電子元器件質(zhì)量與可靠性技術(shù)及其研究進(jìn)展

羅雨薇，李曉紅

（1.中電科技集團(tuán)重慶聲光電有限公司，重慶 400060；2.中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060）

0 引言

由于全球經(jīng)濟(jì)的一體化變得愈發(fā)良好，市場的競爭也變得逐漸猛烈，無論是歷史經(jīng)驗(yàn)還是現(xiàn)實(shí)情況都透露出了一點(diǎn)，那就是企業(yè)要想贏得競爭和市場占有率，就必須注重產(chǎn)品的質(zhì)量。改革開放以來我國的軍工事業(yè)蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。電子元器件作為武器裝備的重要組成部分，其性能好壞直接影響到整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以近些年來對于電子元器件行業(yè)的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格。在目前的生產(chǎn)過程當(dāng)中，質(zhì)量保證方法基本上停留在事后檢驗(yàn)的水平上，這種方式只能在一定程度上發(fā)現(xiàn)廢品，很難預(yù)防廢品的產(chǎn)生，這在很大程度上增加了企業(yè)產(chǎn)品的制造成本，給企業(yè)帶來了重大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，加大對電子元器件質(zhì)量管理力度和可靠性技術(shù)研發(fā)是至關(guān)重要的。

1 國內(nèi)外電子元器件質(zhì)量與可靠性技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在二戰(zhàn)之前，人們對質(zhì)量管理的理解還停留在質(zhì)量檢驗(yàn)的層面，就是采用嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以控制和保障出廠或進(jìn)入下一道進(jìn)程的產(chǎn)品質(zhì)量。然而，由于產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性水平提高到了一個新階段，以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)已無法滿足一些高可靠性產(chǎn)品的要求。于是某些統(tǒng)計專家和質(zhì)量管理專家便試著將數(shù)理統(tǒng)計方法應(yīng)用到質(zhì)量檢測之中。1924年，美國的Shewhart提出了統(tǒng)計過程控制（SPC：Statistical Process Control）技術(shù)的概念，并成功地創(chuàng)造了監(jiān)控該過程的工具——控制圖，將質(zhì)量管理推進(jìn)到統(tǒng)計質(zhì)量控制階段。20世紀(jì)50年代末，F(xiàn)eigenbaum提出了全面質(zhì)量管理（TQM：Total Quality Control）的理論和方法，即在產(chǎn)品研制全過程中保證和評價產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性。電子元器件設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用全過程對質(zhì)量與可靠性的影響如圖1所示?；诖?，可靠性技術(shù)于20世紀(jì)60年代迅速地發(fā)展起來，并逐步地形成為一門獨(dú)立的學(xué)科。

圖1 產(chǎn)品研制全過程對質(zhì)量與可靠性的影響

我國的可靠性事業(yè)起步較晚，例如：在航空航天領(lǐng)域，由于航天事業(yè)發(fā)展的需要，錢學(xué)森于1963年提出要搞可靠性工程，并于1965年在原國防部五院組建了質(zhì)量控制專業(yè)研究所，開始研究型號研制過程的可靠性保證和質(zhì)量控制問題。20世紀(jì)70年代在電子工業(yè)和航空工業(yè)中初步地形成了可靠性研究體系，并將其應(yīng)用于軍工產(chǎn)品[1-2]。

最近幾年，由于半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，元器件可靠性技術(shù)迎來了一些未曾出現(xiàn)過的挑戰(zhàn)，比如電性能的不可測性、有關(guān)環(huán)境和機(jī)械試驗(yàn)的不可模擬性和傳統(tǒng)試驗(yàn)方法對現(xiàn)今情形的不適應(yīng)性，也因此帶來了一些未曾出現(xiàn)過的可靠性技術(shù)的相關(guān)研究課題。而今，無論是國內(nèi)還是國外有關(guān)電子元器件的可靠性技術(shù)的發(fā)展走向，都是將可靠性和電子設(shè)計互相結(jié)合，將器件的失效物理和電路設(shè)計密切地關(guān)聯(lián)在一起，使可靠性不再僅是一個附屬品。從另一方面來說，由于各式各樣的可靠性試驗(yàn)、保證和評價技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，也帶來了一些新的失效分析技術(shù)和可靠性的分析方法。

