導(dǎo)語(yǔ)：電子元器件可靠性篩選設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造業(yè)中電子設(shè)備元器件的可靠元器件數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致裝備系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越來(lái)越高。相應(yīng)地，在日常使用過(guò)程中，人們對(duì)其可靠性以及可維修性提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求?；诖?，詳細(xì)分析與闡述電子元器件的可靠性篩選設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電子元器件；可靠性；篩選設(shè)計(jì)；原材料

現(xiàn)階段，只有保證裝備具有較高的可靠性，才能夠?qū)崿F(xiàn)提升裝備質(zhì)量的設(shè)計(jì)目標(biāo)。這不僅僅需要進(jìn)行可靠性的設(shè)計(jì)，還需要提升使用電子元器件的整體可靠性。對(duì)于整機(jī)承制單位而言，生產(chǎn)制造過(guò)程會(huì)受到一些環(huán)境方面的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)一定的故障與缺陷。

1可靠性篩選價(jià)值

近些年，盡管電子元器件的可靠性水平已經(jīng)逐步增長(zhǎng)，但是，在進(jìn)行大批量生產(chǎn)加工的過(guò)程中，始終無(wú)法基于設(shè)計(jì)的工藝規(guī)范和要求，進(jìn)行一些良好的人為誤差控制。這是由于加工過(guò)程始終都受到原材料、輔助材料以及工藝等方面的因素影響，會(huì)出現(xiàn)一定的加工偏差。在工藝與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的缺陷，會(huì)使電子元器件在日后的使用中，生命周期受到嚴(yán)重影響，較一般的裝備而言，無(wú)法達(dá)到正常的壽命周期。在過(guò)去大量的試驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，很多電子元器件的失效率基本上與時(shí)間呈現(xiàn)出相似浴盆的曲線走勢(shì)。電子元器件失效的曲線示意圖如圖1所示。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在同一批產(chǎn)品中，早期的失效期存在著較高的失效率，同時(shí)下降的速度比較慢。一旦超過(guò)了臨界點(diǎn)A后，就會(huì)進(jìn)入偶然失效期，這個(gè)時(shí)期的失效率被控制在一個(gè)較小的數(shù)值范圍。進(jìn)行可靠性篩選的過(guò)程，就是在同一批電子元器件中，及時(shí)剔除一些潛在的故障產(chǎn)品。同時(shí)，還需及時(shí)挑選出一些有著鮮明特征的產(chǎn)品，這樣可以有效地保障電子元器件的失效率保持穩(wěn)定，使元器件發(fā)揮出最大的價(jià)值。當(dāng)下，我國(guó)電子元器件的制造過(guò)程總體工藝水平并不高，進(jìn)行可靠性篩選的過(guò)程，也是充分保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施。軍用裝備往往有著較高的可靠性需求，同時(shí)進(jìn)行特殊篩選的環(huán)節(jié)也比較多，造成整體篩選周期比較長(zhǎng)，剔除率也相對(duì)比較高。因此，這樣的篩選過(guò)程需要投入大量的成本費(fèi)用。

2影響電子元器件可靠性的因素

在電氣元器件的使用過(guò)程中，造成失效的影響因素較為復(fù)雜，例如，設(shè)計(jì)上的缺陷、焊點(diǎn)不準(zhǔn)以及密封不嚴(yán)格，都會(huì)造成日后使用過(guò)程中可靠性降低。

2.1溫度應(yīng)力

低溫情況會(huì)對(duì)電子元器件的電參數(shù)造成直接影響，同時(shí)，材料冷縮及變脆后，也會(huì)導(dǎo)致高溫出現(xiàn)加速熱老化的問(wèn)題，使得電子元器件中的電阻與金屬材料的電阻出現(xiàn)較大的提升。低熔點(diǎn)焊縫位置也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，進(jìn)而導(dǎo)致焊點(diǎn)的脫離。溫度出現(xiàn)交替變化后，特別是在冬季，由于裝備需要在戶外使用，對(duì)電氣元器件的溫度承受能力有著較高的要求，同時(shí)需要保障結(jié)構(gòu)與材料的熱匹配性能可以得到全面發(fā)揮[1]。

