【關(guān)鍵詞】電子元器件；可靠性檢測；二次篩選

引言

目前，我國電子元器件的生產(chǎn)工藝并不高，可靠性檢測是保證電子元器件可靠性的有效措施，是提高整批電子元器件可靠性水平的重要手段，經(jīng)由元器件檢測，規(guī)避早期失效產(chǎn)品所造成的影響。

一、電子元器件可靠性及其主要影響因素

（一）電子元器件可靠性概述

按照學界公認的定義，電子元器件可靠性指的是在一定條件下，其能夠在規(guī)定時間與預期壽命期間內(nèi)按照其功能與性能的要求正常穩(wěn)定工作的能力。

在元器件生產(chǎn)過程中，難以按照工藝規(guī)范控制操作，設(shè)備狀況、人為因素、原材料等工藝條件不可避免會造成電子元器件在設(shè)計和制造上的缺陷，導致元器件提前失效，壽命遠低于整批元器件的平均壽命，這些提前失效的元器件稱為“早期失效”。通過大量的使用和試驗結(jié)果證明，大多數(shù)元器件的失效率與時間關(guān)系呈現(xiàn)“浴盆”形狀，簡稱“浴盆”曲線，見圖1。從“浴盆”曲線可以看出，在早期失效期內(nèi)，元器件隨著工作時間的增加，失效率迅速降低，主要是由于設(shè)計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。

失效率越過臨界點A，元器件的失效率進入偶然失效期，也稱隨機失效期，這一階段元器件失效率較低，且穩(wěn)定在一個較小的數(shù)值上，這一階段，是元器件使用的良好階段，元器件可靠性指標所描述的正是這一階段。在偶然失效期間，會有較低的失效率，主要原因是質(zhì)量缺陷、材料弱點、環(huán)境因素和使用不當?shù)纫蛩厮鶎е?。失效率越過臨界點B時，便進入了元器件耗損失效期，元器件失效率隨著時間推移迅速增加，主要是由于元器件疲勞、老化等原因?qū)е隆?/p>

按照可靠性檢測方向以及檢測要求，可分為固有可靠性以及使用可靠性，基于元器件可靠性進行系統(tǒng)化檢測與分析，有助于進一步滿足用戶需求，延長整機設(shè)備的使用壽命。

（二）影響電子元器件可靠性的主要因素

設(shè)計因素

由于電子元器件運行中所面對的工況條件復雜，在方案設(shè)計時應(yīng)考慮電應(yīng)力、熱應(yīng)力、元器件公差、電氣干擾等相關(guān)內(nèi)容影響，同時加強對電子元器件維修保養(yǎng)、測試進程等方面的關(guān)注與重視，使電子元器件的使用與維護成本實現(xiàn)進一步下降，滿足可靠性設(shè)計要求。

生產(chǎn)工藝

在電子元器件生產(chǎn)制造過程當中，所應(yīng)用到的生產(chǎn)工藝，如材料質(zhì)量、質(zhì)量工藝，質(zhì)量控制等，可能導致元器件的失效率增加，對性能與可靠性產(chǎn)生影響。因此，元器件可靠性需要生產(chǎn)廠針對性加強生產(chǎn)工藝流程的關(guān)注與重視程度，規(guī)避可靠性問題所帶來的影響。

環(huán)境因素

影響電子元器件的環(huán)境因素主要有電氣環(huán)境、機械環(huán)境、環(huán)境應(yīng)力等方面。其中，電氣環(huán)境因素指的是電子元器件受到電氣環(huán)境應(yīng)力的影響，如電壓、電流、靜電放電等，這些因素都會對元器件的可靠性產(chǎn)生一定的影響，導致元器件性能下降或失效。機械環(huán)境包括振動、沖擊、離心、腐蝕等，導致元器件焊點開裂、印制電路板變形、松動等問題，使得元器件性能下降或失效。氣候環(huán)境因素包括恒定加速度、溫度循環(huán)、高溫貯存、熱沖擊、濕熱、鹽霧等，會使元器件內(nèi)部不同溫度特性材料的內(nèi)應(yīng)力增加，從而導致元器件性能下降或失效。

