元器件二次篩選適用性分析

倪明剛

摘 要：元器件二次篩選是指由元器件使用方進(jìn)行的，采取有針對性的篩選試驗(yàn)項目，以暴露和剔除元器件固有早期缺陷為目的的篩選試驗(yàn)。二次篩選是保證裝機(jī)元器件質(zhì)量和可靠性的重要措施。本文通過闡述二次篩選的目的、適用范圍、原則、方法、局限性和風(fēng)險性，對二次篩選的適用性進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞：二次篩選；早期失效；使用可靠性

中圖分類號：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0027-02

Abstract：Components secondary screening refers to the components users take targeted screening pilot projects to expose and remove components inherent early defects. Secondary screening is an important measure to ensure the quality and reliability of installed components. This paper analyzed the applicability of secondary screening by describing the purpose， applicable scope， principles， methods， limitations and risks of secondary screening.

Key words：secondary screening；early failure；use reliability

1 前言

二次篩選（或補(bǔ)充篩選）是保證裝機(jī)元器件質(zhì)量和可靠性的重要措施，在我國軍用裝備科研生產(chǎn)中廣泛采用。長期以來，元器件二次篩選技術(shù)在很大程度上提高了我國武器裝備的可靠性水平，促進(jìn)了裝備的快速發(fā)展。同時，元器件二次篩選也存在一定局限性和風(fēng)險性。為了獲得更好的篩選效果、降低篩選風(fēng)險，需要對二次篩選的適用性進(jìn)行深入分析。

2 二次篩選的目的

元器件的失效率λ（t）分布按時間劃分，符合典型的浴盆曲線規(guī)律，可以劃分為三個階段：早期失效期、偶然失效期、耗損失效期。元器件生產(chǎn)完成即進(jìn)入早期失效期，其特點(diǎn)是失效率較高，而隨工作時間的增加快速下降。早期失效期的失效原因主要是由于設(shè)計、材料、工藝等缺陷造成。偶然失效期的失效率較低且恒定，其失效原因主要由非預(yù)期的過載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。偶然失效期是元器件能有效工作的時期，故這段時間也稱為有效壽命期。耗損失效期的失效率快速上升，其失效原因是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的。針對早期失效期的失效原因，采取有針對性的篩選試驗(yàn)項目加以暴露和排除，是元器件篩選的目的。一般將元器件生產(chǎn)方進(jìn)行的篩選稱為一次篩選，將元器件使用方進(jìn)行的篩選稱為二次篩選。二次篩選通常是在一次篩選不滿足使用方要求時進(jìn)行的，因此二次篩選也稱為補(bǔ)充篩選。如圖1所示。

3 二次篩選的適用范圍

二次篩選是對一次篩選的補(bǔ)充，應(yīng)在一次篩選的項目和應(yīng)力基礎(chǔ)上，綜合考慮元器件的使用條件和應(yīng)用環(huán)境。二次篩選有相應(yīng)的適用范圍，并不是所有的元器件都需要進(jìn)行二次篩選。在軍用裝備的研制生產(chǎn)中，下列情況的元器件適用于進(jìn)行二次篩選：1）元器件生產(chǎn)方未進(jìn)行一次篩選；2）元器件使用方無法獲得一次篩選的信息，對一次篩選的項目和應(yīng)力不了解。通常對于進(jìn)口元器件存在此種情況；3）元器件生產(chǎn)方進(jìn)行一次篩選的項目或應(yīng)力不能滿足使用方對元器件篩選的要求。元器件使用方的篩選要求一般由型號總體單位確定；4）對于一些特殊的篩選項目，在元器件的產(chǎn)品規(guī)范中未作具體規(guī)定、元器件生產(chǎn)方也不具備篩選條件；5）對元器件生產(chǎn)方是否已按合同或規(guī)范的要求進(jìn)行一次篩選或?qū)ζ湟淮魏Y選的有效性有疑問需要進(jìn)行驗(yàn)證的元器件。

