張全 賀卿 發(fā)紅 唐旭

（中國空間技術(shù)研究院西安分院， 西安， 710000）

電子設(shè)備由各種各樣的電子元器件 （以下簡稱元器件） 組成， 一旦其中某一個元器件發(fā)生了故障， 則會導(dǎo)致整個電子設(shè)備不能正常工作。 當(dāng)元器件組裝完成為一個電子設(shè)備、 形成產(chǎn)品到使用者手中后， 需要面對外界不同的影響因素 （如外界溫度變化、 使用時間、 充電電流是否穩(wěn)定等）， 這些可能會對元器件造成不好的影響， 從而導(dǎo)致故障產(chǎn)生， 影響設(shè)備的正常使用。

可靠性分析是在產(chǎn)品出廠前對產(chǎn)品發(fā)生故障的原因進(jìn)行分析的一種手段， 可降低產(chǎn)品的不合格率， 提高產(chǎn)品的可靠性， 減少由于不合格產(chǎn)品所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。 元器件發(fā)生故障的原因不僅僅是由外界因素所決定， 還與它自身有著重要的關(guān)系。 元器件本身可靠性的決定因素包括生產(chǎn)方式、 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等， 同一規(guī)格的器件也可能有著不同的可靠性。 因此我們在開展元器件的可靠性分析時需要從多方面進(jìn)行考慮。

1 元器件可靠性評價的主要方式

1.1 芯片級可靠性評價

由于現(xiàn)在人們對電子設(shè)備的要求越來越高，組成電子設(shè)備的元器件也從原來的大體積逐步趨向于電子集成化、 微型化及芯片化， 傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子工業(yè)的水平。于是人們發(fā)展了芯片級可靠性評價方法， 這種評價是在設(shè)備成品封裝之前進(jìn)行的， 對組成設(shè)備的主要半導(dǎo)體芯片進(jìn)行檢測。 同時， 按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)（國軍標(biāo)或美軍標(biāo)） 還要對芯片進(jìn)行一系列可靠性驗(yàn)證試驗(yàn) （如劃片后抽樣封裝進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)、 對芯片表面形貌進(jìn)行掃描電鏡等） 甚至是上千小時的加速壽命試驗(yàn)， 來驗(yàn)證其可靠性。 進(jìn)一步， 還要對失效芯片進(jìn)行失效分析， 通過分析不同的失效模式， 獲得大量的可靠性數(shù)據(jù)。 通過這些數(shù)據(jù)確定芯片的熱效應(yīng)能力和擊穿時間的可靠性。 因?yàn)檫@種評價手段是在器件的生產(chǎn)過程中進(jìn)行的， 因此它可以及時地進(jìn)行反饋， 從而使得工作人員能夠及時更換元器件， 實(shí)施改進(jìn)措施。 但是不足之處在于， 這種檢測方式對芯片和集成電路的損壞是不可挽回的， 并且不能檢測封裝過程中對元器件帶來的影響。

1.2 微電子結(jié)構(gòu)測試可靠性評價

這種可靠性評價方法的主要手段在于針對不同設(shè)備、 集成電路中所有可能存在對設(shè)備造成影響的薄弱環(huán)節(jié)， 設(shè)計(jì)出針對不同器件、 不同階段的失效模式進(jìn)行測試 （如在不同的使用工況下產(chǎn)生的失效， 不同的電場、 磁場作用下產(chǎn)生的失效等） 進(jìn)而得到一系列數(shù)據(jù)， 根據(jù)這些數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)與測試結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系， 對器件進(jìn)行可靠性評價。 這種方法除了在電子產(chǎn)品的研發(fā)階段以及生產(chǎn)階段都可以使用外， 還可以對這種微電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝作業(yè)， 通過施加應(yīng)力可以進(jìn)行可靠性分析。 因此這種方法已經(jīng)成為現(xiàn)代社會電子元器件生產(chǎn)過程中最為常見的一種評價手段。

2 元器件的質(zhì)量控制策略

元器件可靠性的決定因素主要體現(xiàn)在兩個方面： ①元器件自身所具備的條件， 這種條件是器件固有的， 比如元器件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、 生產(chǎn)方式及所構(gòu)成器件的材料質(zhì)量等因素； ②元器件組成完電子設(shè)備之后， 使用者在使用過程中元器件所受到的外界因素， 例如使用設(shè)備的時間、 充電的電流、 所處環(huán)境的溫度等。 這兩個方面時時刻刻都在影響著電子元器件的可靠性， 筆者認(rèn)為應(yīng)采取以下質(zhì)量控制策略。

2.1 對元器件進(jìn)行使用前篩選

由于元器件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中都存在著不確定的因素， 因此， 一些元器件在出廠時便會有少許一部分具有隱患的器件[1]。 這些雖然在前期使用沒有問題， 但是使用壽命卻不如正常器件。 使用這些可靠性不高的元器件， 對電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行也會造成影響。 因此在組裝電子設(shè)備的過程中， 我們需要對元器件進(jìn)行篩選， 剔除那些存在缺陷的器件， 使用可靠性高的元器件[2]。只有這樣， 才能保障電子設(shè)備在今后使用過程中的穩(wěn)定性。 如何對元器件進(jìn)行篩選呢？ 這就需要針對器件本身的結(jié)構(gòu)和使用方式等綜合考慮， 選取有針對性的篩選項(xiàng)目和篩選應(yīng)力。