2 電子元器件可靠性技術(shù)分析

2.1 可靠性設(shè)計技術(shù)

可靠性設(shè)計是可靠性工程的核心，主宰著電子產(chǎn)品的潛在可靠性，是企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)過程中考慮得最多的問題之一[3]。在做可靠性設(shè)計時不僅僅要滿足功能和特性參數(shù)指標(biāo)的要求，還必須考慮到全壽命過程中與可靠性有關(guān)的諸多因素。例如：可能遇到的各種環(huán)境應(yīng)力對電子產(chǎn)品可靠性的影響[4]，以及在要求的時間內(nèi)產(chǎn)品可能會出現(xiàn)的失效模式。

2.1.1 產(chǎn)品可靠性需求分析及設(shè)計原則

為了設(shè)計可靠性高的產(chǎn)品，第一步需要采集和剖析產(chǎn)品的環(huán)境信息，就是所規(guī)定的相關(guān)條件。主要思路是建立產(chǎn)品的典型任務(wù)剖面、提取環(huán)境特征和挖掘隱性的使用條件，從而形成產(chǎn)品可靠性設(shè)計技術(shù)要求，以及對產(chǎn)品樣件的驗(yàn)證測試大綱，為產(chǎn)品的可靠性設(shè)計和驗(yàn)證確認(rèn)提供依據(jù)[5]。除此之外，元器件本身的設(shè)計、使用材料、工藝和生產(chǎn)過程等方面也會對產(chǎn)品的可靠性造成一些影響。因此，提出了以下幾個需要在電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計中關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

a）通過失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和對失效樣本的分析，確定影響該產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的主要失效類型和失效機(jī)理。例如：隨著元器件尺寸的降低，電遷移、TDDB和熱載流子等新的失效機(jī)理發(fā)生得越來越多，在可靠性設(shè)計中需要給予更多的重視。

b）從元器件結(jié)構(gòu)和圖紙設(shè)計、工藝技術(shù)和組裝等多方面采取合適的可靠性設(shè)計技術(shù)。例如：在單片集成電路設(shè)計中應(yīng)考慮工作電流不能太高，以防電遷移失效；版圖在設(shè)計時應(yīng)注意互連線的寬度，保證電流的密度不能過大；組裝工藝應(yīng)考慮散熱措施，防止工作時溫升過大。

c）當(dāng)性能參數(shù)和可靠性之間相互矛盾時，需要先考慮產(chǎn)品的可靠性條件。例如：對大功率半導(dǎo)體器件，在芯片與底座之間采用鉬片作為緩沖，可以提高粘接可靠性，但同時會使得串聯(lián)電阻增大，導(dǎo)致飽和壓降增大。

2.1.2 元器件的選用及控制

組成電子產(chǎn)品最基礎(chǔ)的元素就是電子元器件，電子元器件的選型會直接影響整個產(chǎn)品的可靠性，可以采取如下方法來控制：首先，選擇通過質(zhì)量認(rèn)證的電子元器件，同時需要對已有的元器件進(jìn)行歸類管理，并建立優(yōu)選元器件庫；然后，制定嚴(yán)格的物料管理程序，對新物料進(jìn)行篩選和控制；最后，依據(jù)電路的工作參數(shù)和整機(jī)的使用環(huán)境，篩選出符合條件的元器件，使得元器件的使用可靠性得以充分地發(fā)揮。

2.1.3 常用的可靠性設(shè)計方法

2.1.3.1 降額設(shè)計

各種電子元器由于它們的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和制造工藝等方面的原因，對外應(yīng)力都有一定的耐受強(qiáng)度，當(dāng)外應(yīng)力超過元器件本身的應(yīng)力承受強(qiáng)度時，元器件就會損壞[6]。所謂降額設(shè)計，就是使元器件運(yùn)用于比額定值低的應(yīng)力狀態(tài)的一種設(shè)計技術(shù)[7]。合理的降額可以大幅度地降低器件的失效率，在一定程度上提高產(chǎn)品的可靠性水平[3]。

