電子元器件篩選的方法及目的

電子元器件進行篩選是提高電子設備可靠性的最有效措施之一。可靠性篩選的目的是從一批元器件中選出高可靠的元器件，淘汰掉有潛在缺陷的產品。從廣義上來講，在元器件生產過程中各種工藝質量檢驗以及半成品、成品的電參數測試都是篩選，而我們這里所講的是專門設計用于剔除早期失效元器件的可靠性篩選。

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品的可靠性設計，因此，應該在電子元器件裝上整機或設備之前，就要設法盡可能排除掉存在問題的元器件，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的兩種方案：

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，將可以與其它失效模式產生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面。

方案2：將可以與其它失效模式產生連環(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)將可以與其它失效模式產生連環(huán)引發(fā)效果的失效模式篩選放在后面，如果出現(xiàn)本身失效模式沒有被觸發(fā)，但其它關聯(lián)的相關失效模式先被觸發(fā)的情況，因為該類失效模式的檢測已經在前面做過了，所以不能準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、經濟和高效。

2、篩選方案的設計原則

定義如下：

篩選效率W=剔除次品數/實際次品數

篩選損耗率L=好品損壞數/實際好品數

篩選淘汰率Q=剔降次品數/進行篩選的產品總數

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，產品的成品率越低。

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：

1）篩選要能有效地剔除早期失效的產品，但不應提高正常產品的失效率。

2）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。

3）合理選擇能暴露失效的最佳應力順序。

4）對掌握所有產品的失效模式。

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。

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是由于其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玷污、鍵合不良和氧化層缺陷等失效機理的器件。通常器件需要在最高結溫下貯存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。通過高溫貯存后，還可以使元器件的參數性能穩(wěn)定下來，減少使用中的參數漂移。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。

2）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數小時至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。民用產品通常為數小時，軍用高可靠產品可選擇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，能有效剔除存在熱性能缺陷的產品。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力加速度試驗。這項篩選通常在半導體器件上進行，把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發(fā)現(xiàn)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。

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