元器件篩選檢測方法
一、元器件篩選的必要性
電子元器件的固有可靠性取決于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品的制造過程中，由于人為因素或原材料、 工藝條件、 設(shè)備條件的波動(dòng)，最終的成品不可能全部達(dá)到預(yù)期的固有可靠性。在每一批成品中，總有一部分產(chǎn)品存在一些潛在的缺陷和弱點(diǎn)，這些潛在的缺陷和弱點(diǎn)，在一定的應(yīng)力條件下表現(xiàn)為早期失效。具有早期失效的元器件的平均壽命比正常產(chǎn)品要短得多。
電子設(shè)備能否可靠地工作基礎(chǔ)是電子元器件能否可靠地工作。如果將早期失效的元器件裝上整機(jī)、 設(shè)備，就會(huì)使得整機(jī)、 設(shè)備的早期失效故障率大幅度增加，其可靠性不能滿足要求，而且還要付出極大的代價(jià)來維修。因此，應(yīng)該在電子元器件裝上整機(jī)、 設(shè)備之前，就要設(shè)法把具有早期失效的元器件盡可能地加以排除，為此就要對元器件進(jìn)行篩選。根據(jù)國內(nèi)外的篩選工作經(jīng)驗(yàn)，通過有效的篩選可以使元器件的總使用失效率下降1 - v 2個(gè)數(shù)量級，因此不管是軍用產(chǎn)品還是民用產(chǎn)品，篩選都是保證可靠性的重要手段。
二、篩選方案的設(shè)計(jì)原則
定義如下:
篩選效率 W＝剔除次品數(shù)/實(shí)際次品數(shù)
篩選損耗率 L＝好品損壞數(shù)/實(shí)際好品數(shù)
篩選淘汰率 Ｑ＝剔降次品數(shù)/進(jìn)行篩選的產(chǎn)品總數(shù)
理想的可靠性篩選應(yīng)使W=1，L=０，這樣才能達(dá)到可靠性篩選的目的。Q值大小反映了這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在問題的大小。0值越大，表示這批產(chǎn)品篩選前的可靠性越差，亦即生產(chǎn)過程中所存在的問題越大，產(chǎn)品的成品率低。
篩選項(xiàng)目選擇越多，應(yīng)力條件越嚴(yán)格，劣品淘汰得越徹底，其篩選效率就越高，篩選出的元器件可靠性水平也越接近于產(chǎn)品的固有可靠性水平。但是要付出較高的費(fèi)用、 較長的周期，同時(shí)還會(huì)使不存在缺陷、 性能良好的產(chǎn)品的可靠性降低。故篩選條件過高就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，條件選擇過低則劣品淘汰不徹底，產(chǎn)品的使用可靠性得不到保證。由此可見，篩選強(qiáng)度不夠或篩選條件過嚴(yán)都對整批產(chǎn)品的可靠性不利。為了有效而正確地進(jìn)行可靠性篩選，必須合理地確定篩選項(xiàng)目和篩選應(yīng)力，為此，必須了解產(chǎn)品的失效機(jī)理。產(chǎn)品的類型不同，生產(chǎn)單位不同以及原材料及工藝流程不同時(shí)，其失效機(jī)理就不一定相同，因而可靠性篩選的條件也應(yīng)有所不同。因此，必須針對各種具體產(chǎn)品進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)和篩選摸底試驗(yàn)，從而掌握產(chǎn)品失效機(jī)理與篩選項(xiàng)目間的關(guān)系。
元器件篩選方案的制訂要掌握以下原則:
（1）篩選要能有效地剔除早期失效的產(chǎn)品，但不應(yīng)使正常產(chǎn)品提高失效率。
（2）為提高篩選效率，可進(jìn)行強(qiáng)應(yīng)力篩選，但不應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)生新的失效模式。
（3）合理選擇能暴露失效的最佳應(yīng)力順序。
（4）對被篩選對象可能的失效模式應(yīng)有所掌握。
（5）為制訂合理有效的篩選方案，必須了解各有關(guān)元器件的特性、 材料、 封裝及制造技術(shù)。此外，在遵循以上五條原則的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)周期，合理制定篩選時(shí)間。
三、幾種常用的篩選項(xiàng)目
1. 高溫貯存
電子元器件的失效大多數(shù)是由于體內(nèi)和表面的各種物理化學(xué)變化所引起，它們與溫度有密切的關(guān)系。溫度升高以后，化學(xué)反應(yīng)速度大大加快，失效過程也得到加速。使得有缺陷的元器件能及時(shí)暴露，予以剔除。
高溫篩選在半導(dǎo)體器件上被廣泛采用，它能有效地剔除具有表面沽污、鍵合不良、氧化層有缺陷等失效機(jī)理的器件。通常在最高結(jié)溫下貯存2 4 -1 6 8小時(shí)。
