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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-02-09 22:50
元器件是整機的基礎(chǔ)，它在制造過程中可能會由于本身固有的缺陷或制造工藝的控制不當(dāng)，在使用中形成與時間或應(yīng)力有關(guān)的失效。為了保證整批元器件的可靠性，滿足整機要求，必須把使用條件下可能出現(xiàn)初期失效的元器件剔除。
元器件的失效率隨時間變化的過程可以用類似"浴盆曲線"的失效率曲線來描述，早期失效率隨時間的增加而迅速下降，使用壽命期(或稱偶然失效期)內(nèi)失效率基本不變。
篩選的過程就是促使元器件提前進入失效率基本保持常數(shù)的使用壽命期，同時在此期間剔除失效的元器件。
事物的好與壞的判別必須要有標(biāo)準(zhǔn)去衡量。判斷元器件的失效與否是由失效判別標(biāo)準(zhǔn)一一失效判據(jù)所確定的。
失效判據(jù)是質(zhì)量和可靠性的指標(biāo)，有時也有成本的內(nèi)涵，所以元器件失效不僅指功能的完全喪失，而且指電學(xué)特性或物理參數(shù)降低到不能滿足規(guī)定的要求。簡而言之，產(chǎn)品失去規(guī)定的功能稱為失效。
元器件失效都有哪些？
失效一般分為現(xiàn)場失效和試驗失效。
現(xiàn)場失效一般是在裝機以后出現(xiàn)的失效，因此，我們在元器件測試篩選過程中只考慮試驗失效。
試驗失效主要是封裝失效和電性能失效。封裝失效主要依靠環(huán)境應(yīng)力篩選來檢測。
所謂環(huán)境應(yīng)力篩選，即在篩選時選擇若干典型的環(huán)境因素，施加于產(chǎn)品的硬件上，使各種潛在的缺陷加速為早期故障，然后加以排除，使產(chǎn)品可靠性接近設(shè)計的固有可靠性水平，而不使產(chǎn)品受到疲勞損傷。
在正常情況下是通過在檢測時施加一段時間的環(huán)境應(yīng)力后，對外觀的檢查(主要是鏡檢，根據(jù)元器件的質(zhì)量要求，采用放大10倍對元器件外觀進行檢測；也可以根據(jù)需要安排紅外線及X射線檢查)，以及氣密性篩選來完成，當(dāng)有特殊需要時，可以增加一些DPA(破壞性物理分析)等特殊測試。
這些篩選項目對電性能失效模式不會產(chǎn)生觸發(fā)效果。所以，一般將封裝失效的篩選放在前面，電性能失效的篩選放在后面。
電性能失效可以分為連結(jié)性失效、功能性失效和電參數(shù)失效。
連結(jié)性失效指開路、短路以及電阻值大小的變化，這類失效在元器件失效中占有較大的比例。因為在元器件篩選測試過程中，由于過電應(yīng)力所引起的大多為連結(jié)性失效，同時，連結(jié)性失效可以引發(fā)功能性失效和電參數(shù)失效，但是功能性失效和電參數(shù)失效不會引發(fā)連結(jié)性失效。
主要原因是，當(dāng)連結(jié)性失效模式被特定的篩選條件觸發(fā)時，往往出現(xiàn)的現(xiàn)象為元器件封裝涂覆發(fā)生銹蝕、外殼斷裂、引線熔斷、脫落或者與其他引線短路，主要表現(xiàn)為機械和熱應(yīng)力損傷，但是有時并不表現(xiàn)為連結(jié)性故障，而是反映為金屬疲勞、鍵合強度不夠等問題，這些本身不會引發(fā)連結(jié)性失效，但是會引發(fā)功能性失效和電參數(shù)失效，需要通過功能性和電參數(shù)監(jiān)測才能發(fā)現(xiàn)。
但是，電路的功能性失效和電參數(shù)失效被特定的的篩選條件觸發(fā)時，出現(xiàn)的現(xiàn)象是某些特定的功能失效、電參數(shù)超差等。
造成這些失效的主要原因在于：制造、設(shè)計中的缺陷以及生產(chǎn)工藝控制不嚴(yán)，使生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)要素如空氣潔凈度等級、超純水的質(zhì)量監(jiān)測、超純氣體和化學(xué)試劑達不到規(guī)定的要求；在運輸轉(zhuǎn)運過程中由于防靜電措施不到位也會發(fā)生靜電損傷。
這些因素作用下半導(dǎo)體晶體會受到各種表面污染物的玷污，會使產(chǎn)品不能達到規(guī)定的質(zhì)量等級要求。當(dāng)受到特定的外部條件激發(fā)的情況下，就會產(chǎn)生功能性失效和電參數(shù)失效，但是這些功能性失效和電參數(shù)失效造成的影響往往只能造成元器件部分的功能失去作用，還不能使芯片的封裝和各部分的連結(jié)線出現(xiàn)燒毀、短路、開路等現(xiàn)象，所以電路的功能性失效和電參數(shù)失效與連結(jié)性失效不產(chǎn)生引發(fā)效果。
在安排測試篩選先后次序時，有兩種方案：
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。
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，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，這種帶有缺陷的元器件不能被準(zhǔn)確地定位、剔除，因為該類失效模式的檢測已經(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)濟和高效。
決定元器件測試篩選先后次序的原則是：
·失效概率最大的篩選方法首先做。
·當(dāng)一種失效模式可以與其他失效模式產(chǎn)生關(guān)聯(lián)時，應(yīng)將此失效模式的篩選放在前面。
·使用不同方法對同一種失效模式進行篩選時，首先考慮失效概率的分布，容易觸發(fā)失效的篩選方法首先進行。
·考慮經(jīng)濟性，便宜的先做。
·考慮時間性，時間長的后做。
·測試順序的安排是后面的參數(shù)能夠檢查元器件經(jīng)前面參數(shù)測試后可能產(chǎn)生的變化。對有耐電壓、絕緣電阻測試要求的元器件，耐壓在前、絕緣在后，功能參數(shù)最后測試；對有擊穿電壓和漏電流測試要求的元器件，擊穿電壓在前，漏電流在后，功能參數(shù)最后測試。
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用、較長的周期，同時還會使不存在缺陷、性能良好的產(chǎn)品的可靠性降低。
故篩選條件過高就會造成不必要的浪費，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：
·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，可進行強應(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；
·對被篩選對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，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)周期，合理制定篩選時間。
幾種常用的篩選項目
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污垢、鍵合不良、氧化層有缺陷等失效機理的器件。通常在最高結(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)力和篩選時間要適當(dāng)選擇，以免產(chǎn)生新的失效機理。
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幾小時至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)品通常為幾個小時，軍用高可靠產(chǎn)品可選擇 100、168小時，宇航級元器件可以選擇240小時甚至更長的周期。
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)試驗一分鐘。
監(jiān)控振動和沖擊
在對產(chǎn)品進行振動或沖擊試驗的同時進行電性能的監(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、斷路等機械結(jié)構(gòu)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(shè)備中，監(jiān)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20～2000 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。
來源：可靠性知識
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