二、電子元器件二次篩選檢測流程

（一）外觀檢測

作為電子元器件二次篩選與可靠性檢測過程當中的關(guān)鍵一環(huán)，嚴格按照《微電子器件試驗方法和程序》（GJB548B-2005）對其進行外觀檢測具有重要作用。技術(shù)團隊與從業(yè)者需要綜合運用千分尺、卡尺、量規(guī)、輪廓投影儀等相關(guān)設(shè)施設(shè)備針對目標元器件的外殼、外形、尺寸、狀況、特殊引線形狀特征、伸出凹下部件尺寸以及其他關(guān)鍵性外形數(shù)據(jù)進行量測，當發(fā)現(xiàn)元器件尺寸超出規(guī)定公差要求或極限值要求時，說明元器件可靠性不符合預期，需要及時進行處理。

（二）電測試

除外觀檢測外，為確保目標元器件在一般工作條件以及工作狀態(tài)下的可靠性與運行壽命能夠達到設(shè)計目標，需要對其運行過程當中的電性能進行全方位驗證。在組織開展元器件二次篩選電測試時，應(yīng)嚴格針對測試環(huán)境進行控制，將溫度控制為25℃左右的常溫狀態(tài)，同時將空間內(nèi)的相對濕度控制在20%～80%之間，針對不同類型的元器件，濕度控制應(yīng)有相應(yīng)變化，測試過程當中還需要對通過設(shè)備的電壓、電流進行嚴格控制，避免因出現(xiàn)浪涌電壓等現(xiàn)象而導致元器件性能受到影響。

（三）溫度循環(huán)測試

在電子元器件的使用過程當中，可能會面臨極高溫或極低溫等不同的溫度條件狀況，因此為保障元器件運行壽命及其綜合性能，需要針對其在不同溫度狀態(tài)下的表現(xiàn)情況進行全方位檢測與研究。在測試過程當中，需要消除元器件本身所帶有的電應(yīng)力，同時按照一定規(guī)律以及變化特征針對電子元器件的運行溫度進行調(diào)整與控制，并要求目標元器件能夠在規(guī)定溫度條件下完成工況循環(huán)，在測試過程當中，還應(yīng)充分遵循篩選檢測技術(shù)條件中關(guān)于溫度循環(huán)試驗提出的要求；同時，專業(yè)測試人員針對目標元器件在不同溫度條件下的表現(xiàn)及其可能產(chǎn)生的缺陷現(xiàn)象進行及時記錄，若出現(xiàn)變形、變色或表面裂紋等情況，則說明其可靠性無法滿足溫度循環(huán)測試要求。

（四）恒定加速度檢測

在針對以集成電路為代表的電子元器件進行應(yīng)用時，及時對元件結(jié)構(gòu)當中可能出現(xiàn)的物理缺陷以及相關(guān)問題進行定位與處置，能夠進一步延長元器件使用壽命，充分保障其可靠性。因此，可開展元器件恒定加速度檢測工作，在檢測過程當中，首先應(yīng)考慮到電子元器件的封裝工藝以及封裝模式，其中采用金屬封裝、陶瓷封裝等技術(shù)手段的元器件能夠滿足恒定加速度檢測需求，而采用其他封裝模式的電子元器件則不符合加速度檢測目標。在檢測過程當中，可結(jié)合元器件設(shè)計可靠性指標以及電子元器件體量等要素，分別將恒定加速度設(shè)定為5000g與20000g，并針對檢測過后的電子元器件表現(xiàn)情況進行檢查與分析，若元件未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)與機械層面的質(zhì)量問題，則說明其可靠性符合設(shè)計目標以及預期要求，滿足客戶使用要求。

