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电子元器件可靠性筛选方案和方法(二)

作者:立深鑫电子        发布时间:09-15        点击:
摘要 : 电子元器件的失效大多数是由于体内和表面的各种物理化学变化所引起,它们与温度有密切的关系。温度升高以后,化学反应速度大大加快,失效过程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及时暴露,予以剔除。
电子元器件

3几种常用的筛选项目

3. 1 高温贮存

电子元器件的失效大多数是由于体内和表面的各种物理化学变化所引起,它们与温度有密切的关系。温度升高以后,化学反应速度大大加快,失效过程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及时暴露,予以剔除。

高温筛选在半导体器件上被广泛采用,它能有效地剔除具有表面沽污、键合不良、氧化层有缺陷等失效机理的器件。通常在最高结温下贮存2 4 -1 6 8小时。

高温筛选简单易行,费用不大,在许多元器件上都可以施行。通过高温贮存以后还可以使元器件的参数性能稳定下来,减少使用中的参数漂移。各种元器件的热应力和筛选时间要适当选择,以免产生新的失效机理。

3. 2 功率电老炼

筛选时,在热电应力的共同作用下,能很好地暴露元器件体内和表面的多种潜在缺陷,它是可靠性筛选的一个重要项目。

各种电子元器件通常在额定功率条件下老炼几小时至168小时,有些产品,如集成电路,不能随便改变条件,但可以采用高温工作方式来提高工作结温,达到高应力状态,各种元器件的电应力要适当选择,可以等于或稍高于额定条件,但不能引人新的失效机理。功率老炼需要专门的试验设备,其费用较高,故筛选时间不宜过长。民用产品通常为几个小时,军用高可靠产品可选择 1 0 0 .1 6 8小时,宇航级元器件可以选择2 4 0小时甚至更长的周期。

3. 3 温度循环

电子产品在使用过程中会遇到不同的环境温度条件,在热胀冷缩的应力作用下,热匹配性能差的元器件就容易失效。温度循环筛选利用了极端高温和极端低温间的热胀冷缩应力,能有效的剔除有热性能缺陷的产品。元器件常用的筛选条件是-55 ~+1 2 5℃,循环5 ~10次。

3. 4 离心加速度

离心加速度试验又称恒定应力加速度试验。这项筛选通常在半导体器件上进行,把利用高速旋转产生的离心力作用于器件上,可以剔除键合强度过弱、内引线匹配不良和装架不良的器件,通常选用20000 g 离心加速度持续试验一分钟。

3. 5 监控振动和冲击

在对产品进行振动或冲击试验的同时进行电性能的监测常被称为监控振动或监控冲击试验。这项试验能模拟产品使用过程中的振动、冲击环境,能有效地剔除瞬时短、断路等机械结构不良的元器件以及整机中的虚焊等故障。在高可靠继电器、接插件以及军用电子设备中,监控振动和冲击是一项重要的筛选项目。

典型的振动条件是: 频率2 0 ~ 2000 Hz ,加速度2~20 g ,扫描1~ 2周期,在共振点附近要多停留一段时间。典型的冲击筛选条件是1500^ -3000g ,冲击3 ~5 次,这项试验仅适用于元器件。

监控振动和冲击需要专门的试验设备,费用昂贵,在民用电子产品中一般不采用。

除以上筛选项目外,常用的还有粗细检漏、镜检、线性判别筛选、精密筛选等。

4半导体器件筛选方案设计

半导体器件可以划分为分立器件和集成电路两大类。分立器件包括各种二极管、三极管、场效应管、可控硅、光电器件及特种器件; 集成电路包括双极型电路、 MOS电路、厚膜电路、薄膜电路等器件。各种器件的失效模式和失效机理都有差异。不同的失效机理应采用不同的筛选项目,如查找焊接不良,安装不牢等缺陷,可采用振动加速度; 查找元器件键合不牢,装片不良,内引线配置不合适等缺陷,采用离心加速度; 查找间歇短路、间歇开路等缺陷,采用机械冲击等。因此,不同器件的筛选程序不一定相同。如晶体管的主要失效模式有短路、开路、间歇工作、参数退化和机械缺陷等五种,每种失效模式又涉及到多种失效机理,这些都是制定合理的筛选程序的重要依据。

