电子元器件可靠性评价与质量控制策略研究

电子元器件可靠性评价与质量控制策略研究

摘要：电子元器件是电子产品中重要的一个组成部分，是电子产品和相关设备

正常运行的基础。统计表明，最常出现的故障原因大多数都和电子元器件有关，

为确保电子产品运行稳定性，我们必须注意电子元器件的可靠性评价与质量控制。对于此，本文分析了电子元器件可靠性评价，并提出了电子元器件质量控制策略，以供参考。

关键词：电子元器件；可靠性评价；质量控制策略

1电子元器件的可靠性评价

1.1芯片级可靠性评价方法

芯片级可靠性评价方法，即WLR评价方法，指的是在芯片的生产中，对芯片

的失效模式进行的评价，从根本上提高芯片的可靠性和质量，其中运用的是工艺

监测的方式。通过监测数据，可以对集成电路的电子效应能力和与时间有关的击

穿的可靠性进行准确的、科学的评价。在热电应力的作用下，对芯片上金属化层

上的数据进行检测，通过分析相关数据，来评价系统电路的可靠性。

1.2微电子测试结构可靠性评价方法

近些年，微电子测试结构在集成电路生产中是常见的工艺监测手段。在可靠

性评价技术不断发展的今天，微电子测试结构也作为对集成电路可靠性评价的一

种方式，它不仅可以应用在电子产品的研发阶段，还可以应用在生产阶段，在不

同的阶段进行不同的可靠性评价。对于不同器件的失效模式，再结合元器件的结

构特点，可以设计出不同的微电子结构图形，而这些测试结构图形，不仅仅能够

在工艺中进行测试，同时也可以将其进行封装，并施加应力来进行可靠性的试验。通过测试所得到的相关数据，结合VLSI的结构，最终进行可靠性评价。

1.3表面贴装MOSFET产品失效案例分析

1）失效现象：已经测试合格的产品，经过生产线贴装后，电参数失效现象严重，产品短路，D、S之间漏电，失效率较高。

2）分析思路：由于电子产品的芯片面积大，对产品的耐潮湿等级和气密性也相对较高，所以在产品进行表面贴装时，会遇到应力匹配的问题。

3）分析方法：模拟SMT生产条件对同封装批次产品进行分析，采用超声扫

描仪（C—SAM）对产品进行离层扫描。

4）分析结论：通过对经过SMT工艺试验的产品抽样进行超声扫描，发现产

品载片区（PAD）与模塑料之间存在较为严重的离层现象。

对失效产品进行解剖，从图1和图2中可以看出，失效的芯片内部已经发生

裂纹。

从解剖结果来看，产品的表面进行贴装后，经过高温芯片内部发生了裂纹，

从而最终影响了电参数。

图1 红圈区域为裂纹

图2 芯片取下后呈断裂状

2电子元器件的质量控制策略

2.1加强电子元器件的可靠性筛选

电子元器件的固有可靠性，其根源是产品的可靠性设计保证，在设计制造的

过程中，由于多种因素的影响所致，使得生产出来的产品不能完全按照预期所想。

在众多的成品中，会有少部分的成品存在问题，其在一定的应力条件下，会出现

早期失效。存在早期失效的元器件，其寿命也较短。电子成品的可靠性由元器件

的可靠性所决定，一旦元器件的可靠性得不到很好的保证，则电子成品在工作的

过程中会出现各种各样的问题，从而提高了电子成品的失效率，可靠性下降，不

能正常的进行工作。鉴于上述情况，在元器件的装机前，要及早的发现早期失效

的元器件，并将其进行剔除，以避免后期的电子产品损失，如何发现和筛选元器

件的好坏，是一项重要的工作。对元器件进行筛选，可以从根本上降低失效率，

从而保证元器件的可靠性，以下从几方面对元器件的可靠性筛选进行了相关论述。

2.1.1筛选方案的设计原则

在对筛选方案的设计原则上，要遵循以下五个方面：第一，筛选要能够有效

的剔除早期的失效产品；第二，进行强应力筛选，提高筛选效率的同时，要保证

产品的失效率，避免出现新的失效模式；第三，要科学的选择应力顺序；第四，

最大程度的掌握被筛选对象可能的失效模式；第五，在进行电子元器件筛选时，

要在综合考虑元器件的各项性能之后，方可提出相关筛选方案。

2.1.2几种常用的筛选项目

1）高温贮存在电子元器件的失效问题上，很大一部分的原因是因为温度的变化，导致了元器件的内部和表面产生了化学反应，在达到一定的温度时，化学反

应会加速，所以电子元器件的失效率也就随之提高，一旦元器件的缺陷暴露，则

会对其进行剔除。

2）电功率老炼对元器件进行可靠性筛选时，由于电热应力的原因，元器件内部和外部所潜在的缺陷会暴露无遗，所以对其进行电功率老炼，是可靠性筛选的

有效手段。此种筛选方式，需要有专业的试验设备，其成本费用相对较高，所以

在进行筛选时，有一定的时间限制，可以通过不同的电子元器件进行时间的限定，一般情况下，民用产品是几小时，军用产品100-168小时，用于宇航事业的产品

筛选时间为240小时以上。所以可以根据电子元器件的不同使用性质，选择合适

的筛选条件。

3）温度循环电子产品在正常使用中，由于温度的变化和温度的循环，会产生热胀冷缩的应力，在该作用下，有的元器件的性能不够就会失效。温度的忽高忽低，导致了热胀冷缩，这种情况下元器件热性能差的产品就会被剔除。

4）监控振动和冲击在此试验中，对产品在日后的使用中的震动和冲击环境进行模拟，通过模拟测试发现其中结构不良的元器件，并将其剔除。此项筛选试验

项目较为常用在军用电子设备中。图3是振动台系统的工作原理图。

图3 数字式振动台系统的工作原理图

2.2加强电子元器件的破坏性物理分析（DPA）

由于在对电子元器件的缺陷进行筛选时，即使是进行了两次筛选工作，仍然

不能找到其缺陷和问题，鉴于这种情况，要通过对电子元器件进行破坏性物理分

析技术，来找到电子元器件存在的缺陷，由此来提高元器件的可靠性。电子元器

件的破坏性物理分析，即DPA，是在美国的航天领域率先使用的，之后应用在欧

洲的航天系统中，近些年来，该技术已经在某些行业中广泛使用，且使用效果良好，所以在对电子元器件的缺陷进行筛选时，有必要使用破坏性物力分析技术，

这对提高产品的整体性能起着决定性的作用。

2.3建立电子元器件的质量跟踪

在电子产品电装完毕，对电子元器件进行试验，要对元器件的质量进行详细

的分析，同时有必要进行相关的试验，以此来帮助分析和论证。通过试验分析来