（五）粒子碰撞噪聲檢測

一些元器件在設(shè)計過程當中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會存在可動冗余，導致長期運行的穩(wěn)定性受到影響。因此，為減少設(shè)計生產(chǎn)與制造過程中出現(xiàn)可動冗余情況的元器件，可以針對元器件開展粒子碰撞噪聲檢測（PIND），從而規(guī)避長時間運行產(chǎn)生的短路與故障風險。在檢驗與測試過程當中，應(yīng)當關(guān)注電子元器件的腔體高度狀況，并按照檢驗方法要求對其施加一定的機械應(yīng)力，從而使元件內(nèi)部的可動冗余得到有效抑制。

（六）老化

通過老化試驗，一些電子元器件可能會出現(xiàn)顯著的老化現(xiàn)象，因此可通過老化試驗檢測方法，對元器件的失效狀態(tài)進行綜合分析，并針對其潛在的缺陷以及性能問題進行及時挖掘與系統(tǒng)化研究。在針對集成電路為主的電子元器件進行老化試驗時，可采用集成電路老化試驗設(shè)備，對其試驗過程當中的時間周期以及溫度狀況進行設(shè)定，同時按照相關(guān)規(guī)范標準針對集成電路的失效判定指標進行明確，使集成電路的性能與可靠性能夠得到相應(yīng)展現(xiàn)。

（七）氣密性檢測

在開展氣密性檢測的過程當中，運用示蹤氣體氦細檢漏方案針對集成電路的氣密性能進行測驗與分析，從而保障其氣密性達到預期標準。在進行氣密性檢測的同時，人員應(yīng)當關(guān)注到集成電路的樣品封裝狀態(tài)以及受檢器件的表面特性，避免在檢測過程當中誘發(fā)相應(yīng)隱患與風險。

（八）高溫貯存測試

為使集成電路的可靠性更加直觀展現(xiàn)，元器件應(yīng)針對其在高溫狀態(tài)下的貯存性能以及貯存壽命進行測驗與分析，同時明確集成電路的失效機理以及失效模型，為相關(guān)元器件的設(shè)計、生產(chǎn)與制造過程提供參考依據(jù)。在試驗過程當中，應(yīng)將目標受檢元件放置于恒定的高溫狀態(tài)下，并規(guī)定相應(yīng)的測試時間以及測試周期，在此基礎(chǔ)上針對元器件所暴露出的缺陷與問題進行及時識別，從而強化檢測效果。在進行高溫貯存試驗的同時，應(yīng)嚴格控制電子元器件的貯存溫度范圍、區(qū)域內(nèi)溫度均勻性、溫度變化速率以及整個測驗空間等相關(guān)指標，從而避免試驗空間內(nèi)部各項要素之間的互相干擾，保障最終結(jié)果的準確可靠。

（九）聲學掃描檢測

為進一步明確集成電路等電子元器件貯存與運行過程當中可能產(chǎn)生的各項缺陷與性能問題，可運用掃描聲學顯微鏡等技術(shù)手段對其可靠性進行全方位掃描與檢測，從而直觀掌握元器件使用過程當中所產(chǎn)生的裂紋、空洞、分層、雜質(zhì)等缺陷，使其設(shè)計思路以及生產(chǎn)工藝得到針對性優(yōu)化與改進。在依托掃描聲學顯微鏡針對封裝電路開展掃描檢測的過程當中，可借助超聲脈沖信號對受測目標元件所返回的聲波信息進行收集與記錄，能全面了解和掌握電子元器件的粘接質(zhì)量與可能存在的缺陷情況，實現(xiàn)短時間內(nèi)對大批量電路元件的篩查與選擇，有效加快了二次篩選工作的開展效率與開展速度，實現(xiàn)了對次品的有效剔除。