高溫篩選簡單易行，費(fèi)用不大，在許多元器件上都可以施行。通過高溫貯存以后還可以使元器件的參數(shù)性能穩(wěn)定下來，減少使用中的參數(shù)漂移。各種元器件的熱應(yīng)力和篩選時(shí)間要適當(dāng)選擇，以免產(chǎn)生新的失效機(jī)理。
2. 功率電老煉
篩選時(shí)，在熱電應(yīng)力的共同作用下，能很好地暴露元器件體內(nèi)和表面的多種潛在缺陷，它是可靠性篩選的一個(gè)重要項(xiàng)目。
各種電子元器件通常在額定功率條件下老煉幾小時(shí)至168小時(shí)，有些產(chǎn)品，如集成電路，不能隨便改變條件，但可以采用高溫工作方式來提高工作結(jié)溫，達(dá)到高應(yīng)力狀態(tài)，各種元器件的電應(yīng)力要適當(dāng)選擇，可以等于或稍高于額定條件，但不能引人新的失效機(jī)理。功率老煉需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，其費(fèi)用較高，故篩選時(shí)間不宜過長。民用產(chǎn)品通常為幾個(gè)小時(shí) ，軍用高可靠產(chǎn)品可選擇 1 0 0 .1 6 8小時(shí)，宇航級元器件可以選擇2 4 0小時(shí)甚至更長的周期。
3. 溫度循環(huán)
電子產(chǎn)品在使用過程中會(huì)遇到不同的環(huán)境溫度條件，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下，熱匹配性能差的元器件就容易失效。溫度循環(huán)篩選利用了極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應(yīng)力，能有效的剔除有熱性能缺陷的產(chǎn)品。元器件常用的篩選條件是－55 ～＋1 2 5℃，循環(huán)5 ～10次。
4. 離心加速度
離心加速度試驗(yàn)又稱恒定應(yīng)力加速度試驗(yàn)。這項(xiàng)篩選通常在半導(dǎo)體器件上進(jìn)行，把利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強(qiáng)度過弱、 內(nèi)引線匹配不良和裝架不良的器件，通常選用20000 g 離心加速度持續(xù)試驗(yàn)一分鐘。
5. 監(jiān)控振動(dòng)和沖擊
在對產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)或沖擊試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行電性能的監(jiān)測常被稱為監(jiān)控振動(dòng)或監(jiān)控沖擊試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)苣M產(chǎn)品使用過程中的振動(dòng)、 沖擊環(huán)境，能有效地剔除瞬時(shí)短、 斷路等機(jī)械結(jié)構(gòu)不良的元器件以及整機(jī)中的虛焊等故障。在高可靠繼電器、 接插件以及軍用電子設(shè)備中，監(jiān)控振動(dòng)和沖擊是一項(xiàng)重要的篩選項(xiàng)目。
典型的振動(dòng)條件是: 頻率2 0 ～ 2000 Hz ，加速度2~20 g ，掃描1~ 2周期，在共振點(diǎn)附近要多停留一段時(shí)間。典型的沖擊篩選條件是1500^ -3000g ，沖擊3 ~5 次，這項(xiàng)試驗(yàn)僅適用于元器件。
監(jiān)控振動(dòng)和沖擊需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，費(fèi)用昂貴，在民用電子產(chǎn)品中一般不采用。
除以上篩選項(xiàng)目外，常用的還有粗細(xì)檢漏、 鏡檢、 線性判別篩選、 精密篩選等。
四、半導(dǎo)體器件篩選方案設(shè)計(jì)
半導(dǎo)體器件可以劃分為分立器件和集成電路兩大類。分立器件包括各種二極管、 三極管、 場效應(yīng)管、 可控硅、 光電器件及特種器件; 集成電路包括雙極型電路、 MOs電路、 厚膜電路、 薄膜電路等器件。各種器件的失效模式和失效機(jī)理都有差異。不同的失效機(jī)理應(yīng)采用不同的篩選項(xiàng)目，如查找焊接不良，安裝不牢等缺陷，可采用振動(dòng)加速度; 查找元器件鍵合不牢，裝片不良，內(nèi)引線配置不合適等缺陷，采用離心加速度; 查找間歇短路、 間歇開路等缺陷，采用機(jī)械沖擊等。因此，不同器件的篩選程序不一定相同。如晶體管的主要失效模式有短路、開路、 間歇工作、 參數(shù)退化和機(jī)械缺陷等五種，每種失效模式又涉及到多種失效機(jī)理，這些都是制定合理的篩選程序的重要依據(jù)。
1. 二極管典型篩選程序
常用的半導(dǎo)體二極管有整流、 開關(guān)、 穩(wěn)壓、 檢波和雙基極等類型，典型的篩選程序如下:
