航空電子元器件二次篩選與印制板組件檢驗(yàn)

宋 亮 ，陳瑜軒

（1.海軍裝備部 陜西 西安710043；2.中國(guó)航空計(jì)算技術(shù)研究所 陜西 西安 710068）

航空電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制生產(chǎn)和試驗(yàn)全過(guò)程的質(zhì)量,而電子元器件的質(zhì)量又是整個(gè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。航空電子產(chǎn)品往往因?yàn)橐粋€(gè)小小的電子元器件的失效而導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的失效，電子元器件二次篩選就是利用外加應(yīng)力或用檢測(cè)手段，將早期失效的元器件從整批產(chǎn)品中剔除掉，從而保證保留下來(lái)的元器件有較高的質(zhì)量，從源頭上確保電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命。在元器件質(zhì)量和可靠性得到充分保證的前提下，不斷提高印制板組件加工和檢驗(yàn)水平才能使模塊乃至整機(jī)的質(zhì)量得到提升，充分保證航空電子產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 航空電子元器件二次篩選

高可靠性的電子元器件包括設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，再好的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制還是不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些有缺陷、質(zhì)量不符合要求的產(chǎn)品。二次篩選就是針對(duì)不同的失效模式進(jìn)行一些試驗(yàn)以剔除不合格的，或由于某種缺陷會(huì)引起早期失效的電子元器件[1]。

目前，國(guó)內(nèi)電子元器件的生產(chǎn)水平，總體上與航空產(chǎn)品的使用要求相比尚存在著一些差異，廠家進(jìn)行的一次篩選，篩選項(xiàng)目和應(yīng)力要求也不一定能滿足產(chǎn)品研制的需要；進(jìn)口的電子元器件，大多存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)，質(zhì)量參差不齊，其中還可能存在許多假冒偽劣品。而航空產(chǎn)品往往針對(duì)性很強(qiáng)，對(duì)存在某種失效模式的元器件必須嚴(yán)格剔除，否則不能保證產(chǎn)品可靠地進(jìn)行工作。這些都要求我們通過(guò)二次篩選來(lái)保證元器件的質(zhì)量。電子元器件的二次篩選是元器件質(zhì)量控制工作中的重要措施之一，對(duì)產(chǎn)品的可靠性保證有著重要意義。

二次篩選有多種試驗(yàn)手段，每一種手段都針對(duì)著一定的失效模式，有些手段對(duì)其針對(duì)的失效模式的剔除率還很高，但一般說(shuō)來(lái)，絕對(duì)做不到百分之百。

篩選試驗(yàn)可分為常規(guī)篩選和特殊環(huán)境篩選 (如抗輻射、鹽霧等),常規(guī)篩選方法主要有如下幾種:

1)檢查篩選:檢查篩選可采取鏡檢、紅外線篩選、X射線篩選,紅外線篩選可以剔除體內(nèi)或表面熱缺陷嚴(yán)重的器件,X射線主要用于檢查管殼內(nèi)有無(wú)外來(lái)物和裝片、鍵合或封裝工序的缺陷以及芯片裂紋;

2)密封性篩選:用于剔除管殼及密封工藝中所在的缺陷,如裂紋、微小漏孔、氣孔以及封裝對(duì)位欠佳;

3)環(huán)境應(yīng)力篩選:如振動(dòng)加速度、沖擊加速度、離心加速度、溫度循環(huán)和熱沖擊等;

4)壽命篩選:如高溫貯存、低溫貯存、老煉篩選等;

5)電測(cè)試篩選[2]。

航空電子元器件二次篩選的項(xiàng)目及其應(yīng)力選擇應(yīng)是針對(duì)著產(chǎn)品的使用要求來(lái)制訂的，制定出來(lái)的篩選要求，既不能過(guò)嚴(yán)，也不能過(guò)松。過(guò)嚴(yán)的篩選要求，將淘汰能滿足產(chǎn)品使用需要的元器件，加大篩選成本和元器件使用成本，在特定情況下，可能還會(huì)對(duì)元器件造成損傷，反而留下了質(zhì)量隱患；過(guò)松的篩選要求，則會(huì)使一些不滿足產(chǎn)品使用要求的元器件順利通過(guò)篩選關(guān)。從而降低了產(chǎn)品的可靠性水平，所以在實(shí)際操作中必須定出合適的篩選項(xiàng)目及應(yīng)力要求[3]。

篩選項(xiàng)目的確定：

進(jìn)行二次篩選之前,首先供需雙方要按照有關(guān)元器件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、軍企標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的二次篩選條件和技術(shù)要求,并根據(jù)產(chǎn)品總規(guī)范的要求來(lái)選擇試驗(yàn)項(xiàng)目。以下是幾種主要的試驗(yàn)方法及元器件的適用范圍:GJB 360A-96《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》,適用于電阻器、電容器、電感器、連接器、開(kāi)關(guān)、繼電器、變壓器等電子及電氣元件。GJB 128-97《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》[4],適用于各種半導(dǎo)體分立器件。GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》[5]適用于微電子器件。篩選試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過(guò)程中不能隨意改動(dòng)。對(duì)靜電敏感器件,在篩選、測(cè)試時(shí)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行防靜電處理。