王志民[8]等人，針對高海拔、強(qiáng)輻射、低氣壓和低氣溫等嚴(yán)酷的高原特殊氣候環(huán)境條件，在考慮電氣設(shè)備高原降額的前提下，按5 000 m等級水平就逆變器的功率模塊進(jìn)行降額設(shè)計并確定其降額系數(shù)。經(jīng)過技術(shù)方案對比和光伏電站性能評估，結(jié)果表明：負(fù)載缺電率達(dá)1.37×10-3，可靠性高；系統(tǒng)平衡部件的總效率收斂于45%左右，并且其穩(wěn)定性變強(qiáng)。

2.1.3.2 熱設(shè)計

如今，電子設(shè)備中所采用的電子元件的密度比以前高得多，并且元件之間通過傳導(dǎo)、輻射和對流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，是電子元件發(fā)生故障的重要原因之一。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，電子元件的溫度每增加2℃，其可靠性就會降低10%；當(dāng)溫升達(dá)到50℃時，其壽命僅有在溫升到25℃時的1/6。為此，需要采取一些技術(shù)措施來控制器件的溫升[7，9]。例如：可以采用功耗較低的器件，以減少器件的發(fā)熱；將印制線的寬度加寬，以提高元器件的效率；采用熱傳導(dǎo)、輻射和對流技術(shù)來加強(qiáng)散熱。

劉漢濤[10]等人，對研制中的便攜式密封機(jī)的熱行為進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲取了密封機(jī)箱內(nèi)各個元器件的溫度分布。因采用了熱阻較小、且傳輸效率較高的熱管來傳遞熱量，將芯片冷卻，以此獲得了比以往更加優(yōu)異的冷卻效果。

2.1.3.3 冗余設(shè)計

冗余設(shè)計是一種被廣泛使用，且實(shí)用性較高、操作簡便的可靠性設(shè)計方式。設(shè)計人員常常會在一些重要的部位多加一個元件或設(shè)備，這樣當(dāng)此部位的元件失去它的作用時，附加元件往往可以代替原來的元件繼續(xù)工作，這樣就不會影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行。冗余設(shè)計中較為簡單的冗余系統(tǒng)如圖2所示[11]。

圖2 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性

趙憲寧[12]等人，在開關(guān)電源模塊中摒棄了傳統(tǒng)的通過二極管進(jìn)行冗余電源的設(shè)計，改為使用MOS管來實(shí)現(xiàn)冗余控制，如圖3所示，利用電源模塊的遠(yuǎn)端補(bǔ)償sense端子設(shè)計了并聯(lián)均流電路，均流效果良好。由于并聯(lián)電源模塊的地位都是平等的，因此這些模塊都可能會成為主電源。經(jīng)過合理設(shè)計，可擴(kuò)充容量，實(shí)現(xiàn)均流和冗余功能。

圖3 冗余電源系統(tǒng)

2.1.3.4 電磁兼容設(shè)計

電磁兼容指的是在同一電磁環(huán)境下，能夠和諧地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)和設(shè)備自身功能的并存狀態(tài)。電磁兼容性同時包含了系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間這兩個方面，這也是電子產(chǎn)品的重點(diǎn)指標(biāo)。因此，必須進(jìn)行電磁兼容設(shè)計，以下是一些常用的抗電磁干擾的設(shè)計方法：在系統(tǒng)的電氣元件和參考點(diǎn)（地）之間需建立起導(dǎo)電通道；在各個金屬元器件的表面需建立起低阻通道，以減少各個元器件之間形成電位差產(chǎn)生干擾的可能性；需要采用某些屏蔽的手段，用于阻隔輻射的電磁波。

趙陽[13]等人，針對電力電子噪聲源的電磁兼容分析，基于Mardiguiana噪聲分離網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了一種高性能的EMI傳導(dǎo)分離網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。通過理論和試驗(yàn)研究結(jié)果可以看出，新網(wǎng)絡(luò)的插入會使損耗和噪聲的抑制性能提升許多，同時對于電力電子系統(tǒng)的電磁兼容性能的改善也十分有效。

圖4 新型噪聲分離網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1.3.5 三防設(shè)計

在氣候環(huán)境中有許多不可控的因素，比如濕度、鹽霧和霉菌等，而電子產(chǎn)品又由于其精密性，所以需要嚴(yán)格地考慮其工作環(huán)境對其本身的影響，因此相關(guān)人士提出了在電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計時應(yīng)該考慮的防潮濕、防鹽霧、防霉菌的“三防”設(shè)計。

