電子元器件篩選方案的設計原則及篩選項目

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電子元器件的固有可靠性取決于產品的可靠性設計，因此，應該在電子元器件裝上整機、設備之前，就要設法把具有早期失效的元器件盡可能地加以排除，為此就要對元器件進行篩選。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時的兩種方案：

    a）方案1：將不產生連環(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生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在前面，將不產生連環(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)本身失效模式沒有被觸發(fā)、其他關聯(lián)的相關失效模式被觸發(fā)的情況時，這種帶有缺陷的元器件不能被準確地定位、剔除，因為該類失效模式的檢測已經在前面做過了。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、經濟和高效。

    篩選方案的設計原則

    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)/進行篩選的產品總數(shù)

    理想的可靠性篩選應使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品在生產過程中存在問題的大小。Q值越大，表示這批產品篩選前的可靠性越差，亦即生產過程中所存在的問題越大，產品的成品率低。

    篩選項目選擇越多，應力條件越嚴格，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都對整批產品的可靠性不利。

    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力，為此，必須了解產品的失效機理。產品的類型不同，生產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有所不同。

    因此，必須針對各種具體產品進行大量的可靠性試驗和篩選摸底試驗，從而掌握產品失效機理與篩選項目間的關系。

    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品，但不應使正常產品提高失效率；

    為提高篩選效率，可進行強應力篩選，但不應使產品產生新的失效模式；

    合理選擇能暴露失效的最佳應力順序；

    對被篩選對象可能的失效模式應有所掌握；

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

    此外，在遵循以上五條原則的同時，應結合生產周期，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。各種元器件的熱應力和篩選時間要適當選擇，以免產生新的失效機理。

    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(tài)，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 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～+125℃，循環(huán)5~10次。

    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(xù)試驗一分鐘。

    監(jiān)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(jiān)測常被稱為監(jiān)控振動或監(jiān)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(huán)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(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。

    監(jiān)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。

技術資料出處:捷配電子市場網

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