電子元器件可靠性篩選設計探討

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摘要：伴隨著我國科學技術的高速發展，制造業中電子設備元器件的可靠元器件數量不斷增加，導致裝備系統整體結構的復雜程度越來越高。相應地，在日常使用過程中，人們對其可靠性以及可維修性提出了更高的標準和要求。基于此，詳細分析與闡述電子元器件的可靠性篩選設計。

關鍵詞：電子元器件；可靠性；篩選設計；原材料

現階段，只有保證裝備具有較高的可靠性，才能夠實現提升裝備質量的設計目標。這不僅僅需要進行可靠性的設計，還需要提升使用電子元器件的整體可靠性。對于整機承制單位而言，生產制造過程會受到一些環境方面的影響，導致產品出現一定的故障與缺陷。

1可靠性篩選價值

近些年，盡管電子元器件的可靠性水平已經逐步增長，但是，在進行大批量生產加工的過程中，始終無法基于設計的工藝規范和要求，進行一些良好的人為誤差控制。這是由于加工過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，會出現一定的加工偏差。在工藝與設計環節存在的缺陷，會使電子元器件在日后的使用中，生命周期受到嚴重影響，較一般的裝備而言，無法達到正常的壽命周期。在過去大量的試驗分析中發現，很多電子元器件的失效率基本上與時間呈現出相似浴盆的曲線走勢。電子元器件失效的曲線示意圖如圖1所示。從圖1可以發現，在同一批產品中，早期的失效期存在著較高的失效率，同時下降的速度比較慢。一旦超過了臨界點A后，就會進入偶然失效期，這個時期的失效率被控制在一個較小的數值范圍。進行可靠性篩選的過程，就是在同一批電子元器件中，及時剔除一些潛在的故障產品。同時，還需及時挑選出一些有著鮮明特征的產品，這樣可以有效地保障電子元器件的失效率保持穩定，使元器件發揮出最大的價值。當下，我國電子元器件的制造過程總體工藝水平并不高，進行可靠性篩選的過程，也是充分保障產品質量的重要措施。軍用裝備往往有著較高的可靠性需求，同時進行特殊篩選的環節也比較多，造成整體篩選周期比較長，剔除率也相對比較高。因此，這樣的篩選過程需要投入大量的成本費用。

2影響電子元器件可靠性的因素

在電氣元器件的使用過程中，造成失效的影響因素較為復雜，例如，設計上的缺陷、焊點不準以及密封不嚴格，都會造成日后使用過程中可靠性降低。

2.1溫度應力

低溫情況會對電子元器件的電參數造成直接影響，同時，材料冷縮及變脆后，也會導致高溫出現加速熱老化的問題，使得電子元器件中的電阻與金屬材料的電阻出現較大的提升。低熔點焊縫位置也會出現開裂的情況，進而導致焊點的脫離。溫度出現交替變化后，特別是在冬季，由于裝備需要在戶外使用，對電氣元器件的溫度承受能力有著較高的要求，同時需要保障結構與材料的熱匹配性能可以得到全面發揮[1]。

2.2濕度應力

在半導體器件的使用過程中，一旦水汽滲透到管芯中，就會導致電參數出現一定的變化。例如，晶體管出現漏電流增加的情況，或者電流的發電系數發生變化，就會出現故障問題。特別是在不同的金屬鍵合成的位置連接處，水汽滲入后，會導致嚴重的電化學反應，促進腐蝕反應流程[2]。

2.3機械應力

機械應力的出現，主要基于振動、沖擊及跌落等問題。電子元器件在使用過程中，一旦出現長期振動，就會導致其在連接位置出現一定的松動。另外，還會出現相對運動問題，相應地，會引發線材斷裂，使用過程會經常出現設備瞬時短路問題。一旦電子元器件某個部位與環境振動保持一致的頻率，就會進一步產生諧振，進而加速電子元器件的老化。

2.4電與電磁應力

電與電磁應力是電源不穩定導致的問題，傳導線系統中存在大量的干擾信號，或者受到電磁場的干擾，使得電暈和放電等問題出現。電應力的出現，會導致電子元器件出現局部升溫，這樣的熱點相互作用會直接加速設備老化。電子元器件的使用也會受到諸如氣壓、聲振及化學應力等諸多方面的影響，因此需要對其進行可靠性分析與篩選[3]。

