軍用外購元器件篩選方案探究

劉殿金，魏　兵，陳新強

（中船重工第七二四研究所，江蘇南京，211153）

軍用外購元器件篩選方案探究

劉殿金，魏兵，陳新強

（中船重工第七二四研究所，江蘇南京，211153）

本文闡述了外購元器件常用篩選項目的優缺點，分析了篩選技術條件，包括篩選項目、順序、應力量值確定的原則，為電路設計人員制定篩選條件提供方法和依據。

元器件；失效；篩選原則；工作流程

0　引言

篩選試驗是指為選擇具有一定特性的產品或剔除早期失效的產品而進行的試驗。本文討論的篩選試驗主要是指剔除早期失效的產品而進行的試驗。元器件制造好后由元器件生產方進行的出廠篩選稱為“一次篩選”，當“一次篩選”的技術條件不能完全滿足使用方對外購元器件的可靠性要求時，使用方對外購元器件按照驗收細則和相關標準進行的再篩稱為“二次篩選”或稱“補充篩選”。即二次篩選是指已采購的器件在“一次篩選”試驗沒有滿足使用方規定的項目要求的技術條件時，由使用方進行的篩選。

1　外購器件常用的篩選項目

1.1高溫貯存

高溫貯存是一種加速性質的貯存壽命試驗。它的作用主要是利用熱應力的作用，加速器件內部化學反映，使器件內部的水蒸氣或其它離子引起腐蝕作用。如表面漏電、表面沾污、金——鋁之間氧化物的生成等缺陷，通過高溫貯存使器件內部在的污染，引線焊接不良、氧化層缺陷的器件能提前暴露。高溫貯存篩選簡單易行，費用不大，在許多外購器件上都可以施行。

1.2功率電老煉

功率電老煉是給試驗的電子元器件通電，模擬實際工作條件，它是一種對元器件多種潛在故障都有檢驗作用的有效措施，但是，要取得最佳篩選效果，國外把168小時作為功率電老煉時間的最低要求。也就是說，要想通過此項試驗使大部分早期失效器件得到淘汰，達到浴盒曲線的拐彎處，最少要老化168小時。這么長的老化時間，一般單位很難做到。

1.3溫度循環

溫度循環篩選利用了極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應力，來淘汰由于器件內部材料熱膨脹系數不匹配造成的早期失效產品。是目前廣為采用并認為是一種最有效的篩選方法。微電子器件是由各種不同材料構成，如硅芯片、氧化硅絕緣膜、鋁互連線、金屬引線及封裝等材料。由于這些材料的熱膨脹系數各不相同，一旦受到巨烈的溫度變化，就會在不同材料的交界面產生壓縮或拉伸應力，造成器件芯片與管腳之間的鍵合失效，管殼的密封性受到破壞，某些材料的熱疲勞劣化等。

1.4振動

振動試驗模擬產品使用過程中的振動環境， 能有效地剔除瞬時短、 斷路等機械結構不良的元器件以及整機中的虛焊等故障。典型的振動條件是： 頻率2 0 ～ 2000 Hz ，加速度2～20 g，掃描1～2周期，在共振點附近要多停留一段時間。

2　篩選方案的設計原則

外購元器件的篩選方案體現在篩選技術條件之中，篩選技術條件設計是否合理直接影響篩選效果，影響電子產品的質量和可靠性，影響費用和代價。篩選技術條件包括篩選項目、篩選方法、篩選順序、應力量值（包括持續時間或循環次數）等。總的原則是根據有關元器件的特性參數、生產工藝狀況，從設計、材料、工藝方面可能存在的缺陷（故障模式分布）選擇有效的篩選項目和方法。同時要根據試驗和現場使用中元器件失效統計分析及篩選效果的工程經驗加以修正逐步完善。

2.1篩選項目和方法應根據元器件失效模式的概率分布確定

外購器件的篩選應以失效機理和失效模式為切入點——因失效機理和失效模式而發現應力因素，因失效機理和失效模式而建立起針對應力因素篩選的項目，因失效機理和失效模式而完善針對應力因素量級的確定的篩選模式。每一臺電子整機產品內都要用到很多外購器件，外購器件進單位時全部逐一檢驗篩選，事實上是困難的。同時，隨著生產水平和的進步，外購器件的質量已經明顯提高，并且外購器件生產企業普遍開展了在權威機構監督下的質量認證，一般都能夠向用戶提供準確的技術資料和質量保證書。因此，作為“二次篩選”的整機生產廠家在對外購器件進行使用篩選時，應該根據外購器件在電路中的失效機理和失效模式，按照國家標準和企業標準，分別選擇、確定某種外購器件的篩選篩選項目和方法。

2.2篩選應力值應根據元器件失效率可接受水平確定

一般來說篩選應力值高、時間長，元器件可達到較低的失效率水平。換言之，要求元器件質量等級高（失效率低），則需適當提高應力量值。大量試驗統計表明適當提高篩選溫度可縮短篩選時間。

2.3篩選項目順序確定的原則

總的原則是有利于促進激發早期失效，盡可能節省時間和費用。具體可按如下原則安排：

a）失效概率最大的篩選方法首先做。

b）當一種失效模式可以與其他失效模式產生關聯時，應將此失效模式的篩選放在前面。

c）使用不同方法對同一種失效模式進行篩選時，首先考慮失效概率的分布，容易觸發失效的篩選方法首先進行。

d）考慮經濟性，便宜的先做。

e）考慮時間性，時間長的后做。

f）測試順序的安排是后面的參數能夠檢查元器件經前面參數測試后可能產生的變化。如有耐電壓、絕緣電阻測試要求的元器件，耐壓在前、絕緣在后，功能參數最后測試。

3　篩選工作流程

目前國內使用的主要篩選工作流程如下表1：

由表1可以看出，依據決定元器件測試篩選先后次序的原則優化以后的篩選順序能夠及時判別各種失效的發生，同時，當元器件產生失效時，通過失效時元器件所處的階段準確判定元器件的失效模式，為元器件和整機系統的可靠性設計提供了準確的依據。

4　結論

本文通過闡述了外購元器件常用篩選項目的優缺點，結合元器件篩選原則，給出了元器件篩選先后次序工作流程，這個工作流程對平時的工作有很大的指導作用。通過這個工作流程的使用，可以迅速判斷元器件的失效原因和模式，節省分析的時間和成本，從而提高產品的可靠性。

［1］ 孫青等編著.電子元器件可靠性工程［M］. 電子工業出版社，2002.

［2］ 朱瑜. 元器件測試篩選先后次序的決定原則［J］. 電子工程師. 2008（03） .

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［5］ 肖虹，田宇，蔡少英，劉涌. 國外軍用電子元器件可靠性技術研究進展［J］. 電子產品可靠性與環境試驗. 2005（S1） .

Military outsourcing components screening scheme research

Liu Dianjin，Wei Bing，Chen Xinqiang
（Research Institute of China shipbuilding industry，No.724，Nanjing，Jiangsu，211153）

It describes the advantages and disadvantages of outsourcing components commonly used screening project，analyzes the screening conditions，including screening programs，order，principle stress level which determined to provide a method and basis for circuit designers to develop filters.

components；invalid；filter principle；workflow

表1　篩選工作流程

劉殿金（1984-），男，碩士研究生，研究方向：電子元器件測試