4 二次篩選應(yīng)遵循的原則

元器件的二次篩選應(yīng)遵循以下原則：1）二次篩選是一種全數(shù)試驗(yàn)項目，對于需要進(jìn)行二次篩選的元器件應(yīng)100%進(jìn)行篩選；2）二次篩選應(yīng)是非破壞性的，禁止將對元器件具有破壞性的試驗(yàn)或檢驗(yàn)列為二次篩選項目；3）二次篩選所加的應(yīng)力（包括：電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力等）不應(yīng)超過元器件產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的額定應(yīng)力；4）元器件生產(chǎn)方一次篩選已經(jīng)進(jìn)行過的篩選項目，且能夠確定其有效性，則二次篩選不應(yīng)重復(fù)進(jìn)行相同的篩選試驗(yàn)項目。5）通過較高應(yīng)力等級篩選的元器件，應(yīng)視為滿足所有較低應(yīng)力等級篩選。

5 二次篩選試驗(yàn)項目的確定

二次篩選是針對元器件的失效機(jī)理和失效模式而進(jìn)行的，每一種篩選試驗(yàn)項目都對應(yīng)一定類型的缺陷，必須把那些能有效激發(fā)并剔除早期失效元器件的篩選試驗(yàn)項目列入其篩選程序中。對剔除率極低或根本不能把有缺陷產(chǎn)品剔除出來的試驗(yàn)項目則不應(yīng)列入二次篩選試驗(yàn)中。以軍用裝備中大量使用的微電路為例，除外觀檢查和常溫電性能測試外，常用的應(yīng)力篩選試驗(yàn)項目及其對應(yīng)的失效模式如表1所示。

不同的二次篩選試驗(yàn)項目其篩選效率也存在較大差異。本文以微電路二次篩選為例，隨機(jī)抽取我所進(jìn)行二次篩選的274個型號、412個批次、共69876只器件為樣本進(jìn)行分析。其二次篩選剔除的不合格品為1607只，不合格品率為2.3%。圖2給出了樣品器件中不合格品按篩選項目的分布。經(jīng)過分析可知，對微電路類元器件效率較高的3種篩選項目分別為：常溫測試、密封性檢查（包括粗檢漏、細(xì)檢漏）和PIND。

6 二次篩選試驗(yàn)應(yīng)力確定

元器件二次篩選的目標(biāo)是有效剔除早期失效產(chǎn)品，要達(dá)到這個目標(biāo)必須選擇合適的篩選試驗(yàn)應(yīng)力。二次篩選試驗(yàn)是非破壞性的，因此試驗(yàn)應(yīng)力選擇的首要條件也是非破壞性的，即通過篩選不能使原本合格的元器件損壞或引入缺陷。二次篩選試驗(yàn)應(yīng)力也不能偏低，低了無法有效剔除早期失效產(chǎn)品，起不到篩選的作用。通常情況下，二次篩選試驗(yàn)應(yīng)力條件應(yīng)依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合產(chǎn)品的使用要求來制定。表2給出了主要試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)及其適用的元器件種類：

在制定篩選試驗(yàn)應(yīng)力時還應(yīng)遵守以下原則：1）篩選應(yīng)力類型應(yīng)選擇能有效激發(fā)早期失效的應(yīng)力，根據(jù)不同類型元器件的產(chǎn)品信息及失效機(jī)理來確定；2）篩選應(yīng)力大小應(yīng)以能激發(fā)出早期失效為宗旨，使產(chǎn)品各種隱患和缺陷盡快暴露出來；3）篩選應(yīng)力不應(yīng)使正常產(chǎn)品失效；4）篩選應(yīng)力解除后，不應(yīng)使產(chǎn)品留下殘余應(yīng)力或影響產(chǎn)品的使用壽命；5）應(yīng)力篩選試驗(yàn)持續(xù)時間應(yīng)以能充分暴露早期失效為原則。