三、二次篩選流程設(shè)計

為明確電子元器件二次篩選試驗流程，現(xiàn)以集成電路二次篩選程序為例進行分析與探討。按照電路類別進行劃分，可主要分為單片集成電路以及混合集成電路等兩種主要類別，其中，單片集成電路電參數(shù)測試應(yīng)滿足產(chǎn)品手冊要求，溫度循環(huán)條件為10次，恒定加速度設(shè)定為Y1方向，條件為E或D，外部目檢時需選用10倍放大鏡或顯微鏡，老煉溫度應(yīng)控制在125℃以上?；旌霞呻娐冯妳?shù)測試、老煉溫度條件等與單片集成電路一致，密封篩選與檢測時按照試驗條件差異可分為細檢漏與粗檢漏兩種。

四、保障電子元器件可靠性的具體措施

在電子元器件的設(shè)計與生產(chǎn)過程當中，如何保障其貯存與使用過程中的可靠性始終是技術(shù)團隊需要面對的重要挑戰(zhàn)，從業(yè)者應(yīng)積極采取措施對電子元件可靠性的影響要素進行系統(tǒng)化挖掘與分析，并給出相應(yīng)的解決方案以及解決措施，使得電子元器件的可靠性得到保障。

（一）優(yōu)化設(shè)計方案

在以集成電路為代表的電子元器件設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)當綜合考慮到元器件的用途、生產(chǎn)規(guī)模、運行周期、運行環(huán)境等相關(guān)指標的要求，同時對其設(shè)計方案進行全面優(yōu)化與改進，使其機械結(jié)構(gòu)、空間布局、運行方式等能夠符合電子元器件的使用特征，全面加強電子元器件的綜合可靠性，使其生產(chǎn)效益以及壽命得到充分強化與提升。

（二）正確開展選型

在針對高溫環(huán)境下元器件進行設(shè)計與生產(chǎn)的同時，應(yīng)對元件結(jié)構(gòu)、粘接固定方式、涂覆加工流程等進行全面優(yōu)化，確保其元件的耐高溫性能，避免出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量問題以及壽命問題。

（三）強化質(zhì)量監(jiān)督

生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)當加強其質(zhì)量監(jiān)督工作，全面提升對質(zhì)量監(jiān)督以及可靠性管理的關(guān)注與重視程度，使元件生產(chǎn)、使用和運行過程當中可能出現(xiàn)的可靠性風險得到有效抑制，使其組裝工藝能夠達到相應(yīng)技術(shù)目標，充分提升元件連接牢固度、密封性及其耐環(huán)境腐蝕能力等指標。

（四）開展二次篩選

二次篩選是元器件可靠性保障的有效措施。目前，基于我國電子元器件設(shè)計、制造和工藝等方面的現(xiàn)狀，以及進口元器件采購中的諸多不可控因素，電子元器件二次篩選已成為誘發(fā)電子元器件設(shè)計、生產(chǎn)中潛在的缺陷，有效剔除早期失效產(chǎn)品，提高整機系統(tǒng)的可靠性測試過程當中必不可少的一環(huán)。通過一系列針對性的試驗，能夠充分提高元器件的使用可靠性，有效保障進口元器件產(chǎn)品的質(zhì)量可控性，使裝備整體可靠性能夠在二次篩選過程中得到進一步強化與提升。

結(jié)語

在當下各個領(lǐng)域的發(fā)展進程當中，電子元器件發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尤其是裝備用元器件。關(guān)注電子元器件可靠性的主要影響因素，按照國家相關(guān)規(guī)定要求明確電子元器件可靠性篩選檢測標準，并能夠從實際出發(fā)，給出相應(yīng)的優(yōu)化策略和優(yōu)化方案，強化生產(chǎn)制造質(zhì)量監(jiān)督，提升元器件固有可靠性；正確開展型號選型，關(guān)注環(huán)境防護、開展二次篩選．提高元器件使用可靠性，從而提升以集成電路為代表的電子元器件的綜合可靠性。