng)、脫落，否則將導(dǎo)致設(shè)備報(bào)廢。第五，在使用電子元器件過(guò)程中通常應(yīng)輕拿輕放，不然會(huì)引起形狀的扭曲和尺寸的改變。在裝夾、拔夾的過(guò)程中切勿強(qiáng)行將其插入或取出，以免因外力過(guò)大而引起機(jī)械損壞或機(jī)械應(yīng)力疲勞；在確保接觸良好的條件下，應(yīng)盡可能地減小對(duì)設(shè)備引腳的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

電子元件的老煉二次篩是保障裝備正常工作的重要前提，而二次篩查若不能有效地對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制，則可能導(dǎo)致產(chǎn)品的品質(zhì)與性能存在安全隱患。所以，在篩選的過(guò)程中應(yīng)從環(huán)境、操作規(guī)范和設(shè)備質(zhì)量三個(gè)方面嚴(yán)格把關(guān)，保證所有的質(zhì)量控制方法能夠達(dá)到提升元器件質(zhì)量的目的，提升電子元器件的應(yīng)用水平。