吳杰[14]等人，針對安裝于艦載直升機(jī)上的某型信號處理機(jī)，考慮到海洋環(huán)境具有高溫、濕熱和鹽霧的特點(diǎn)，容易引起結(jié)構(gòu)件和印制板電路的腐蝕和發(fā)霉。為了保證信號處理機(jī)能正常工作，要在設(shè)計之初就把三防設(shè)計給考慮進(jìn)去，從不同的維度出發(fā)，比如選擇比較耐腐蝕的材料、在材料表面覆蓋一層防腐蝕發(fā)霉的物質(zhì)等。之后通過試驗(yàn)測試信號處理機(jī)的防護(hù)性能，結(jié)果顯示，在高溫、濕熱和鹽霧的環(huán)境下，信號處理機(jī)能正常工作，表明三防設(shè)計滿足信號處理機(jī)在惡劣環(huán)境下工作的要求。

2.2 可靠性試驗(yàn)技術(shù)

在產(chǎn)品研制過程中，設(shè)計是決定產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)與環(huán)節(jié)，那么測試與試驗(yàn)就是驗(yàn)證設(shè)計的重要手段[15]。只有在可靠性試驗(yàn)的過程中取得必要的數(shù)據(jù)，然后通過對數(shù)據(jù)的分析、處理才能得到可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計量，進(jìn)而推算產(chǎn)品的可靠程度[16]。

2.2.1 可靠性試驗(yàn)的目的

可靠性試驗(yàn)的總體目的是了解設(shè)計是否滿足了可靠性指標(biāo)的要求，但不僅僅是對產(chǎn)品下合格或不合格的結(jié)論。可靠性試驗(yàn)的另一個目的是找出并排除設(shè)計與制造過程中的缺限和不足，采取有效的糾正措施，從而提高產(chǎn)品的可靠性[16-17]。

2.2.2 可靠性試驗(yàn)的分類

在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的時候，首先要明確產(chǎn)品研制的過程，半導(dǎo)體元器件在開發(fā)的不同階段需要進(jìn)行不同的可靠性試驗(yàn)，其分類方法也各異。經(jīng)常用到的是統(tǒng)計可靠性試驗(yàn)和工程可靠性試驗(yàn)。其中，工程可靠性試驗(yàn)包括環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)和可靠性增長試驗(yàn)，是為了提高產(chǎn)品固有可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)；而統(tǒng)計可靠性試驗(yàn)是為了獲得產(chǎn)品在特定條件下工作時的可靠性指標(biāo)，為設(shè)計、生產(chǎn)和使用提供可靠性數(shù)據(jù)支撐，包括可靠性鑒定試驗(yàn)和可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，如圖5所示[17]。

圖5 可靠性試驗(yàn)的分類

除了上述分類，可靠性試驗(yàn)在實(shí)際的應(yīng)用中還有其他各種分類，比如按照環(huán)境的不同可分為各種應(yīng)力條件下的現(xiàn)場和模擬實(shí)驗(yàn)；根據(jù)不同的試驗(yàn)性質(zhì)可分為破環(huán)性實(shí)驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)；按試驗(yàn)項(xiàng)目劃分，可分為環(huán)境試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、加速試驗(yàn)和各種特殊試驗(yàn)[16]。

2.3 可靠性分析技術(shù)

元器件可靠性分析技術(shù)是指用物理或化學(xué)手段，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選用和制造工藝等方面對元器件進(jìn)行深層次的技術(shù)分析，從而為評價元器件可靠性提供客觀的證據(jù)。下面簡單地介紹幾種元器件可靠性分析技術(shù)。

2.3.1 破壞性物理分析

破壞性物理分析（DPA：Destructive Physical Analysis）是為驗(yàn)證元器件的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、材料和制造質(zhì)量是否滿足預(yù)定用途或有關(guān)規(guī)范的要求，按元器件的生產(chǎn)批進(jìn)行抽樣，對樣品進(jìn)行解剖，以及解剖前后進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)和分析的全過程。它可以判斷是否有可能產(chǎn)生危及使用并導(dǎo)致嚴(yán)重后果的元器件批質(zhì)量問題。20世紀(jì)70年代，美國NASA在航空、航天領(lǐng)域使用的元器件中首先使用了DPA方法，并取得明顯的效果。我國航天系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代初起也開展了DPA工作，保證了當(dāng)時裝機(jī)元器件的質(zhì)量，由此也促使生產(chǎn)單位改進(jìn)工藝，逐步地提升產(chǎn)品質(zhì)量。