選擇篩選應(yīng)力的主要原則是:

1)篩選應(yīng)力類型應(yīng)選擇能激發(fā)早期失效的應(yīng)力,根據(jù)不同器件掌握的信息及失效機(jī)理來(lái)確定；

2)篩選應(yīng)力應(yīng)以能激發(fā)出早期失效為宗旨，使器件各種隱患和缺陷盡快暴露出來(lái)；

3)篩選應(yīng)力不應(yīng)使正常器件失效；

4)篩選應(yīng)力去掉后,不應(yīng)使器件留下殘余應(yīng)力或影響器件的使用壽命；

5)應(yīng)力篩選試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)能充分暴露早期失效為原則。

電子元器件在進(jìn)行二次篩選時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：應(yīng)實(shí)行100﹪的篩選。這樣才能最大限度地剔除存在有某種失效模式的元器件。針對(duì)產(chǎn)品的用途進(jìn)行有選擇性的篩選。例如：抗幅照能力的考核就是航天電子設(shè)備是必須考慮的。對(duì)由于手段問(wèn)題不能進(jìn)行篩選的元器件，須采取其它的控制方式來(lái)保證其質(zhì)量。例如在使用的電路上進(jìn)行一些試驗(yàn)或者委托其它單位進(jìn)行試驗(yàn)等等?？紤]到二次篩選的局限性，必須嚴(yán)格控制它的失效率[6]。

2 印制板組件檢驗(yàn)

通過(guò)二次篩選確保了元器件的質(zhì)量之后生產(chǎn)上就要進(jìn)入印制電路板的裝配。及時(shí)檢驗(yàn)，及時(shí)結(jié)果分析和及時(shí)的糾正錯(cuò)誤，可以避免廢品，改善質(zhì)量和降低損耗。印制板組件的特性質(zhì)量分為3個(gè)級(jí)別，即理想狀況，可接受的和拒收的狀況。每個(gè)級(jí)別所包含的內(nèi)容建立了產(chǎn)品每一個(gè)等級(jí)的“可接受標(biāo)準(zhǔn)”[7]。

1)理想狀況：描述了所要求的條件，這個(gè)條件可以不是必需的來(lái)保證印制板在其運(yùn)用環(huán)境的可靠性。

2)接收狀況：指出所描述的條件中，而不必是完美的，要在印制板的使用環(huán)境中保持其完整性和可靠性。

3)拒收狀況：指出所描述的條件可在印制板的使用環(huán)境中保證其可靠性是不充分的。拒收狀況認(rèn)為至少是產(chǎn)品的一個(gè)級(jí)別或多個(gè)級(jí)別不可接收，但可被相關(guān)接受標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)明的其他級(jí)別接受[8]。

這里所敘述的理想狀況，可接受的和拒收狀況及相關(guān)的接受標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)于一般的工業(yè)實(shí)際情況。每個(gè)特殊產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求會(huì)同這些標(biāo)準(zhǔn)不同。應(yīng)特別指出，在接受狀況中有一類缺陷屬于制程警示。例如，印制板組件在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的白斑問(wèn)題，白斑是一個(gè)內(nèi)部狀況，出現(xiàn)在增強(qiáng)層壓基材的編制纖維中。在編制交叉點(diǎn)，結(jié)合界限處分開(kāi)了。形成白斑的主要原因是濕氣的結(jié)合，很容易擴(kuò)散到環(huán)氧樹(shù)脂—玻璃布中，和焊接是溫度高的元器件中。元器件安裝的局部高溫引起陷入的濕氣蒸發(fā)并斷開(kāi)環(huán)氧樹(shù)脂—玻璃布在乖點(diǎn)的結(jié)合。試驗(yàn)得知環(huán)氧樹(shù)脂—玻璃布吸收大氣中的濕氣，當(dāng)濕氣超過(guò)0.3﹪重量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生白斑。事實(shí)上，基于所有軍事和工業(yè)試驗(yàn)，白斑是沒(méi)有影響的。IPC行業(yè)和軍事機(jī)構(gòu)進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)，在極端環(huán)境條件下，長(zhǎng)時(shí)間放置若干個(gè)白斑組件，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)白班的增長(zhǎng)、擴(kuò)大或損壞組裝功能，白斑不應(yīng)是拒收的原因。但是白斑的出現(xiàn)要認(rèn)為是一個(gè)過(guò)程指示，必須引起足夠的重視，它說(shuō)明在印制板組件的加工過(guò)程中預(yù)熱烘干不夠充分，產(chǎn)品加工過(guò)程的工藝要求或者執(zhí)行上出現(xiàn)了問(wèn)題，加工過(guò)程處在時(shí)空的邊緣，必須及時(shí)糾正，任其繼續(xù)發(fā)展就會(huì)出現(xiàn)更大的缺陷，從而影響整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量[9]。

