電子元器件篩選的方法及目的

電子元器件進(jìn)行篩選是提高電子設(shè)備可靠性的最有效措施之一?？煽啃院Y選的目的是從一批元器件中選出高可靠的元器件，淘汰掉有潛在缺陷的產(chǎn)品。從廣義上來講，在元器件生產(chǎn)過程中各種工藝質(zhì)量檢驗以及半成品、成品的電參數(shù)測試都是篩選，而我們這里所講的是專門設(shè)計用于剔除早期失效元器件的可靠性篩選。

1、元器件篩選的必要性

電子元器件的固有可靠性取決于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，因此，應(yīng)該在電子元器件裝上整機(jī)或設(shè)備之前，就要設(shè)法盡可能排除掉存在問題的元器件，為此就要對元器件進(jìn)行篩選。那么，元器件篩選都有哪些方案？原則是什么？常見的篩選項目有哪些？

安排測試篩選先后次序的兩種方案：

方案1：將不產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在前面，將可以與其它失效模式產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面。

方案2：將可以與其它失效模式產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在前面，將不產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面。

如果選擇方案1，會發(fā)現(xiàn)將可以與其它失效模式產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面，如果出現(xiàn)本身失效模式?jīng)]有被觸發(fā)，但其它關(guān)聯(lián)的相關(guān)失效模式先被觸發(fā)的情況，因為該類失效模式的檢測已經(jīng)在前面做過了，所以不能準(zhǔn)確地定位和剔除這種帶有缺陷的元器件。而選擇方案2就可以非常有效地避免上述問題的發(fā)生，使篩選過程更加優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和高效。

2、篩選方案的設(shè)計原則

定義如下：

篩選效率W=剔除次品數(shù)/實際次品數(shù)

篩選損耗率L=好品損壞數(shù)/實際好品數(shù)

篩選淘汰率Q=剔降次品數(shù)/進(jìn)行篩選的產(chǎn)品總數(shù)

理想的可靠性篩選應(yīng)使W=1，L=0，這樣才能達(dá)到可靠性篩選的目的。Q值大小反映了這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在問題的大小。Q值越大，表示這批產(chǎn)品篩選前的可靠性越差，亦即生產(chǎn)過程中所存在的問題越大，產(chǎn)品的成品率越低。

篩選項目選擇越多，應(yīng)力條件越嚴(yán)格，劣品淘汰得越徹底，其篩選效率就越高，篩選出的元器件可靠性水平也越接近于產(chǎn)品的固有可靠性水平。但是這樣做要付出更高的費用和更長的周期，最終降低了篩選效率。

因此，篩選條件選擇過高會造成不必要的浪費，篩選條件過低則劣品淘汰不徹底，產(chǎn)品的使用可靠性得不到保證。由此可見，篩選強(qiáng)度不夠或篩選條件過嚴(yán)都對整批產(chǎn)品的可靠性不利。

為了有效而正確地進(jìn)行可靠性篩選，必須合理地確定篩選項目和篩選應(yīng)力。為此，必須了解產(chǎn)品的失效機(jī)理。產(chǎn)品的類型不同，生產(chǎn)單位不同以及原材料及工藝流程不同時，其失效機(jī)理就不一定相同，因而可靠性篩選的條件也應(yīng)有所不同。

因此，必須針對各種具體產(chǎn)品進(jìn)行大量的可靠性試驗和篩選摸底試驗，從而掌握產(chǎn)品失效機(jī)理與篩選項目間的關(guān)系。

元器件篩選方案的制訂要掌握以下原則：

1）篩選要能有效地剔除早期失效的產(chǎn)品，但不應(yīng)提高正常產(chǎn)品的失效率。

2）為提高篩選效率，可進(jìn)行強(qiáng)應(yīng)力篩選，但不應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)生新的失效模式。

3）合理選擇能暴露失效的最佳應(yīng)力順序。

4）對掌握所有產(chǎn)品的失效模式。

5）為制訂合理有效的篩選方案，必須了解各有關(guān)元器件的特性、材料、封裝及制造技術(shù)。

此外，在遵循以上五條原則的同時，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)周期，合理制定篩選時間。

3、幾種常用的篩選項目

1）高溫貯存

電子元器件的失效大多數(shù)是由于其體內(nèi)和表面的各種物理化學(xué)變化所引起，它們與溫度有密切的關(guān)系。溫度升高以后，化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)體器件上被廣泛采用，它能有效地剔除具有表面玷污、鍵合不良和氧化層缺陷等失效機(jī)理的器件。通常器件需要在最高結(jié)溫下貯存24~168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。通過高溫貯存后，還可以使元器件的參數(shù)性能穩(wěn)定下來，減少使用中的參數(shù)漂移。各種元器件的熱應(yīng)力和篩選時間要適當(dāng)選擇，以免產(chǎn)生新的失效機(jī)理。

2）功率電老煉

篩選時，在熱電應(yīng)力的共同作用下，能很好地暴露元器件體內(nèi)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數(shù)小時至168小時。有些產(chǎn)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(jié)溫，達(dá)到高應(yīng)力狀態(tài)。各種元器件的電應(yīng)力要適當(dāng)選擇，可以等于或稍高于額定條件，但不能引人新的失效機(jī)理。

功率老煉需要專門的試驗設(shè)備，其費用較高，故篩選時間不宜過長。民用產(chǎn)品通常為數(shù)小時，軍用高可靠產(chǎn)品可選擇100或168小時，宇航級元器件可選擇240小時甚至更長的周期。

3）溫度循環(huán)

電子產(chǎn)品在使用過程中會遇到不同的環(huán)境溫度條件，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下，熱匹配性能差的元器件就容易失效。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，能有效剔除存在熱性能缺陷的產(chǎn)品。元器件常用的篩選條件是-55℃至+125℃，循環(huán)5-10次。

4）離心加速度

離心加速度試驗又稱恒定應(yīng)力加速度試驗。這項篩選通常在半導(dǎo)體器件上進(jìn)行，把高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強(qiáng)度過弱、內(nèi)引線匹配不良和裝架不良的器件，通常選用離心加速度20000g而且持續(xù)試驗一分鐘。

5）監(jiān)控振動和沖擊

在對產(chǎn)品進(jìn)行振動或沖擊試驗的同時進(jìn)行電性能的監(jiān)測，常被稱為監(jiān)控振動或監(jiān)控沖擊試驗。這項試驗?zāi)苣M產(chǎn)品使用過程中的振動、沖擊環(huán)境，能有效地剔除瞬時短、斷路等機(jī)械結(jié)構(gòu)不良的元器件以及發(fā)現(xiàn)整機(jī)中的虛焊等故障。在高可靠繼電器、接插件以及軍用電子設(shè)備中，監(jiān)控振動和沖擊是一項重要的篩選項目。

典型振動條件：頻率20-2000Hz，加速度2-20g，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(jiān)控振動和沖擊需要專門的試驗設(shè)備，費用昂貴，在民用電子產(chǎn)品中一般不采用。

除以上篩選項目外，常用的還有粗細(xì)檢漏、鏡檢、線性判別篩選、精密篩選等。

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