郁振華[18]等人，提出了銅絲鍵合塑封器件DPA的步驟及判據(jù)參照標(biāo)準(zhǔn)，討論了器件激光開封技術(shù)的工藝步驟和參數(shù)值，以及鍵合強(qiáng)度測試判據(jù)和典型斷裂模式，以解決銅線鍵合塑封器件的DPA問題。

2.3.2 失效分析

產(chǎn)品失效是制造型企業(yè)生產(chǎn)時遇到的共同問題，失效分析是其必須要做的一項(xiàng)工作。失效分析技術(shù)是針對從設(shè)計到應(yīng)用過程中失效的元器件，從電性能、物理和化學(xué)等多方面查找其失效原因，確認(rèn)失效模式和失效機(jī)理，并采取相應(yīng)的糾正措施；從根本上解決，最終達(dá)到提高元器件質(zhì)量、降低元器件失效率的目的。

張杰男[19]等人，提出了一種二次電池電芯的失效分析方法，其流程圖如圖6所示，包括失效背景信息獲取、外觀檢查、通過無損檢測以獲取電化學(xué)和結(jié)構(gòu)信息、對電芯進(jìn)行拆解，并對其內(nèi)部元件的樣品進(jìn)行測試和分析。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對二次電池電芯的失效原因與機(jī)理全面系統(tǒng)的分析，可以提高失效分析人員的效率與水平，同時積累失效分析數(shù)據(jù)庫，對行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供幫助。

圖6 二次電池電芯失效分析方法的流程圖

2.3.3 結(jié)構(gòu)分析

元器件的可靠性要求是指元器件能否在規(guī)定的條件下完成相應(yīng)的任務(wù)，在某種程度上說取決于元器件的固有可靠性，固有可靠性則又牽涉到其結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計又與制造材料、工藝流程等方面存在一定的關(guān)聯(lián)，無論哪個過程出現(xiàn)問題，工藝結(jié)構(gòu)都會存在缺陷，影響元器件的固有可靠性，進(jìn)而影響產(chǎn)品整體。如果在選用元器件前能夠比較詳細(xì)地了解其結(jié)構(gòu)和工藝缺陷，就可以在最大程度上避免損失。在這種需求的引導(dǎo)下，逐漸地形成了一種新的元器件可靠性評價方法——可靠性結(jié)構(gòu)分析（RCA：Reliability Construction Analysis）。

崔德勝[20]等人，發(fā)明了一種陶瓷封裝單片集成電路結(jié)構(gòu)分析方法，包括對元件形態(tài)、外殼、內(nèi)部互聯(lián)、內(nèi)部環(huán)境和芯片進(jìn)行分析。解決了目前元器件結(jié)構(gòu)分析對設(shè)計、結(jié)構(gòu)、材料和工藝等要素分析覆蓋性不足的問題，并且能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用給出合理的改進(jìn)建議。同時，對要素的分析更關(guān)注所用的材料、工藝及結(jié)構(gòu)對實(shí)際應(yīng)用的影響，有效地避免了現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析方法和DPA的分析覆蓋性不足的問題。

2.4 可靠性評價技術(shù)

元器件的可靠性評價是指對元器件成品、半成品或模擬樣片通過各種可靠性試驗(yàn)技術(shù)、方法和手段，施加一定的應(yīng)力并記錄過程變化相關(guān)數(shù)據(jù)，最后通過梳理統(tǒng)計工具或有關(guān)模擬仿真軟件來評定其壽命、失效率或質(zhì)量等級等元器件可靠性特征參數(shù)的過程。

2.4.1 元器件壽命試驗(yàn)

壽命試驗(yàn)的目的就是為了判斷元器件的壽命特征，可以通過此試驗(yàn)得到元器件的工作壽命和貯存壽命等參數(shù)。試驗(yàn)開始之前需要準(zhǔn)備一定數(shù)量生產(chǎn)條件相同、未經(jīng)使用的元器件，然后在模擬工作環(huán)境里進(jìn)行貯存或者使其工作，然后記錄一系列的相關(guān)數(shù)據(jù)（試驗(yàn)條件、失效時間和個數(shù)等），最后進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到評價元器件的壽命特征、失效率和平均壽命等可靠性特征量。

