電子元器件可靠性篩選方案和方法（二）
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摘要 : 電子元器件的失效大多數是由于體內和表面的各種物理化學變化所引起，它們與溫度有密切的關系。溫度升高以后，化學反應速度大大加快，失效過程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及時暴露，予以剔除。
3幾種常用的篩選項目
3. 1 高溫貯存
電子元器件的失效大多數是由于體內和表面的各種物理化學變化所引起，它們與溫度有密切的關系。溫度升高以后，化學反應速度大大加快，失效過程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及時暴露，予以剔除。
高溫篩選在半導體器件上被廣泛采用，它能有效地剔除具有表面沽污、鍵合不良、氧化層有缺陷等失效機理的器件。通常在最高結溫下貯存2 4 -1 6 8小時。
高溫篩選簡單易行，費用不大，在許多元器件上都可以施行。通過高溫貯存以后還可以使元器件的參數性能穩定下來，減少使用中的參數漂移。各種元器件的熱應力和篩選時間要適當選擇，以免產生新的失效機理。
3. 2 功率電老煉
篩選時，在熱電應力的共同作用下，能很好地暴露元器件體內和表面的多種潛在缺陷，它是可靠性篩選的一個重要項目。
各種電子元器件通常在額定功率條件下老煉幾小時至168小時，有些產品，如集成電路，不能隨便改變條件，但可以采用高溫工作方式來提高工作結溫，達到高應力狀態，各種元器件的電應力要適當選擇，可以等于或稍高于額定條件，但不能引人新的失效機理。功率老煉需要專門的試驗設備，其費用較高，故篩選時間不宜過長。民用產品通常為幾個小時，軍用高可靠產品可選擇 1 0 0 .1 6 8小時，宇航級元器件可以選擇2 4 0小時甚至更長的周期。
3. 3 溫度循環
電子產品在使用過程中會遇到不同的環境溫度條件，在熱脹冷縮的應力作用下，熱匹配性能差的元器件就容易失效。溫度循環篩選利用了極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應力，能有效的剔除有熱性能缺陷的產品。元器件常用的篩選條件是-55 ~+1 2 5℃，循環5 ~10次。
3. 4 離心加速度
離心加速度試驗又稱恒定應力加速度試驗。這項篩選通常在半導體器件上進行，把利用高速旋轉產生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強度過弱、內引線匹配不良和裝架不良的器件，通常選用20000 g 離心加速度持續試驗一分鐘。
3. 5 監控振動和沖擊
在對產品進行振動或沖擊試驗的同時進行電性能的監測常被稱為監控振動或監控沖擊試驗。這項試驗能模擬產品使用過程中的振動、沖擊環境，能有效地剔除瞬時短、斷路等機械結構不良的元器件以及整機中的虛焊等故障。在高可靠繼電器、接插件以及軍用電子設備中，監控振動和沖擊是一項重要的篩選項目。
典型的振動條件是: 頻率2 0 ~ 2000 Hz ，加速度2~20 g ，掃描1~ 2周期，在共振點附近要多停留一段時間。典型的沖擊篩選條件是1500^ -3000g ，沖擊3 ~5 次，這項試驗僅適用于元器件。
監控振動和沖擊需要專門的試驗設備，費用昂貴，在民用電子產品中一般不采用。
除以上篩選項目外，常用的還有粗細檢漏、鏡檢、線性判別篩選、精密篩選等。
4半導體器件篩選方案設計