2.2濕度應(yīng)力

在半導(dǎo)體器件的使用過(guò)程中，一旦水汽滲透到管芯中，就會(huì)導(dǎo)致電參數(shù)出現(xiàn)一定的變化。例如，晶體管出現(xiàn)漏電流增加的情況，或者電流的發(fā)電系數(shù)發(fā)生變化，就會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題。特別是在不同的金屬鍵合成的位置連接處，水汽滲入后，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的電化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)腐蝕反應(yīng)流程[2]。

2.3機(jī)械應(yīng)力

機(jī)械應(yīng)力的出現(xiàn)，主要基于振動(dòng)、沖擊及跌落等問(wèn)題。電子元器件在使用過(guò)程中，一旦出現(xiàn)長(zhǎng)期振動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致其在連接位置出現(xiàn)一定的松動(dòng)。另外，還會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，相應(yīng)地，會(huì)引發(fā)線材斷裂，使用過(guò)程會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備瞬時(shí)短路問(wèn)題。一旦電子元器件某個(gè)部位與環(huán)境振動(dòng)保持一致的頻率，就會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生諧振，進(jìn)而加速電子元器件的老化。

2.4電與電磁應(yīng)力

電與電磁應(yīng)力是電源不穩(wěn)定導(dǎo)致的問(wèn)題，傳導(dǎo)線系統(tǒng)中存在大量的干擾信號(hào)，或者受到電磁場(chǎng)的干擾，使得電暈和放電等問(wèn)題出現(xiàn)。電應(yīng)力的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致電子元器件出現(xiàn)局部升溫，這樣的熱點(diǎn)相互作用會(huì)直接加速設(shè)備老化。電子元器件的使用也會(huì)受到諸如氣壓、聲振及化學(xué)應(yīng)力等諸多方面的影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行可靠性分析與篩選[3]。

3可靠性篩選方案的設(shè)計(jì)

可靠性篩選的具體方案設(shè)計(jì)，往往需要對(duì)電子元器件進(jìn)行大量的摸底測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行失效性分析，進(jìn)而對(duì)篩選項(xiàng)目、篩選應(yīng)力、篩選方法以及程序進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保障篩選方案的合理性。

3.1可靠性篩選條件與目標(biāo)

電子元器件的可靠性篩選過(guò)程，首先要確定具體的篩選對(duì)象、應(yīng)力類型等級(jí)以及篩選的具體時(shí)間。不同電子元器件的加工過(guò)程會(huì)涉及不同的材料、結(jié)構(gòu)及工藝流程等，因此電子元器件也會(huì)產(chǎn)生不同的失效機(jī)理。在早期失效與偶然失效的臨界點(diǎn)方面也不盡相同。這導(dǎo)致無(wú)法制定出一個(gè)固定的可靠性篩選條件。篩選的過(guò)程需要基于不同的電氣元器件，設(shè)計(jì)針對(duì)性的可靠性試驗(yàn)，同時(shí)也要進(jìn)行篩選摸底試驗(yàn)分析，滿足產(chǎn)品的實(shí)際失效分布規(guī)律，并確定失效機(jī)理與具體的對(duì)象[4]。確定篩選項(xiàng)目的過(guò)程，往往需要對(duì)電子元器件的早期失效項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的分析。在進(jìn)行篩選的過(guò)程中，應(yīng)將效率與經(jīng)濟(jì)效益分析作為重點(diǎn)。完成了應(yīng)力類型以及等級(jí)確定后，方可對(duì)早期的失效問(wèn)題進(jìn)行研究，避免導(dǎo)致產(chǎn)品承受過(guò)大的應(yīng)力，避免其進(jìn)入全新的失效階段。最后，需要對(duì)篩選時(shí)間進(jìn)行合理設(shè)置。本文以對(duì)半導(dǎo)體的可靠性篩選為例，對(duì)具體的篩選時(shí)間進(jìn)行了合理設(shè)置。3.1.1確定篩選時(shí)間確定篩選時(shí)間，首先要盡可能排除部分早期失效的產(chǎn)品，因此需要對(duì)早期存在失效的電子元器件具體的壽命進(jìn)行評(píng)估，保證其壽命大于篩選的時(shí)間概率，同時(shí)，針對(duì)壽命給定一個(gè)較小的數(shù)量值。在時(shí)間判斷的過(guò)程中，需要對(duì)早期失效的電子元器件篩選時(shí)間進(jìn)行控制。從浴盆曲線的變化上來(lái)看，篩選時(shí)間需要限定在失效時(shí)間附近。如果篩選時(shí)間過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致漏掉早期失效的一些產(chǎn)品，無(wú)法發(fā)揮出篩選作用。但是，如果篩選時(shí)間過(guò)大，也會(huì)造成一些不必要的浪費(fèi)，大大降低合格產(chǎn)品的使用周期。3.1.2平均值與標(biāo)準(zhǔn)差摸底測(cè)試過(guò)程可以得到一些早期失效的電子元器件的具體失效時(shí)間，可以利用判斷式，有效地計(jì)算與分析其平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。3.1.3引入安全系數(shù)平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算主要是從樣品實(shí)驗(yàn)分析得出，相比較一些元件的真實(shí)數(shù)值，往往存在一定的偏差。分析過(guò)程中，需要針對(duì)性地分析。由于樣本與真實(shí)數(shù)值會(huì)存在一定的偏差，因此要對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行一定的優(yōu)化與調(diào)整。壽命篩選過(guò)程需要保障推算原理相同。例如，壽命篩選過(guò)程要控制應(yīng)力取值，同時(shí)盡可能地選擇一些時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)值。例如，國(guó)外一些半導(dǎo)體器件老化時(shí)間確定，基本會(huì)選擇168h，研究期間則控制在240h。另外，完全掌握與明確電子元器件失效機(jī)理后，可以利用高應(yīng)力、短時(shí)間的方式，全面提升篩選效率，降低篩選過(guò)程的成本投入。