7 二次篩選的局限性和風(fēng)險性

二次篩選的局限性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：1）理想的二次篩選結(jié)果是將有缺陷的、早期失效的元器件全部剔除掉，而將非早期失效的元器件全部保留下來。但是要完全做到這一點(diǎn)非常困難，實(shí)際中二次篩選結(jié)果是有瑕疵的。因?yàn)槿魏魏Y選試驗(yàn)項目都無法保證100%剔除其所對應(yīng)的缺陷產(chǎn)品；另外，根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備，有些失效模式在無損的條件下還無法檢查出來，如芯片粘接強(qiáng)度差、鍵合力低等缺陷就很難用常規(guī)的篩選方法予以剔除。因此，二次篩選規(guī)范中都規(guī)定了合格判據(jù)即篩選項目的失效率（PDA）指標(biāo)，超過此值則整批不用。2）二次篩選雖然能改善元器件的使用可靠性但不能提高元器件的固有可靠性。產(chǎn)品的固有可靠性是設(shè)計進(jìn)去的、制造出來的，而不是篩選出來的。因此，對于軍用裝備的研制，在元器件選型時應(yīng)根據(jù)整機(jī)、設(shè)備的質(zhì)量與可靠性要求，選擇相應(yīng)的高質(zhì)量等級的元器件，而不應(yīng)過分依賴元器件二次篩選。

篩選的風(fēng)險主要來源于篩選應(yīng)力的選取。如果篩選應(yīng)力過低，則起不到篩選應(yīng)有的作用；篩選應(yīng)力過高，則將損壞正常的元器件或使其受到內(nèi)傷、縮短其工作壽命。篩選過程元器件未進(jìn)行有效防護(hù)（例如靜電敏感器件）、操作失誤或設(shè)備故障，也是篩選可能面臨的風(fēng)險。相對于一次篩選，以上諸因素對二次篩選造成的風(fēng)險更大。因?yàn)樵谝淮魏Y選以后，還將進(jìn)行一系列質(zhì)量一致性檢驗(yàn)，如果由于應(yīng)力選擇不當(dāng)或操作失誤使被篩選的元器件受到損傷，還有可能在質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不至于將在一次篩選中受損傷的元器件用到最終產(chǎn)品上去。而二次篩選后不再進(jìn)行全面的質(zhì)量一致性檢驗(yàn)，所以很有可能將由于二次篩選不當(dāng)造成損傷的元器件用到最終產(chǎn)品上去，從而帶來軍用裝備的質(zhì)量隱患。由此可見二次篩選的風(fēng)險大于一次篩選，必須引起重視。

8 結(jié)語

通過以上分析可知，進(jìn)行元器件二次篩選必須充分考慮其適用性，包括元器件是否適用二次篩選、篩選項目的適用性、篩選試驗(yàn)應(yīng)力的適用性。在國外，元器件的質(zhì)量和可靠性主要靠元器件生產(chǎn)方保證，只有少數(shù)元器件才進(jìn)行二次篩選。而現(xiàn)階段，我國元器件的生產(chǎn)制造水平與軍用裝備的使用要求還存在一定差距；元器件生產(chǎn)方所開展的一次篩選，其篩選的項目與應(yīng)力條件很難完全滿足裝備研制的需要。另外，進(jìn)口的元器件通常都是工業(yè)級或中低檔產(chǎn)品，甚至存在假冒偽劣產(chǎn)品，難以保證質(zhì)量和可靠性。因此元器件二次篩選工作就顯得十分必要，是提高元器件使用可靠性的重要手段，對軍用裝備可靠性保證具有重要意義，在當(dāng)前和今后一段時期內(nèi)將繼續(xù)保留。但二次篩選的局限性和風(fēng)險性決定，隨著國內(nèi)元器件技術(shù)水平的發(fā)展、產(chǎn)品質(zhì)量管理的日趨完善、國軍標(biāo)生產(chǎn)線的逐步建立、質(zhì)量認(rèn)證的開展等，元器件二次篩選將逐步被元器件生產(chǎn)方的質(zhì)量控制及一次篩選所替代。

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