當前位置:首頁 新聞中心 文章分享

可靠度設計系列連載第11回-元器件篩選設計

時間:2019/3/19 瀏覽:2646


1. 元器件篩選的概念與目的

*元器件篩選概念:在產品出廠前,有意將環境應力施加到產品上,使產品的潛在缺陷加速發展成早期故障,並加以排除,從而提高產品的可靠性;通過試驗剔除不合格或有早期失效的產品。

*目的:淘汰有缺陷的器件:材料缺陷、工藝缺陷、設備狀況等因素引入;根據使用要求,篩去不符合的器件:壽命、使用環境,如溫度、輻射、振動等


2. 環境應力篩選(ESS)—應用及效益

元器件篩選是提高電子元器件使用可靠性的有效手段。元器件經過篩選可以發現並剔除在製造、工藝、材料方面的缺陷和隱患。元器件篩選對空對空導彈這樣在飛行任務期間沒有可能維修、可靠性指標要求又很高的產品尤為重要。


3. 篩選的考慮與條件:

a. 篩選的原則與難點

原則:既要剔除不合格的產品、又不能將好的產品弄壞

難點:篩選時的方法、應力大小和時間

b. 篩選的種類

一次篩選(篩選)、二次篩選(目的:篩選應力不夠、針對性差、檢驗)

器件篩選、電路板篩選設備級篩選

c. 篩選應力

溫度迴圈(75%~ 85%)

隨機振動迴圈(15%~ 25%),兩者綜合:90%


4. 環境應力篩選(ESS)—機理及基本方法


5.元器件篩選方法分類

1)非破壞性試驗:對好的器件無損傷

2)破壞性試驗;試驗後器件損壞,不能使用

a.非破壞性試驗項目(GJB597、GJB33)

內/外部目檢(封帽前):封裝前後目視檢查有無問題;

老練篩選:根據失效率特徵(浴盆曲線),使器件在一定的溫度下工作一段時間;(時間和溫度)

溫度迴圈:高低迴圈環境下放置一段時間

檢漏:密封性檢查,氦質譜細檢、氟油初檢

。。。。

b.破壞性試驗

開帽目檢:打開封裝目視檢查

晶片剪切強度試驗:

變頻振動試驗:變頻振動迴圈環境下放置一段時間


6. 環境應力篩選(ESS)—應注意的事項

l   制定產品的ESS大綱,並嚴格執行;

l   不必準確類比產品真實的環境條件;

l   不應改變產品的失效機理;

l   篩選可以提高批產品的可靠性水準,但不能提高產品的固有可靠性,只有改進設計、工藝等才能提高後者;

l   它不是可靠性鑒定、驗收試驗,但經過篩選的產品有利於鑒定和驗收試驗的順利進行;

l   對關鍵產品要做到三個100%(元器件、電路板、整機)的ESS。破壞性試驗;試驗後器件損壞,不能使用


7. 半導體元器件失效規律

老煉篩選的重要依據是失效規律。半導體失效規律從來都認為是遵循浴盆曲線。但近十餘年來國內外都對其有不同看法。下麵介紹浴盆曲線和其他有關論點。

1)     浴盆曲線簡介

a.     基本論點

浴盆曲線因失效率隨工作時間的變化曲線似浴盆而得名。這變化曲線可分為三段,如圖所示:

第一段稱為早期失效期。失效率較高,但隨時間很快下降。失效原因被認為是設計製造中的缺陷造成。

第二段稱偶然失效期。失效率最低,且基本上不隨時間而變化。這是產品最佳工作時期,失效原因被認為是各種隨機因素造成。

第三段稱為衰老期,或損耗期。失效率顯著上升,失效原因被認為是老化、磨損等原因。

 

b.     根據浴盆曲線理論制訂篩選條件

⑴ 求拐點B:老化到B點是最佳篩選點,使用時(B點以後)失效率最低,且剩留的使用時間(BC段)最長。

⑵ 如老煉時間較長(過B點較多),則將會縮短使用時間,這顯然是不合適的。

c.     浴盆曲線與實際的矛盾之處

⑴ 拐點找不到。失效率總隨時間下降,只是速率不同而已。

⑵ 三個不同階段的失效機理雷同。例如電遷移失效在不同使用時間都有可能出現,其他失效機理亦然。

⑶ 從國內外文獻中均未見到有說服力的半導體器件進入衰老期的例子。

⑷ 浴盆曲線理論沒有強調設計、生產對可靠性的影響。

        由於浴盆曲線理論與事實矛盾,應用該理論在制訂篩選條件時遇到很大阻力。當要採用較長時間的老化(如240h或更長時間),根據浴盆曲線理論必然提出:這樣做會縮短使用壽命。這樣就無法制訂出正確的篩選規範。

2)     新失效率曲線簡介

…….


8. 總結

電子元器件篩選作為提高元器件使用可靠性的手段,發揮著重要和特殊的作用,在目前和今後的一段時期內將繼續保留,它的作用已被多數整機生產廠所認可。隨著電子行業的發展,我們應該不斷研究新的電子元器件的篩選方法,為元器件使用的可靠性提供重要保障。