印制電路板的裝配需要許多連續(xù)的操作。那么那個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)最有利？每個(gè)步驟采用何種檢測(cè)技術(shù)最好？典型的印制電路板裝配工作始于一塊裸板，然后上焊劑和安置元器件進(jìn)行紅外線軟熔焊接或者手工焊接一些附加的元器件，具體的操作順序可跟隨產(chǎn)品性能而變更。檢測(cè)的重點(diǎn)如下：摞板：確保沒(méi)有短路和開(kāi)路之處，互連線應(yīng)具有適當(dāng)?shù)碾娏鞒惺苣芰ΓＷC金屬化孔的完整性。焊劑：焊劑要適量，不宜太多，要共面、均勻、位置正確。元器件布局：每個(gè)元器件應(yīng)定位準(zhǔn)確，排列整潔。焊接質(zhì)量：焊點(diǎn)的電氣和機(jī)械性能良好，沒(méi)有漏焊或者虛焊。這種考慮不是一成不變的，一種能很好的完成某種檢測(cè)任務(wù)的系統(tǒng)或許不能很好的完成其他的檢測(cè)任務(wù)，某些特定的檢測(cè)任務(wù)，往往還需借用特殊的方法和儀器來(lái)進(jìn)行。光束和影像正確的元器件布局和上焊料的位置可以輕易的由二圍圖像檢查，直接得出結(jié)論。元器件和焊料的檢查可以組合采用二維電視成像分析和三維激光厚度測(cè)量完成，也可以采用三維激光成像完成。通常，三維激光系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)線的生產(chǎn)周期中完整的檢查一塊印制電路板。對(duì)于大量或高速的生產(chǎn)操作來(lái)說(shuō)，自動(dòng)檢查必不可少，但是也不能忽略人工檢查。利用簡(jiǎn)易影像系統(tǒng)或者光學(xué)顯微鏡比用自動(dòng)系統(tǒng)成本小很多[10]。

航空電子產(chǎn)品在使用和貯存過(guò)程中要求具有良好的三防(防潮、防霉、防鹽霧)保護(hù)能力,即要能承受潮濕、霉菌和鹽霧環(huán)境的考驗(yàn)。為使電子產(chǎn)品(主要是指印制電路板)具有良好的三防保護(hù)能力,都要在印制電路板調(diào)試后噴涂三防保護(hù)涂料。應(yīng)對(duì)印制板組件的檢驗(yàn)還應(yīng)對(duì)其涂覆層的外觀質(zhì)量、涂覆的連續(xù)性、涂覆層的厚度以及氣泡和空洞等方面的缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容如下:

1)涂層均勻光亮,無(wú)缺損,無(wú)不潤(rùn)濕、空洞、褶紋、斑點(diǎn)或橘皮等缺陷,無(wú)外來(lái)雜物,無(wú)直徑超過(guò)1 mm的氣泡,且氣泡不應(yīng)該在兩根導(dǎo)線間形成橋接；

2)無(wú)漏涂部位,漆層無(wú)堆積、剝離和外溢,漆層無(wú)多處劃痕,允許1處～2處流痕劃痕針孔；

3)涂覆區(qū)與禁涂區(qū)分界正確明顯,禁涂區(qū)無(wú)殘留掩蔽材料和無(wú)任何漆液。

3 結(jié)束語(yǔ)

航空電子元器二次篩選與印制板組件檢驗(yàn)的范圍很廣，雖然通過(guò)二次篩選不可能把所有的缺陷全部剔除，不可能提高元器件的質(zhì)量等級(jí)，但是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性就必須嚴(yán)格控制元器件的質(zhì)量，只有在元器件質(zhì)量和可靠性得到充分保證的前提下不斷提高印制板組件加工和檢驗(yàn)水平，才能使模塊乃至整機(jī)的質(zhì)量得到提升，進(jìn)而使整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量得到充分保證。

[1]沈任元.常用電子元器件簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]陳梓城.電子設(shè)備維修技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3]吉田弘之(日).電子元器件的故障原因及其對(duì)策[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[4]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB128A—1997.半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法[S].北京：國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，1997.

[5]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB548B—2005.微電子器件試驗(yàn)方法和程序[S].北京：國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，2005.

[6]劉冰,羅迪華.航空電子元器件的質(zhì)量控制[J].洪都科技，2004，8(11)：78－79.LIU Bing,LUO Di－h(huán)ua.Quality control avionics components[J].Hongdu Technology,2004,8(11):78－79.

[7]黃萍,張靜.印制電路組件三防涂覆工藝研究[J].電子工藝技術(shù),2007,28(7):324－326.HUANGPing ZHANGJing.Research printed circuit assembly of three anti－coating process[J].Electronic Technology,2007,28(7):324－326.

[8]張立明.印制板組件的三防涂覆及其去除工藝[J].電子工藝技術(shù),2009,30（3）:155－157.ZHANG Li－ming.Three anti－coated printed circuit board assembly and removal process[J].Electronic Technology,2009,30(3):155－157.

[9]IPC－A－610E CN電子組件的可接受性[S].行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),2010.

[10]于海燕.電子元器件的使用選擇[J].綠色質(zhì)量工程,2010,4(2):29－30.YU Hai－yan.Use the selection of electronic components[J].Green Quality Engineering,2010,4(2):29－30.