電子元器件篩選方案的設(shè)計(jì)原則及篩選項(xiàng)目

電子元器件的固有可靠性取決于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，因此，應(yīng)該在電子元器件裝上整機(jī)、設(shè)備之前，就要設(shè)法把具有早期失效的元器件盡可能地加以排除，為此就要對(duì)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(xiàng)目有哪些?

安排測(cè)試篩選先后次序時(shí)的兩種方案：

a)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，將可以與其他失效模式產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面。

b)方案2：將可以與其他失效模式產(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(huì)發(fā)現(xiàn)將可以與其他失效模式產(chǎn)生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面時(shí)，出現(xiàn)本身失效模式?jīng)]有被觸發(fā)、其他關(guān)聯(lián)的相關(guān)失效模式被觸發(fā)的情況時(shí)，這種帶有缺陷的元器件不能被準(zhǔn)確地定位、剔除，因?yàn)樵擃愂Ｊ降臋z測(cè)已經(jīng)在前面做過了。而選擇方案2就可以非常有效地避免上述問題的發(fā)生，使篩選過程優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和高效。

篩選方案的設(shè)計(jì)原則

定義如下：

篩選效率 W=剔除次品數(shù)/實(shí)際次品數(shù)

篩選損耗率 L=好品損壞數(shù)/實(shí)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)品的成品率低。

篩選項(xiàng)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。但是要付出較高的費(fèi)用、較長(zhǎng)的周期，同時(shí)還會(huì)使不存在缺陷、性能良好的產(chǎn)品的可靠性降低。

故篩選條件過高就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，條件選擇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(duì)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(xiàng)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(shí)，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(duì)各種具體產(chǎn)品進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)和篩選摸底試驗(yàn)，從而掌握產(chǎn)品失效機(jī)理與篩選項(xiàng)目間的關(guān)系。

元器件篩選方案的制訂要掌握以下原則：

篩選要能有效地剔除早期失效的產(chǎn)品，但不應(yīng)使正常產(chǎn)品提高失效率;

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;

合理選擇能暴露失效的最佳應(yīng)力順序;

對(duì)被篩選對(duì)象可能的失效模式應(yīng)有所掌握;

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(shí)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)周期，合理制定篩選時(shí)間。

幾種常用的篩選項(xiàng)目

高溫貯存

電子元器件的失效大多數(shù)是由于體內(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(shí)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沽污、鍵合不良、氧化層有缺陷等失效機(jī)理的器件。通常在最高結(jié)溫下貯存24~168小時(shí)。

高溫篩選簡(jiǎn)單易行，費(fèi)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(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(shí)間要適當(dāng)選擇，以免產(chǎn)生新的失效機(jī)理。

功率電老煉

篩選時(shí)，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(gè)重要項(xiàng)目。

各種電子元器件通常在額定功率條件下老煉幾小時(shí)至168小時(shí)，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(yàn)設(shè)備，其費(fèi)用較高，故篩選時(shí)間不宜過長(zhǎng)。民用產(chǎn)品通常為幾個(gè)小時(shí)，軍用高可靠產(chǎn)品可選擇 100、168小時(shí)，宇航級(jí)元器件可以選擇240小時(shí)甚至更長(zhǎng)的周期。

溫度循環(huán)

電子產(chǎn)品在使用過程中會(huì)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，能有效的剔除有熱性能缺陷的產(chǎn)品。元器件常用的篩選條件是-55～+125℃，循環(huán)5~10次。

離心加速度

離心加速度試驗(yàn)又稱恒定應(yīng)力加速度試驗(yàn)。這項(xiàng)篩選通常在半導(dǎo)體器件上進(jìn)行，把利用高速旋轉(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20000 g 離心加速度持續(xù)試驗(yàn)一分鐘。

監(jiān)控振動(dòng)和沖擊

在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)或沖擊試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行電性能的監(jiān)測(cè)常被稱為監(jiān)控振動(dòng)或監(jiān)控沖擊試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)苣M產(chǎn)品使用過程中的振動(dòng)、沖擊環(huán)境，能有效地剔除瞬時(shí)短、斷路等機(jī)械結(jié)構(gòu)不良的元器件以及整機(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(dòng)和沖擊是一項(xiàng)重要的篩選項(xiàng)目。

典型的振動(dòng)條件是： 頻率20～2000 Hz ，加速度2~20 g ，掃描1~2周期，在共振點(diǎn)附近要多停留一段時(shí)間。典型的沖擊篩選條件是1500^ -3000g ，沖擊3~5 次，這項(xiàng)試驗(yàn)僅適用于元器件。

監(jiān)控振動(dòng)和沖擊需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，費(fèi)用昂貴，在民用電子產(chǎn)品中一般不采用。

除以上篩選項(xiàng)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。