電子元器件二次篩選中的質量控制和管理

姚鼎（中船重工第七一六研究所，江蘇連云港，222000）

電子元器件二次篩選中的質量控制和管理

姚鼎
（中船重工第七一六研究所，江蘇連云港，222000）

二次篩選是電子元器件在裝機使用前可靠性的重要保障過程，文章敘述了電子元器件二次篩選的基本概念，重點對在二次篩選過程中的主要篩選工序（電功率老煉和電參數測試）的工藝質量控制方法進行了闡述。

電子元器件；二次篩選；質量控制

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。它是一種對產品進行全數檢驗的非破壞性試驗，通過按照一定的程序施加環境應力，激發出產品潛在的設計和制造缺陷，以便剔除早期失效產品，降低失效率。元器件的篩選一般應由元器件生產方按照軍用電子元器件規范或供需雙方簽訂的合同進行。一般將元器件制造好后進行的出廠篩選稱為第一次篩選。而整機科研和生產單位為了滿足整機系統對元器件的可靠性要求，對元器件按照驗收流程和標準進行的第二次合格性和可靠性篩選，稱為元器件二次篩選。元器件的“一次篩選”和“二次篩選”的目的與試驗方法基本相同，但“二次篩選”是在“一次篩選”的基礎上裁剪而成的。“二次篩選”只能提高元器件的使用可靠性，不能提高其固有可靠性，也就是說，元器件的固有可靠性是設計進去的，制造出來的，而不是篩選出來的，因此，在選擇元器件時，還是應根據整機、設備的質量與可靠性要求，選擇相應的高質量等級的元器件。

元器件的二次篩選一般由整機研制單位、整機生產單位（或委托元器件廠）來進行，其目的是為了淘汰早期失效的元器件，保證電子元器件的使用可靠性，確保整機的性能和可靠性。所以對電子元器件的二次篩選過程必須進行嚴格的質量控制和管理。

任何一個電路模塊或整機的性能、可靠性都和構成它的元器件的性能、可靠性緊密相關，所以整機科研單位、整機生產單位即要在整機設計時選擇合適的元器件（這時主要選擇元器件的品種、型號、外形、技術參數）、還要在元器件進廠時的質量認證、質量檢測方面做嚴格的控制。本文重點闡述元器件進廠時的電參數的檢測、和二次篩選過程中的工藝質量控制。

1 二次篩選的適應范圍

二次篩選主要適用于下列四種情況的元器件。

（1）元器件生產方未進行“一次篩選”，或使用方對“一次篩選”的項目和應力不具體了解的。

（2）元器件生產方已進行“一次篩選”，但“一次篩選”的項目或應力還不能滿足使用方對元器件的質量要求。

（3）在元器件的產品規范中未作具體規定、元器件生產方也不具備篩選條件的特殊篩選項目。

（4）對元器件生產方是否已按合同規范的要求進行了“一次篩選”或對承制“一次篩選”的有效性有疑問需要進行驗證的元器件。

以上前三種情況元器件的二次篩選是很難用其它措施替代的，對于第四鐘情況則除了進行二次篩選外，還可采取對元器件生產方“一次篩選”進行監督等措施來替代二次篩選。

元器件二次篩選中還應該注意以下問題。

（1）對型號研制中采用的元器件應實行 100%的二次篩選，這樣才能最大限度地剔除存在有某種失效模式的元器件。

（2）按元器件質量等級制定通用篩選技術條件, 由設計師根據型號產品對元器件的質量和可靠性要求參照通用規范制定或確定型號用元器件篩選技術條件, 試驗人員嚴格按規范進行篩選。

（3）對于國內無條件進行測試、篩選的元器件, 需采取其它的控制方式來保證其質量，標識后進行板極、整機測試篩選。

（4）對元器件篩選試驗室進行防靜電和環境適應性建設,要嚴格執行防靜電、測試環境要求等相關規定。

（5）加強元器件篩選失效率(PDA)的控制。

2 二次篩選試驗方法及篩選項目的確定

2.1 篩選試驗方法

篩選試驗可分為常規篩選和特殊環境篩選（如抗輻射、鹽霧等），常規篩選方法主要有以下五種。

（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或表面熱缺陷嚴重的器件，X射線主要用于檢查管殼內有無外來物和裝片、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、氣孔以及封裝對位欠佳。

（3）環境應力篩選：如振動加速度、沖擊加速度、離心加速度、溫度循環和熱沖擊等。

（4）壽命篩選：如高溫貯存、低溫貯存、老煉篩選等。

（5）電測試篩選。

2.2 篩選項目的確定

進行二次篩選之前，首先供需雙方要按照有關元器件國家標準、軍企標準等有關標準制定相應的二次篩選條件和技術要求，并根據產品總規范的要求來選擇試驗項目。以下是幾種主要的試驗方法及元器件的適用范圍。