3.2常用電子元器件篩選方案

在電阻器、電容器以及電磁繼電器的篩選過(guò)程中，需要把控一般環(huán)境和仲裁環(huán)境。一般環(huán)境下，溫度在15～35℃，濕度控制在20%～80%，氣壓為所在場(chǎng)地的實(shí)際氣壓即可。而在仲裁環(huán)境中，溫度控制在25℃左右，濕度控制在48%～52%，氣壓則需要控制在86～106kPa。

3.3篩選風(fēng)險(xiǎn)性

篩選過(guò)程首先需要對(duì)產(chǎn)品提供方進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，利用高質(zhì)量控制方式，使電子元器件具有較高的穩(wěn)定性，之后經(jīng)由整體承制單位進(jìn)行針對(duì)性的篩選。這樣可以有效提升電子元器件的整體質(zhì)量?，F(xiàn)有的儀器設(shè)備在失效模式下進(jìn)行無(wú)損檢查較為困難。例如，半導(dǎo)體芯片存在強(qiáng)度差、硅鋁絲鍵合力不足的問(wèn)題，因此無(wú)法利用常規(guī)篩選方式，對(duì)其進(jìn)行去除操作。如果篩選的應(yīng)力較低，就會(huì)喪失篩選的作用。但是篩選應(yīng)力過(guò)高，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)原本正常的元器件造成一定的損壞，降低使用壽命。因此，為了保障篩選的合理性，需要進(jìn)行全面分析，盡可能使元器件避免承受電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及熱應(yīng)力方面的篩選工作，僅僅進(jìn)行一些常規(guī)檢查即可。另外，設(shè)計(jì)的篩選過(guò)程需要謹(jǐn)慎使用高溫存儲(chǔ)的篩選環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致元器件出現(xiàn)一定程度的易焊性降低。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)電子元器件的可靠性篩選工作，是在生產(chǎn)加工后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不佳的產(chǎn)品。需要注意的是，篩選設(shè)計(jì)過(guò)程需要結(jié)合實(shí)際的產(chǎn)品情況，避免篩選手段對(duì)電子元器件造成直接的損害，嚴(yán)重影響其使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊.電子元器件可靠性試驗(yàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（23）：89-90.

[2]周冬娣.電子元器件可靠性與二次篩選[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（14）：100-101.

[3]薛青青.基于二次篩選的電子元器件可靠性研究[J].電子世界，2019（9）：65-66.

[4]李德.試論電子元器件的可靠性與檢測(cè)篩選[J].中國(guó)新通信，2018，20（22）：227.

作者：付玉娟 單位：工業(yè)和信息化部電子第五研究所