2.2 對元器件進(jìn)行破壞性物理分析

在電子設(shè)備組裝過程中， 盡管我們已經(jīng)對元器件使用傳統(tǒng)的篩選方法進(jìn)行了篩選， 但是仍然不能保證所使用的元器件的可靠性。 因此人們發(fā)展出了對元器件進(jìn)行破壞性物理分析的方法， 又稱良品分析。 這種方法是在元器件交付使用前先抽取一批器件交由第三方權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測， 通過對產(chǎn)品進(jìn)行照相、 外觀檢查、 射線檢查、 超聲波檢查、 碰撞試驗(yàn)等共20 個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。從這些試驗(yàn)內(nèi)容里進(jìn)行選取， 選擇適合檢測元器件所需的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 從而對元器件進(jìn)行篩選， 以保證元器件的可靠性， 為電子設(shè)備的穩(wěn)定性打下良好的基礎(chǔ)。

通過對元器件進(jìn)行破壞性物理分析， 我們可以初步判斷出元器件所存在的問題： 是由生產(chǎn)過程中造成的， 還是在本身設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中就存在問題？ 若是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的問題， 則應(yīng)該及時聯(lián)系廠家， 要求生產(chǎn)廠家進(jìn)行更換， 避免經(jīng)濟(jì)損失， 同時在檢測過程中， 加強(qiáng)對過程中的監(jiān)督環(huán)節(jié)， 保證質(zhì)量。 若是在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在的問題，則要跟設(shè)計(jì)部門進(jìn)行及時的反饋， 讓設(shè)計(jì)部門及時地解決發(fā)現(xiàn)的問題， 完善器件的設(shè)計(jì)， 并且在今后的設(shè)計(jì)過程中， 吸取教訓(xùn)， 避免再發(fā)生類似問題。 保證器件的使用可靠性。

2.3 完善元器件的生產(chǎn)基線管控

用、 研雙方充分協(xié)商， 建立元器件過程確認(rèn)文件 （PID）， 固化元器件生產(chǎn)基線。 借鑒國外先進(jìn)的元器件質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)， 推行建立過程確認(rèn)文件 （PID）， 實(shí)現(xiàn)元器件過程文件細(xì)化、量化。 按照 “PID 主文件、 過程管理、 評價標(biāo)準(zhǔn)、 操作指南、 記錄表格” 等5 類文件開展建設(shè)。 嚴(yán)格控制元器件的狀態(tài)變化， 按照 “論證充分、 各方認(rèn)可、 試驗(yàn)驗(yàn)證、 審批完備、 落實(shí)到位” 的總體原則， 實(shí)現(xiàn)對元器件生產(chǎn)基線的全面管控。

2.4 建立風(fēng)險管理體系

風(fēng)險管理已成為一個熱門話題， 風(fēng)險管理體系的一個重要作用就是預(yù)防。 要充分識別風(fēng)險，可以從技術(shù)角度和管理角度進(jìn)行風(fēng)險評估。

目前在制造行業(yè)運(yùn)用最廣泛的技術(shù)風(fēng)險評估技術(shù)有： ①失效模式和效應(yīng)分析； ②故障樹分析； ③可靠性預(yù)計(jì)。 在管理風(fēng)險評估方面要不斷完善風(fēng)險管理體系， 通過管理評審、 內(nèi)部審核、階段性總結(jié)報(bào)告、 產(chǎn)品質(zhì)量問題的分析等方式進(jìn)行體系的有效管控。 從而使元器件在穩(wěn)定、 可靠的區(qū)間運(yùn)行。

2.5 合理規(guī)范使用元器件

當(dāng)元件器交付使用之后， 我們也需要對元器件合理的使用進(jìn)行規(guī)范， 每一個元器件都有它獨(dú)有的使用方法。 例如加電時， 不能超出元器件的電壓閾值。 同時元器件的貯存也要滿足貯存要求。 只有使用正確的使用方法， 才能夠避免對器件造成損害， 保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 使用方需要制定合理的使用及維護(hù)計(jì)劃， 定期地檢查器件， 一旦發(fā)現(xiàn)存在隱患， 需要及時進(jìn)行檢查更換， 保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

隨著現(xiàn)代科技水平的提高， 元器件的可靠性評價發(fā)揮了越來越重要的作用。 本文總結(jié)了元器件可靠性評價的主要方式， 結(jié)合現(xiàn)代質(zhì)量管理理念， 從元器件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段開始不斷完善可靠性評價方法和技術(shù)， 在短時間內(nèi)評估元器件的可靠性， 使電子設(shè)備用到的元器件都能穩(wěn)定工作。