2.4.2 元器件加速壽命試驗(yàn)

隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，加上激烈的市場競爭，制造型企業(yè)面臨的壓力越來越大，價格方面不僅不能上漲，甚至還要下調(diào)，同時還要保證質(zhì)量。對產(chǎn)品的設(shè)計制造企業(yè)來講，各種項(xiàng)目時間緊、任務(wù)重，傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法已經(jīng)不能滿足要求。加速壽命試驗(yàn)（ALT：Accelerated Life Testing）方法應(yīng)運(yùn)而生，加速壽命試驗(yàn)是在原有的可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)試驗(yàn)應(yīng)力水平，同時保證元器件正常工作、失效機(jī)理不變地進(jìn)行試驗(yàn)，能夠快速地得到產(chǎn)品的壽命特征。它不僅縮短了產(chǎn)品研制時間，節(jié)省了成本，并且也因此提高了公司產(chǎn)品的競爭力[15]。

王孟美[21]等人在2015年第11期《傳感技術(shù)學(xué)報》上發(fā)表了一篇名為《沖擊應(yīng)力下高g加速度傳感器的加速壽命評估》的文章，該文章提出了沖擊應(yīng)力下高g加速度傳感器的加速壽命評估方法。通過分析沖擊載荷作用于加速度傳感器時產(chǎn)生的應(yīng)力波及故障樹分析法，確定了傳感器的主要失效模式和敏感環(huán)境應(yīng)力。通過理論驗(yàn)證了加速試驗(yàn)過程的失效機(jī)理，并建立了可靠度評估模型，計算出可靠度函數(shù)。試驗(yàn)和評估結(jié)果表明：該方法可有效地評估高g加速度傳感器的壽命，簡捷易行，可信度高。

2.4.3 元器件加速退化試驗(yàn)

隨著科技的發(fā)展，對于高可靠、長壽命類型的產(chǎn)品，一般的壽命試驗(yàn)已經(jīng)不能滿足元器件可靠性評估，因此，相關(guān)人士經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)可以利用元器件在工作中的退化情況來估計元器件的壽命特征與可靠性，由此衍生了針對高可靠、長壽命元器件的壽命試驗(yàn)方法——加速退化試驗(yàn)（ADT：Accelerated Degradation Testing）。原理和加速壽命試驗(yàn)相差不大，只不過是觀察記錄的數(shù)據(jù)是元器件在高應(yīng)力環(huán)境下性能退化的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而計算和預(yù)測出正常應(yīng)力水平下元器件的壽命特征。

吳兆希[22]等人，以高可靠模擬集成電路為研究對象，對選取的運(yùn)算放大器SF-XXX、驅(qū)動器SW-XXX和數(shù)模轉(zhuǎn)換器SDA-XXX為代表的3類典型的高可靠模擬集成電路分別進(jìn)行復(fù)合應(yīng)力條件下的加速貯存/工作和正常貯存/工作退化試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，在復(fù)合應(yīng)力條件下的兩項(xiàng)退化試驗(yàn)中得到壽命分布函數(shù)一致；其模型的準(zhǔn)確度均大于85%。利用加速退化試驗(yàn)，不僅對高可靠模擬集成電路有了可靠的壽命評估，而且此項(xiàng)試驗(yàn)耗時較短，大大地節(jié)省了人力、物力和財力，壽命評估效果如表1-2所示。

表1 模擬集成電路工作壽命評估效果

表2 模擬集成電路貯存壽命評估效果

3 電子元器件質(zhì)量與可靠性技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，SiC、MEMS和深亞微米級IC等新型元器件不斷涌現(xiàn)，對元器件可靠性技術(shù)也帶來了新的需求與挑戰(zhàn)，例如：電性能的不可測性、環(huán)境與機(jī)械試驗(yàn)的不可模擬性和傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的不適應(yīng)性等，從而引出了新的可靠性技術(shù)研究課題[23]。