GJB 360A-96《電子及電氣元件試驗方法》，適用于電阻器、電容器、電感器、連接器、開關、繼電器、變壓器、等電子及電氣元件。

GJB 128-97《半導體分立器件試驗方法》，適用于各種軍用半導體分立器件。

GJB 548B-2005《微電子器件試驗方法和程序》，適用于微電子器件。

篩選試驗標準在執行過程中不能隨意改動。

對靜電敏感器件，在篩選、測試時應按有關規定進行防靜電處理。

2.3 篩選試驗應力的確定原則

篩選試驗的應力條件首要是非破壞性的，即通過篩選不能對產品的質量與可靠性產生影響，但試驗應力也不能偏低，低了起不到篩選作用。原則上，確定篩選項目和應力條件應依據相應的標準。選擇篩選應力的主要原則是：

（1）篩選應力類型應選擇能激發早期失效的應力，根據不同器件掌握的信息及失效機理來確定。

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

（3）篩選應力不應使正常器件失效。

（4）篩選應力去掉后，不應使器件留下殘余應力或影響器件的使用壽命。

（5）應力篩選試驗持續時間應能充分暴露早期失效為原則。

表1 集成電路常見的缺陷與主要篩選試驗項目的相關性分析

3 元器件在二次篩選過程中的質量控制和管理

從事二次篩選的人員首先要知道篩選流程、篩選條件、技術要求等，了解被篩選的元器件的重要技術參數的意義，了解和掌握有關標準、規范和試驗的基本原理，熟練操作篩選設備，并按規定參加培訓，通過考核取得上崗資格，能對試驗結果做出正確的分析和評價。

元器件二次篩選的項目很多，因篇幅所限，下面主要講二次篩選過程中主要篩選工序：電功率老煉和電參數測試過程的質量控制和管理。

3.1 電功率老煉過程中的質量控制和管理

電功率老煉是在規定的溫度下給元器件通上規定時間的電應力，使器件具有的潛在缺陷提前暴露。被篩選的器件一般加額定功率，溫度基本恒定，一般分立器件在常溫下老煉，集成電路在高溫下老煉，在高溫下加功率的老煉通常稱為高溫電老煉，這項試驗是具有加速度的篩選，它能提前暴露器件潛在缺陷，從而把早期失效的器件剔除。電功率老煉由于比較接近器件的實際工作狀態，所以被認為是一種最有效的篩選手段。老煉過程中需要控制的參數有：電壓、電流、溫度、時間等。如果控制不好，如：電流或電壓應力過大都將對產品產生不應有的損傷，甚至可能引入新的失效因子，產生不良的隱患；如果電流或電壓應力過小，器件的不可靠因素難以充分暴露，也就不能剔除潛在缺陷的器件，從而無法達到預期的篩選結果。因此，功率老煉中的參數的選擇控制顯得尤為重要。

在半導體業界，器件的老煉問題一直存在各種爭論。像其它產品一樣，元器件隨時可能因為各種原因而出現故障，老煉就是藉由讓器件進行超負荷工作而使缺陷激活，使缺陷加速暴露而使器件產生“早期失效”。圖1就是電子元器件壽命浴盆曲線。

圖1 電子元器件壽命浴盆曲線

電子元器件缺陷而引起的早期失效理論上一般產生在1000h以內，之后器件的失效率將保持一個非常低的常數。如果對所有器件都進行常溫和額定功率1000h試驗，是不可行的，也是難以實現的。通過實踐證明，如果提高老化溫度，就能加速使器件產生早期失效。圖二表示失效激活能、失效時間、溫度和失效激活能的關系。

如：失效激活能需0.5ev，在50℃下需1000小時才能使器件產生“早期失效”，但在125℃條件下只需30h就可以使失效激活能需0.5ev的有缺陷器件產生“早期失效”。這就是半導體器件做高溫老化篩選的理論依據。

我所在進行分立器件老煉試驗過程中發現，有一些經老煉測試合格的器件，在產品調試過程中還會有失效的器件出現，器件的早期故障沒有在篩選過程中顯現，先前分立器件的老煉我所一直按額定功率進行老煉，出現問題后，我們與產品組經過多次分析研究并反復試驗，比如延長老化時間，提高老化功率等，最后我們發現將其按額定功率的1.2倍進行老煉篩選并檢測合格的器件，能較好的剔除早期失效的器件。在使用過程中，故障率最低。

基本上電功率老煉的質量控制還要從以下幾個方面做起。（1）老煉前，依照工藝資料規定的電流和電壓條件，認真核對老化條件。

（2）所用的老煉設備是否完好，是否按規定定期檢定合格，并在有效的計量檢定周期內使用。

（3）認真消化老化設備操作規程，并嚴格執行。

（4）通電前應檢查是否有接地、斷路和短路現象。器件安裝后，應注意檢查安裝極性；檢查接線夾、接線片等是否安裝牢固可靠，絕不能有松動和脫落現象，此項操作稍有不慎就會造成器件的報廢。