a)外观检查:用10倍放大镜检查外形、引线及材料有无缺陷。

b)温度循环:使元器件交替暴露在规定的极限高温和极限低温下,连续承受规定条件和规定次数的循环,由冷到热或由热到冷的总转移时问不超过1min,保持时间不小于10min。

c)高温寿命(非工作:按照国家标准规定的寿命试验要求,使元器件在规定的环境条件下(通常是最高温度)存储规定的时间。

d)电功率老炼:按降额条件达到最高结温下的老炼目的,老炼功率按元器件各自规定的条件选取。

e)密封性试验:有空腔的元器件,先细检漏,后粗检漏。

f)电参数测试(包括耐压或漏电流等测试):按产品技术规范合同规定进行。

g)功能测试:按产品技术规范合同规定进行。

基于以上原理,优化了元器件测试筛选先后次序,按照失效模式的分类,对检测筛选手段依据元器件测试筛选先后次序的原则进行排序

4. 1 二极管典型筛选程序

常用的半导体二极管有整流、开关、稳压、检波和双基极等类型,典型的筛选程序如下:

(1 ) 高温储存: 锗管100℃、硅管150℃, 96h。

(2 ) 温度循环: 锗管-55℃-+85℃,5次; 硅管-55℃~+125℃,5次。

(3 ) 敲变: 用硬橡胶锤敲3 ~ 5次,同时用图示仪监视正向特性曲线。

(4 ) 跌落: 在8 0 c m高度,按自由落体到玻璃板上5 ~ 1 5次。

(5 ) 功率老炼: ①开关管: 1 . 5 倍额定正向电流, 1 2 小时; ②稳压管: 1~1 . 5 倍额定功率,1 2 小时 ; ③检波整流管: 1~1 . 5 倍额定电流, 1 2 小时; ④双基极二极管: 额定功率老炼1 2小时。

(6 ) 高温反偏: 锗管7 0 0 C,硅管1 2 5 0 C , 额定反向电压2 小时,漏电流不超过规范值。

(7 ) 高温测试: 锗管7 0℃,硅管1 2 5℃。

(8 ) 低温测试: -5 5℃。

(9 ) 外观检查: 用显微镜或放大镜检查外观质量,剔除玻璃碎裂等有缺陷的管子。

4. 2 三极管典型筛选程序

高温储存- 温度循环- 跌落( 大功率管不做) - 功率老炼- 高低温测试( 有要求时做) - 常温测试- 粗细检漏- 外观检查。

(1 ) 高温储存: 锗管1 0 0℃、硅管1 7 5 ℃, 9 6 小时。

(2 ) 功率老化: 小功率管加功率至结温Tjm,老炼2 4 小时,高频管要注意消除有害的高频振荡,以免管子hFE退化。

4. 3 半导体集成电路典型筛选程序

高温储存- 温度循环- ( 跌落) - 离心- 高温功率老炼- 高温测试- 低温测试- 检漏- 外观检查- 常温测试。

(1 ) 高温储存: 8 5 ~1 7 5 ℃, 9 6小时。

(2 ) 离心:20000 g , 1 分钟

(3 ) 高温功率老炼: 8 5℃, 9 6 小时,在额定电压、额定负载下动态老炼。

电子元器件的筛选重点应放在可靠性筛选上,具体的筛选程序可根据元器件的结构特点、失效模式及使用要求灵活制订。

筛选和质量控制是高可靠元器件生产中的重要环节。对于优质产品,通过筛选可使整批产品达到其固有的高可靠性。对于劣质产品,由于其固有的缺陷,就不可能筛选出高可靠产品。因此,在筛选前有必要对产品的质量和可靠性水平进行抽样试验评价,通过试验和失效分析有助于制订合理的筛选程序。