3.1 多芯片組件技術(shù)可靠性研究

隨著科技發(fā)展，電路封裝技術(shù)的可靠性成為可靠性技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。多芯片組件（MCM：Multi-Chip Module）封裝技術(shù)是指將大量的芯片安裝在同一個相互連接的襯底上，具有體積小、重量輕、性能優(yōu)異、可靠性高和散熱性良好等特點(diǎn)，可以在很大程度上提升通訊設(shè)施、軍/民用和宇航用電子產(chǎn)品的性能和可靠性。由于有大量的MCM用于航空航天等軍工領(lǐng)域，其使用環(huán)境更為嚴(yán)酷，可靠性要求更高，某些傳統(tǒng)的可靠性研究方法已不能滿足要求，需經(jīng)歷一系列的加速壽命試驗(yàn)。目前，MCM產(chǎn)品中存在的可靠性問題側(cè)重在封裝技術(shù)和測試方法等，對MCM產(chǎn)品可靠性的研究也尚在不斷地發(fā)展與完善之中。

3.2 已知良好芯片技術(shù)可靠性研究

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，由于MCM的大量涌現(xiàn)和高速發(fā)展，通常需要在一個殼體內(nèi)組裝功能復(fù)雜且數(shù)量繁多的大規(guī)模芯片。若僅在電路封裝成成品后才進(jìn)行老煉篩選試驗(yàn)，那么僅僅幾個芯片的失效將會導(dǎo)致整個電路的報廢，這無疑會大大地增加成本。為了解決芯片級老煉和測試問題，已知良好芯片（KGD：Known Good Die）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，KGD技術(shù)就是指裸露、封裝前的芯片具有與封裝好的芯片相同的失效率。目前市場對KGD的需求非常旺盛，各大半導(dǎo)體公司對此技術(shù)更是格外關(guān)注，他們根據(jù)宇航用、軍/民用等不同的市場需求，制定了不同的KGD工藝流程，使裸芯片的試驗(yàn)和老練技術(shù)在過去的10年中明顯地成熟起來。

馮永杰[24]等人，針對垂直雙擴(kuò)散金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（VDMOS），研究了功率裸芯片的測試與老煉篩選技術(shù)。參考了封裝管的測試與篩選方法，確定了功率裸芯片的篩選項(xiàng)目，并提出了一種脈沖功率老煉的方法。采用熱敏參數(shù)法來測量結(jié)溫，同時調(diào)整脈沖的功率、頻率和占空比來控制結(jié)溫，使結(jié)溫達(dá)到老煉要求。通過實(shí)踐驗(yàn)證了這種方法的可利用性，并確定了一種多器件串行脈沖功率老煉的方法流程。

3.3 微電子機(jī)械系統(tǒng)可靠性研究

21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國在各個領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)更加精湛。微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS：Micro-Electro Mechanical System）是在半導(dǎo)體制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。如今，MEMS正處于高速發(fā)展期，新的失效模式和各種可靠性問題層出不窮，而各國在此方面的研究也是剛剛開始。由于MEMS的體積極小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，其可靠性問題就不再是電學(xué)、材料和機(jī)械可靠性的簡單組合。由于尺寸的縮小，許多物理、化學(xué)性質(zhì)與宏觀世界有很大的區(qū)別，跨領(lǐng)域的信號、各種干擾和物質(zhì)的相互作用也會帶來未知的失效模式。若能對MEMS器件的可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，就可將其大量地應(yīng)用于軍用、宇航用等武器裝備中。

董明佳[25]等人，對沖擊載荷下的MEMS微加速度計的結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行了評估，著重地研究了加速度計中梳齒、微梁和質(zhì)量塊對其可靠性的影響。通過仿真，分析了沖擊載荷的方向、幅值和頻率對梳齒結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特點(diǎn)；通過對器件模型施加沖擊加速度，分析了其變形過程和應(yīng)力分布。該研究為提高微加速度計的沖擊可靠性給出了參考意見，為同類系統(tǒng)的可靠性研究打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

在科技發(fā)展的今天，隨著各種先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，電子元器件的適用范圍越來越大，提高電子元器件在更加惡劣環(huán)境中的使用可靠性已迫在眉睫。因此，我們需要通過增強(qiáng)電子元器件的質(zhì)量與可靠性技術(shù)，以推進(jìn)自主研發(fā)的電子元器件在我國各個領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。