电子元器件筛选技术

电子元器件筛选技术 Last updated on the afternoon of January 3, 2021

仪表与电气系统的可靠性设计

电子元器件筛选技术

摘要：电子元器件是电子设备的基础，是保证电子设备高可靠性的基本资源，其可靠性直接影响设备的工作效能的充分发挥。电子元器件是电子设备、系统的基础。随着电子技术的发展，电子元器件在设备中应用数量逐渐增多，对电子元器件的可靠性也提出了越来越高的要求。本文介绍电子元器件的筛选技术。

关键词：电子元器件；可靠性；筛选

1、电子元器件筛选的目的和作用

电子元器件筛选是设法在一批元器件中通过检验和试验剔除那些由于原材料、设备、工艺等（包括人的因素）方面潜在的不良因素所造成的有缺陷的元器件——早期失效元器件，而把具有一定特性的合格器件挑出来。检验包括在规定环境下的目视检查、功能测量等，某些功能测试是在强应力下进行的。

电子元器件失效机理在元器件制造出来之后就已经固定。所以，可靠性筛选不能改变其失效机理，不能改变单个元器件的固有可靠性水平。但是，通过筛选，课剔除早期失效元器件，从而提高成批元器件总体的可靠性水平。或者说，筛选不能提高元器件的固有可靠性，只能提高使用可靠性。

可靠性筛选对性能良好的元器件应该是一种非破坏性试验，即试验应力对好元器件的损伤要尽可能小。反映在整批元器件特性上，就是不应影响其失效机理、失效模式和正常工作。在此前提下，可考虑加大应力进行筛选，以提高筛选效果和缩短筛选时间。筛选的目的是有效地剔除早期失效产品，使失效率降低到可接受的水平。

元器件筛选是提高电子元器件使用可靠性的有效手段。元器件经过筛选可以发现并剔除在制造、工艺、材料方面的缺陷和隐患。元器件筛选对空空导弹这样在飞行任务期间没有可能维修、可靠性指标要求又很高的产品尤为重要。

2、电子元器件筛选分类

电子元器件按照筛选性质分类可以分为四大类：

①检查筛选：显微镜检查筛选；红外线非破坏性检查筛选；X射线非破坏性检查筛选。

②密封性筛选：液浸检漏筛选；氦质谱检漏筛选；放射性示踪检漏筛选；湿度实验筛选。

③环境应力筛选：振动、冲击、离心加速度筛选；温度冲击筛选。

④寿命筛选：高温储存筛选；功率老化筛选。

按照生产过程分类可以分为生产工艺筛选；成品筛选；装调筛选（即用模拟整机使用状态的筛选装置进行动态筛选）。

按照筛选的复杂程度可以分为五类:

①分布截尾筛选：对元器件参数性能的分类；

②应力强度筛选：对元器件施加一定强度的应力后进行测量分选；

③老炼筛选：在规定的时间内对元器件施加各种应力后进行测试筛选；

④线性鉴别筛选：类似于老炼筛选，但要运用数理统计技术进行判别；

⑤精密筛选：在接近元器件使用条件下进行长期老炼并多次精确地测量参数变化量进行挑选和预测。

3、二次筛选

筛选根据需要可以分为一次筛选和二次筛选。一次筛选简称为筛选。通常指在元器件生产厂进行的筛选，其目的是淘汰有缺陷的产品、根据使用要求，筛去不符合要求的产品。元器件使用厂有时根据使用的需要再进行一次筛选，往往称为二次筛选。二次筛选的目的主要有：

a. 使用厂认为在生产厂进行的筛选应力不够，不足以淘汰足够的早期失效器件。因此，经筛选后的元器件失效率达不到要求，从而进行二次筛选。但对某些器件（如磁控管），当筛选应力过大，反而会缩短使用寿命。因此，在选择二次筛选的实验项目和试验应力时，需区别对待，慎重选择。

b. 元器件生产厂的产品针对广泛领域的用户，因此，一次筛选的目标带有普遍性。当使用厂由于特定的使用环境或要消除特定失效模式时，就要进行含针对性试验项目的二次筛选。

c. 二次筛选的某些试验项目也带有检验的目的。当某批某个项目失效比例高，或出现不该有的失效模式，就往往要研究该批器件的整批质量问题。

不论一次筛选，二次筛选都必须按使用要求选择合适的实验项目和筛选顺序，组成既经济又有效的筛选规范。因此了解各实验项目的作用、有无破坏性和费用等因素是十分重要的。特别对二次筛选，由于使用对象更为明确，筛选目的更为具体。当了解各项试验方法的作用和费用后，针对性的订出一个二次筛选规范是经济有效地方法。

能用作各类元器件筛选的试验项目很多。详细介绍对使用最普遍，对失效率评估作用最大的方法。

为了降低二次筛选的风险，对于已能满足要求的元器件应尽量不做承受电应力、机械应力、热应力的筛选项目，仅做一些必要的检查性和测试性的筛选项目。对于必

须做二次筛选的元器件；电应力、热应力、机械应力的选取在任何情况下不得超过元器件的最大额定值。

4、电子元器件筛选方法

老炼

半导体元器件失效规律

老炼筛选的重要依据是失效规律。半导体失效规律从来都认为是遵循浴盆曲线。但近十余年来国内外都对其有不同看法。下面介绍浴盆曲线和其他有关论点。

1.浴盆曲线简介

a.基本论点

浴盆曲线因失效率随工作时间的变化曲线似浴盆而得名。这变化曲线可分为三段，如图所示：

第一段称为早期失效期。失效率较高，但随时间很快下降。失效原因被认为是设计制造中的缺陷造成。

第二段称偶然失效期。失效率最低，且基本上不随时间而变化。这是产品最佳工作时期，失效原因被认为是各种随机因素造成。

第三段称为衰老期，或损耗期。失效率显着上升，失效原因被认为是老化、磨损等原因。

产品失效率浴盆曲线

b.根据浴盆曲线理论制订筛选条件

⑴求拐点B：老化到B点是最佳筛选点，使用时（B点以后）失效率最低，且剩

留的使用时间（BC段）最长。

⑵如老炼时间较长（过B点较多），则将会缩短使用时间，这显然是不合适的。

c.浴盆曲线与实际的矛盾之处

⑴拐点找不到。失效率总随时间下降，只是速率不同而已。

⑵三个不同阶段的失效机理雷同。例如电迁移失效在不同使用时间都有可能出

现，其他失效机理亦然。

⑶从国内外文献中均未见到有说服力的半导体器件进入衰老期的例子。

⑷浴盆曲线理论没有强调设计、生产对可靠性的影响。

由于浴盆曲线理论与事实矛盾，应用该理论在制订筛选条件时遇到很大阻力。当要采用较长时间的老化（如240h或更长时间），根据浴盆曲线理论必然提出：这样做会缩短使用寿命。这样就无法制订出正确的筛选规范。

2.新失效率曲线简介

新的失效率理论和曲线有很多种，这里介绍一种。

新失效率曲线

新失效率曲线如上图，其特点有：

I 失效率及其下降速率随使用时间增加而下降。

II在足够长时间内不出现失效率曲线上翘的衰老期。“足够长”是指在一般使用任务中均不必考虑这个时期。

III不同设计、生产水平对应不同的失效率曲线。图中ABC三条不同的曲线，反映出设计、生产水平的不同。A的设计生产水平最高，C最差。

IV如果要求筛选后失效率低于λ1，则对不同设计生产水平的产品需要老炼的时间不同。对水平高的A，只需要老炼t A时间。对水平低的C，则需要老炼t C时间。而t C>t A。