半導體器件可以劃分為分立器件和集成電路兩大類。分立器件包括各種二極管、三極管、場效應管、可控硅、光電器件及特種器件; 集成電路包括雙極型電路、 MOS電路、厚膜電路、薄膜電路等器件。各種器件的失效模式和失效機理都有差異。不同的失效機理應采用不同的篩選項目，如查找焊接不良，安裝不牢等缺陷，可采用振動加速度; 查找元器件鍵合不牢，裝片不良，內引線配置不合適等缺陷，采用離心加速度; 查找間歇短路、間歇開路等缺陷，采用機械沖擊等。因此，不同器件的篩選程序不一定相同。如晶體管的主要失效模式有短路、開路、間歇工作、參數退化和機械缺陷等五種，每種失效模式又涉及到多種失效機理，這些都是制定合理的篩選程序的重要依據。
a)外觀檢查:用10倍放大鏡檢查外形、引線及材料有無缺陷。
b)溫度循環:使元器件交替暴露在規定的極限高溫和極限低溫下，連續承受規定條件和規定次數的循環，由冷到熱或由熱到冷的總轉移時問不超過1min，保持時間不小于10min。
c)高溫壽命(非工作:按照國家標準規定的壽命試驗要求，使元器件在規定的環境條件下(通常是最高溫度)存儲規定的時間。
d)電功率老煉:按降額條件達到最高結溫下的老煉目的，老煉功率按元器件各自規定的條件選取。
e)密封性試驗:有空腔的元器件，先細檢漏，后粗檢漏。
f)電參數測試(包括耐壓或漏電流等測試):按產品技術規范合同規定進行。
g)功能測試:按產品技術規范合同規定進行。
基于以上原理，優化了元器件測試篩選先后次序，按照失效模式的分類，對檢測篩選手段依據元器件測試篩選先后次序的原則進行排序
4. 1 二極管典型篩選程序
常用的半導體二極管有整流、開關、穩壓、檢波和雙基極等類型，典型的篩選程序如下:
(1 ) 高溫儲存: 鍺管100℃、硅管150℃, 96h。
(2 ) 溫度循環: 鍺管-55℃-+85℃,5次; 硅管-55℃~+125℃,5次。
(3 ) 敲變: 用硬橡膠錘敲3 ~ 5次，同時用圖示儀監視正向特性曲線。
(4 ) 跌落: 在8 0 c m高度，按自由落體到玻璃板上5 ~ 1 5次。
(5 ) 功率老煉: ①開關管: 1 . 5 倍額定正向電流， 1 2 小時; ②穩壓管: 1~1 . 5 倍額定功率，1 2 小時 ; ③檢波整流管: 1~1 . 5 倍額定電流， 1 2 小時; ④雙基極二極管: 額定功率老煉1 2小時。
(6 ) 高溫反偏: 鍺管7 0 0 C，硅管1 2 5 0 C , 額定反向電壓2 小時，漏電流不超過規范值。
(7 ) 高溫測試: 鍺管7 0℃，硅管1 2 5℃。
(8 ) 低溫測試: -5 5℃。
(9 ) 外觀檢查: 用顯微鏡或放大鏡檢查外觀質量，剔除玻璃碎裂等有缺陷的管子。
4. 2 三極管典型篩選程序
高溫儲存- 溫度循環- 跌落( 大功率管不做) - 功率老煉- 高低溫測試( 有要求時做) - 常溫測試- 粗細檢漏- 外觀檢查。
(1 ) 高溫儲存: 鍺管1 0 0℃、硅管1 7 5 ℃, 9 6 小時。
(2 ) 功率老化: 小功率管加功率至結溫Tjm，老煉2 4 小時，高頻管要注意消除有害的高頻振蕩，以免管子hFE退化。
4. 3 半導體集成電路典型篩選程序
高溫儲存- 溫度循環- ( 跌落) - 離心- 高溫功率老煉- 高溫測試- 低溫測試- 檢漏- 外觀檢查- 常溫測試。
(1 ) 高溫儲存: 8 5 ~1 7 5 ℃, 9 6小時。
(2 ) 離心:20000 g , 1 分鐘
(3 ) 高溫功率老煉: 8 5℃, 9 6 小時，在額定電壓、額定負載下動態老煉。
電子元器件的篩選重點應放在可靠性篩選上，具體的篩選程序可根據元器件的結構特點、失效模式及使用要求靈活制訂。
篩選和質量控制是高可靠元器件生產中的重要環節。對于優質產品，通過篩選可使整批產品達到其固有的高可靠性。對于劣質產品，由于其固有的缺陷，就不可能篩選出高可靠產品。因此，在篩選前有必要對產品的質量和可靠性水平進行抽樣試驗評價，通過試驗和失效分析有助于制訂合理的篩選程序。