（5）對于電子元器件，一般應該輕取輕放，否則容易造成外形變形或尺寸變化。電子元器件在插入或拔出夾具時不能猛插猛取，否則會由于用力過大而造成機械損傷或機械應力疲勞；在保證接觸良好的狀態下，對器件管腳施加的應力應該越小越好。

3.2 電參數測試過程中的質量控制和管理

為了確保器件測試時的數據準確，且器件不至于損壞或受損傷，應進行以下質量控制管理。

（1）嚴格執行標準環境的測試條件：常溫測試的環境溫度控制在25±3℃以內；相對濕度為45～75%；大氣壓力：86～106KPa；高、低溫測試嚴格按設計規定的環境溫度進行測試；嚴格執行器件的規范條件進行參數測試，嚴格按設計特選的參數條件及規范進行測試。

（2）所用的檢測儀器設備應按規定定期檢定合格，并在有效的計量檢定周期內使用，測量前應先校準儀器，儀器設備的精度應滿足試驗和檢測的要求。

（3）測試過程中，器件所施加的電流和電壓不能超過器件的最大額定值。測試儀器設備自身的漏電應遠小于被測器件的反向漏電流。應該保證電信號的穩定性，否則易發生由于電浪涌等而造成的過電應力損傷。作為預防措施，應避免引線誤接、反接和短路等情況的發生。還應注意防止因開啟和關閉而造成的浪涌電壓加到器件上。

在進行正式測試前，首先要對樣片進行反復試測，如試測有問題，應立即終止檢測。

我所在元器件檢測中，曾發現這樣問題，我們在進行54F00測試中，在進行樣品試測時發現，第一次器件測試是合格的，但在第二、第三次測試中就不合格了，反復測了幾只，都是這種問題，我們反復查找原因，最終發現，在進行參數ICC測量中，電源電流ICC有兩個值，分別為2.8mA和10.2mA，PMU在換檔測試中，由于繼電器的機械動作，使PMU產生了高脈沖，使器件燒壞，后來，修改了底層測試文件，換檔后不再產生高脈沖，上述情況就不再發生，所以在進行器件測試前，樣片的試測也是非常重要的。

圖2 失效激活能關系圖

3.3 失效防止

在電子元器件的篩選檢測過程中，要主要防止以下幾種方面造成的失效：程序設置不當造成電子元器件的檢測失效；極性接反造成元器件失效；錯誤信號造成元器件失效；電應力過沖造成元器件失效；適配器誤用造成電子元器件失效；插拔方式不當造成機械應力失效；在存放過程中誤將某些有極性的元器件放反等，貯存濕度過高，容易發生管腳表面腐蝕或許電性能惡化。

4 結束語

二次篩選是元器件裝機前可靠性的重要保障過程，但是二次篩選的不當操作和防護也能給電子元器件的運用留下隱患或許直接造成失效。所以，在二次篩選檢測試驗中，從環境保護、操作審查與小心操作、靜電防護等方面做好電子元器件的可靠性保障工作是十分關鍵的。二次篩選選取的應力應保證對正常器件不造成損壞、損傷及明顯縮短其使用壽命，過應力條件篩選的元器件原則上不可裝機。

另外整機單位要根據元器件進廠質量認證流程、二次篩選流程等質量文件對元器件供貨單位進行選擇、對元器件進行二次篩選，在使用過程中還要對元器件的質量和對整機的影響進行跟蹤和質量反饋。每一個環節都要求操作人員按照質量管理流程、篩選標準、篩選條件和技術要求來進行，并對結果進行分析和反饋，這樣才能形成一個元器件質量保證環，最大限度保證電子元器件的可靠性水平。

[1]周育才.電子元器件篩選方法與效果研究[J].航空兵器.2001（2）：26-28.

[2]董西英.元器件二次篩選中的質量控制[J].《企業技術開發》2009年第10期.

[3]廖光朝.二次篩選中電子元器件的可靠性保障[J].《電子測試》2007年第6期.

[4]李志鑫.電子元器件的降額應用和“二次”篩選.2010-1-4.

姚鼎（1987.3-），男，工程師，江蘇連云港人，從事元器件檢測技術研究。

Quality control and manage for electronic components & devices secondary screening

Yao Ding
(No. 716 Research Institute of China shipbuilding industry,Lianyungang Jiangsu, 222000)

the secondary screening is an important support process for reliability of electronic components & devices before installing on the machine The basic concept of secondary screening of electronic components & devices is described in the paper, with the focus on explaining processing quality control and manage for main screening sequence (burn-in test and electric parameter test) during secondary screening

Electronic components & devices；Secondary screening；Quality control