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電子元器件篩選方案的設(shè)計原則及篩選項目

發(fā)布時間:2019-07-23 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】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?

電子元器件篩選方案的設(shè)計原則及篩選項目 
 
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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