3可靠性篩選方案的設計

可靠性篩選的具體方案設計，往往需要對電子元器件進行大量的摸底測試，同時進行失效性分析，進而對篩選項目、篩選應力、篩選方法以及程序進行合理的設計，保障篩選方案的合理性。

3.1可靠性篩選條件與目標

電子元器件的可靠性篩選過程，首先要確定具體的篩選對象、應力類型等級以及篩選的具體時間。不同電子元器件的加工過程會涉及不同的材料、結構及工藝流程等，因此電子元器件也會產生不同的失效機理。在早期失效與偶然失效的臨界點方面也不盡相同。這導致無法制定出一個固定的可靠性篩選條件。篩選的過程需要基于不同的電氣元器件，設計針對性的可靠性試驗，同時也要進行篩選摸底試驗分析，滿足產品的實際失效分布規律，并確定失效機理與具體的對象[4]。確定篩選項目的過程，往往需要對電子元器件的早期失效項目進行針對性的分析。在進行篩選的過程中，應將效率與經濟效益分析作為重點。完成了應力類型以及等級確定后，方可對早期的失效問題進行研究，避免導致產品承受過大的應力，避免其進入全新的失效階段。最后，需要對篩選時間進行合理設置。本文以對半導體的可靠性篩選為例，對具體的篩選時間進行了合理設置。3.1.1確定篩選時間確定篩選時間，首先要盡可能排除部分早期失效的產品，因此需要對早期存在失效的電子元器件具體的壽命進行評估，保證其壽命大于篩選的時間概率，同時，針對壽命給定一個較小的數量值。在時間判斷的過程中，需要對早期失效的電子元器件篩選時間進行控制。從浴盆曲線的變化上來看，篩選時間需要限定在失效時間附近。如果篩選時間過小，會導致漏掉早期失效的一些產品，無法發揮出篩選作用。但是，如果篩選時間過大，也會造成一些不必要的浪費，大大降低合格產品的使用周期。3.1.2平均值與標準差摸底測試過程可以得到一些早期失效的電子元器件的具體失效時間，可以利用判斷式，有效地計算與分析其平均值與標準差。3.1.3引入安全系數平均值以及標準差的計算主要是從樣品實驗分析得出，相比較一些元件的真實數值，往往存在一定的偏差。分析過程中，需要針對性地分析。由于樣本與真實數值會存在一定的偏差，因此要對計算公式進行一定的優化與調整。壽命篩選過程需要保障推算原理相同。例如，壽命篩選過程要控制應力取值，同時盡可能地選擇一些時間較長的數值。例如，國外一些半導體器件老化時間確定，基本會選擇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理后，可以利用高應力、短時間的方式，全面提升篩選效率，降低篩選過程的成本投入。

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程中，需要把控一般環境和仲裁環境。一般環境下，溫度在15～35℃，濕度控制在20%～80%，氣壓為所在場地的實際氣壓即可。而在仲裁環境中，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篩選風險性

篩選過程首先需要對產品提供方進行質量檢測，利用高質量控制方式，使電子元器件具有較高的穩定性，之后經由整體承制單位進行針對性的篩選。這樣可以有效提升電子元器件的整體質量。現有的儀器設備在失效模式下進行無損檢查較為困難。例如，半導體芯片存在強度差、硅鋁絲鍵合力不足的問題，因此無法利用常規篩選方式，對其進行去除操作。如果篩選的應力較低，就會喪失篩選的作用。但是篩選應力過高，也會導致對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，需要進行全面分析，盡可能使元器件避免承受電應力、機械應力以及熱應力方面的篩選工作，僅僅進行一些常規檢查即可。另外，設計的篩選過程需要謹慎使用高溫存儲的篩選環節，因為這樣會導致元器件出現一定程度的易焊性降低。

4結語

對電子元器件的可靠性篩選工作，是在生產加工后，及時發現質量不佳的產品。需要注意的是，篩選設計過程需要結合實際的產品情況，避免篩選手段對電子元器件造成直接的損害，嚴重影響其使用壽命。

參考文獻：

[1]吳俊.電子元器件可靠性試驗[J].電子技術與軟件工程，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篩選[J].中國新通信，2018，20（22）：227.

作者：付玉娟 單位：工業和信息化部電子第五研究所