电子元器件可靠性筛选技术研究.doc

电子元器件可靠性筛选技术研究 1　引言 随着科学技术的快速发展，组成电子设备的元器件数量不断增加，装备系统日趋复杂，可靠性、维修性问题变得越来越突出。电子元器件的可靠性是装备可靠性的基础，是制约装备质量建设的“瓶颈”。要提高装备可靠性，除了加强可靠性设计外，必须提高电子元器件的可靠性。对于整机承制方而言，不可避免会使用一定数量的在设计与制造方面存在缺陷的电子元器件，随着生产条件和使用环境的改变可能会暴露出更多难于控制的问题。这样一来，电子元器件的早期失效将转化为整机系统的早期失效，导致整机系统的使用失效率升高。可靠性筛选是提高整批电子元器件可靠性水平的有效措施，在装备可靠性工程中占据着重要地位。 2 可靠性筛选的目的和意义 近20年来，虽然电子元器件的可靠性水平平均年增长15%~20%，但在大批量生产中，由于难以完全按照工艺规范控制操作和一些人为的误差，各种原材料、辅助材料及有关的工艺条件和设备状况等不可避免地会发生些变动。这种在制造工艺和设计上存在的潜在缺陷，往往导致某些电子元器件提前失效，使其寿命远远低于该批产品的平均寿命。这些提前失效的低寿命产品就是“早期失效”产品。大量的使用和试验结果表明，大多数电子元器件的失效率与时间的关系曲线呈中间低平并向两头升高的浴盆形状，通常称为浴盆曲线，如图1所示： 失效率λ（ｔ） 　　　　　(早期失效期) （偶然失效期） （耗损失效期） A B 　 λ0　　 老炼期 使用寿命期 耗损期 　　　　 0 （工作时间t） 图1 电子元器件失效的典型曲线 从浴盆曲线中可以看出，对于一批产品来说，在早期失效期内，失效率是很高的，且下降很迅速；一旦越过临界点Ａ，进入偶然失效期，失效率便稳定在一个较小的数值上。可靠性筛选的目的就是设法在一批电子元器件中剔除那些存在潜在缺陷的产品，而把具有一定特性的合格产品挑选出来，从而使整批电子元器件的失效率稳定在λ0的水平上，体现出其真正的使用寿命。美国某可靠性实验室曾对19万个电子元器件在装机前进行可靠性筛选，结果半导体二极管的筛选剔除率为8.2%~13.3%， 三极管为8%~１7％，线性集成电路为12.8％~29.8%，TTL集成电路为6.2%~18.8%。由此可见，可靠性筛选的作用是非常明显的。 目前，我国电子元器件制造工艺水平不高，可靠性筛选是保证产品质量的一项有效措施。军用装备可靠性要求高，特殊的筛选项目多，筛选周期长，剔除率高，筛选费用昂贵。然而，一旦不可靠的电子元器件投入使用，不仅使设备的可靠性无法满足要求，而且要付出极大的代价来维修。表1反映出国外对电子设备从制造到使用的不同阶段因电子元器件失效而付出的代价。表中的数值充分体现了加强电子元器件可靠性筛选的经济效益。 表1 不同阶段发现电子元器件失效的代价 单位：美元 电子元器件筛选 印制版调试 整机调试 现场使用 民用消费品 2 5 5 50 工业用品 4 25 45 215 军用装备 7 50 120 1000 航天设备 15 75 300 2000 3 影响电子元器件可靠性的外界应力 导致电子元器件失效的因素是多方面的，设计上的缺陷、焊点不牢和密封不严等内因在一定的外界应力作用下都会诱发故障。电子元器件在存储、运输和工作过程中受到的应力主要有以下几种。 3.1 温度应力 低温会使电子元器件的电参数发生变化、材料冷缩及变脆；高温会加速热老化，使接触电阻和金属材料表面电阻增大，低熔点焊锡缝开裂，焊点脱开；温度交替变化（如在严寒的冬季，装备从室内移至室外使用）则会对电子元器件在短时间内承受温度变化的能力及不同结构材料之间的热匹配性能提出要求。 3.2 湿度应力 对于半导体器件来说，如果水汽渗透进管芯，就会引起电参数的变化，如使晶体管的反向漏电流变大、电流放大系数不稳定、铝引线被腐蚀等。尤其是在不同金属的键合处或连接处，水汽渗入会引起电化学反应，从而使腐蚀速度大大加快。 3.3 机械应力 机械应力主要来源于振动、冲击和跌落等。长期振动会使电子元器件的连接部位松动，进而产生相对运动，造成引线断裂、结构损伤以及电子设备瞬时短路等。当电子元器件的某一部位和环境振动的频率一致时，还会产生谐振，谐振对电子元器件可靠性的影响更为显著。 3.4 电与电磁应力