( 1 ) 高溫儲存: 鍺管100℃、 硅管150℃, 96h。
( 2 ) 溫度循環(huán): 鍺管-55℃-+85℃, 5次; 硅管-55℃~+125℃, 5次。
( 3 ) 敲變: 用硬橡膠錘敲3 ~ 5次，同時(shí)用圖示儀監(jiān)視正向特性曲線。
( 4 ) 跌落: 在8 0 c m高度，按自由落體到玻璃板上5 ～ 1 5次。
( 5 ) 功率老煉: ①開關(guān)管: 1 . 5 倍額定正向電流，1 2 小時(shí); ②穩(wěn)壓管: 1～1 . 5 倍額定功率，1 2 小時(shí) ; ③檢波整流管: 1～1 . 5 倍額定電流，1 2 小時(shí); ④雙基極二極管: 額定功率老煉1 2小時(shí)。
( 6 ) 高溫反偏: 鍺管7 0 0 C，硅管1 2 5 0 C , 額定反向電壓2 小時(shí)，漏電流不超過規(guī)范值。
( 7 ) 高溫測試: 鍺管7 0℃，硅管1 2 5℃。
( 8 ) 低溫測試: －5 5℃。
( 9 ) 外觀檢查: 用顯微鏡或放大鏡檢查外觀質(zhì)量，剔除玻璃碎裂等有缺陷的管子。
2. 三極管典型篩選程序
高溫儲存— 溫度循環(huán)— 跌落( 大功率管不做) — 功率老煉— 高低溫測試( 有要求時(shí)做) — 常溫測試— 粗細(xì)檢漏— 外觀檢查。
( 1 ) 高溫儲存: 鍺管1 0 0℃、 硅管1 7 5 ℃, 9 6 小時(shí)。
( 2 ) 功率老化: 小功率管加功率至結(jié)溫Tjm，老煉2 4 小時(shí)，高頻管要注意消除有害的高頻振蕩，以免管子hFE 退化。
3. 半導(dǎo)體集成電路典型篩選程序
高溫儲存— 溫度循環(huán)— ( 跌落) — 離心— 高溫功率老煉— 高溫測試— 低溫測試— 檢漏— 外觀檢查— 常溫測試。
( 1 ) 高溫儲存: 8 5 ～1 7 5 ℃, 9 6小時(shí)。
( 2 ) 離心: 20000 g , 1 分鐘
( 3 ) 高溫功率老煉: 8 5℃, 9 6 小時(shí)，在額定電壓、 額定負(fù)載下動(dòng)態(tài)老煉。
電子元器件的篩選重點(diǎn)應(yīng)放在可靠性篩選上，具體的篩選程序可根據(jù)元器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、失效模式及使用要求靈活制訂。
篩選和質(zhì)量控制是高可靠元器件生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。對于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，通過篩選可使整批產(chǎn)品達(dá)到其固有的高可靠性。對于劣質(zhì)產(chǎn)品，由于其固有的缺陷，就不可能篩選出高可靠產(chǎn)品。因此，在篩選前有必要對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平進(jìn)行抽樣試驗(yàn)評價(jià)，通過試驗(yàn)和失效分析有助于制訂合理的篩選程序。
元器件二次篩選需提供資料
1. 篩選規(guī)范和篩選等級
說明：關(guān)于篩選原則、環(huán)境、人員、設(shè)備、記錄、PDA、篩選等級、篩選方法和程序的要求，在篩選規(guī)范中應(yīng)有明確規(guī)定，建議參考GJB7243。
2. 元器件信息
型號、數(shù)量、批次、廠家、等級等。
3. 元器件規(guī)格書
部分國產(chǎn)元器件（一般第三方檢測機(jī)構(gòu)有一些元器件規(guī)格書的庫，但元器件種類及品牌眾多，建議提供，以便提高效率）。
元器件二次篩選測試項(xiàng)目和測試方法
| 序號 | 測試項(xiàng)目 | 樣品數(shù)量 | 測試方法 |
| 1 | 外觀檢查 | 按客戶需求 | GJB128 、GJB548等 |
| 2 |
電性能測試： 常溫測試/高溫測試/低溫測試 |
按客戶需求 |
GB或GJB測試方法 GJB33、GJB63、GJB65、GJB1042、GJB1432、GJB1648、 GJB2438、GJB2138、GJB597、…… |
| 3 |
環(huán)境/機(jī)械應(yīng)力檢測： 掃頻/隨機(jī)振動(dòng)、低溫貯存、高溫貯存、溫度循環(huán)、溫度沖擊、恒定加速度或跌落、密封（粗檢漏、細(xì)檢漏） 、粒子碰撞噪聲檢測（PIND） |
按客戶需求 |
GJB360、GJB128 、GJB548、 GJB33、GJB63、GJB65、GJB1042、GJB1432、GJB1648、 GJB2438、GJB2138、GJB597、…… |
| 4 | 壽命/老化/老煉 | 按客戶需求 | GJB360、GJB128、GJB548 |
| 5 | 芯片粘接的超聲檢測 | 按客戶需求 | GJB548 |
| 6 | X射線照相 | 按客戶需求 |
GJB360、GJB128、GJB548 |
