電子元器件可靠性試驗及測試系統

雷蕾

摘 要：在現代電子科技發展速度不斷加快的環境下，電子產品的種類和規模得到快速擴充，功能和應用場景更加多元化。在組成電子產品的單元中，基本的元件就是電子元器件，其可靠性對整件電子產品的可靠性有著重大影響，鑒于此，我國在相關研究領域不斷探索優化、提升電子元器件可靠性的方式。本文進行分析電子元器件可靠性試驗及測試系統。

關鍵詞：電子元器件;可靠性試驗;測試系統

由于現代電子技術的飛速發展，電子產品的應用場景和產品規模發展擴大，作為組成現代電子世界的最基本組成部分，電子元器件也在相應提升其性能。在電子元器件的發展中，重視電子元器件可靠性具有重要的意義。可靠性試驗屬于一種較高效率的試驗技術手段，通俗的講，即是在給電子元器件施加強化環境應力的基礎上，能夠將產品某些不足、缺陷進行清晰的顯示將其失效模式進行有效的激發。電子元器件的組成系統中，可靠性試驗的關鍵功效即為將元器件中各種故障提前暴露，然后針對性的深入分析該故障機理。電子元器件設計壽命周期內的故障分布，具有很明顯的“浴盆曲線”特性，所以在設計初期即開始實施可靠性試驗，投入產出比更高。在電子元器件研發設計的初級，較好的運用可靠性試驗，可以有效的掌握在各種外界環境條件下的產品的故障表現，及時反饋給技術部門進行設計改進，防止有隱藏缺陷的元器件大面積的應用。

1 電子元器件可靠性試驗和測試系統

1.1可靠性試驗

可靠性試驗通常是建立在失效物理理論，以及采取施加強化環境應力方式基礎上的激發出產品失效的試驗方式，能夠將產品在設計、工藝、材料方面潛在的薄弱環節充分的顯示出來。可靠性試驗相較于傳統的試驗，其核心即為施加高于產品正常使用應力的荷載應力，將產品的隱藏缺陷進行有效的激發，及時的掌握住不良的問題并針對性的設計改進，進而促使產品在工作應力極限范圍消除隱患。

將可靠性試驗應用于電子元器件的測試中，主要是采取階梯性地提升電氣元器件工作應力及工作環境應力，及時的發現電子元件中的隱藏故障，然后展開失效原因分析，并反饋給前端技術部門進行設計、工藝等方面的改進。可靠性試驗通常是在產品設計以及研發周期的初期階段進行，發揮分析、反饋作用、進而完善設計提升產品質量。

1.2可靠性試驗剖面

可靠性試驗首先應當建立試驗剖面，確定試驗剖面最重要的有兩個方面，一是明確參試品的失效模式和失效機理，二是明確參試品的使用環境和應力施加方式。

在確定可靠性試驗剖面之前，首要工作就是分析電子元器件的失效模式和失效機理，失效模式和失效機理的確定，對確定可靠性試驗剖面應力條件具有十分重要的指導意義。失效模式和失效機理的確定方式通常可采用收集與該批次電子元器件具有相似設計原理，或具有相似功能、性能的其他電子元器件的歷史測試資料對比得出;也可以通過“頭腦風暴法”，通過對該元器件設計原理和應用場景的廣泛分析，通過以上兩種方式，得出待試產品的初步失效模式和失效機理。

其次需要試驗人員對于電子元器件使用環境熟悉了解，按照電子元器件使用的應力條件和工作環境，結合已初步明確的失效模式，系統地設計在試驗中如何施加各項應力，最終形成相應可靠性試驗應力參數。

最后按照影響待測電子元器件的各項應力參試設計可靠性試驗剖面，在設計可靠性試驗剖面的過程中，影響電子元器件的幾項重要應力條件應著重考慮：

1）溫度應力。溫度是導致電子元器件的故障重要影響因子，溫度及溫度循環主要激發的故障模式有：參試漂移、器件短路、器件結構分層、裂紋、內部結擊穿、引線松張或斷裂、電遷移、熱匹配差、浪涌電流等等。

2）振動應力。振動是影響電子元器件在實際使用效能的另一個重要因子中，主要是通過外力激發元器件內部使元器件產生故障，振動激發的失效模式主要有：產生干擾信號，產生干擾電壓、電流影響器件工作點;使器件工作性能超差或工作模式混亂;使元器件結構破壞造成短路、開路、松脫、晶體缺陷等。

3）濕度應力。由于物理特性的原因，濕度應力通常與高溫一同出現，造成高溫高濕的應用環境。高溫高濕主要激發的故障模式有：材料表面強度、硬度、彈性變化;加速金屬腐蝕而造成的介電特性改變;加速有機材料分解而形成的表面變形、氣泡、長霉;濕度增高導致的短路等。

4）電壓應力。超出正常使用條件的電壓應力對于激發電壓敏感器件的故障具有良好的效果，一般來說，高壓有利于暴露二極管、晶體管等半導體器件的故障，低壓有利于暴露繼電器等開關電路的故障。電壓應力測試激發的主要故障模式有：間歇失效、冷卻回火、性能降低、內部導線短路、絕緣極限擊穿等。

要綜合考慮到影響產品使用的應力條件，根據產品的實際使用環境，通過科學的分析，確定單一應力或者兩種以上組合應力的施加方式，最終明確可靠性試驗剖面。

1.3可靠性強化試驗

現代電子產品通常研制、生產周期較短，而傳統的環境模擬可靠性試驗時長且費用昂貴，為了快速且有效滿足現代電子產品發展需求，可靠性強化試驗應運而生。可靠性強化試驗是通過提高環境應力來快速激發潛伏或間歇性故障的測試方法，其主要依托于失效物理分析，在產品的早期研制工作中發現、糾正故障。電子元器件的研制、生產處在整個電子產品生命周期的早期，故對電子元器件階段開展可靠性強化試驗，往往起到更加立竿見影的效果。

在可靠性強化試驗中，應力的施加是采取步進式的方式進行的，應力可以是單一的環境應力，也可以是多種環境應力的組合，在應力施加的過程中，應力增量的選擇和各應力量級的停滯施加是兩個比較關鍵的問題。

1）應力增量的選擇。由于在步進式施加應力的過程中，不同的應力步進幅度都會對其加速因子和失效模式有較大的影響，因此設置步進式應力增量一般遵循的方式是：參照同類產品以初步確定待試品破壞極限應力值，將其與產品實際使用應力差值分成10等份，各等份值作為步進應力的增量。

2）各應力量級停滯時間。各應力量級停滯時間往往會影響待試品失效模式，包括失效類型、嚴重程度、間歇故障還是永久故障等，如果在較低的應力量級持續時間過長，則容易積累元器件的疲勞和損傷，而不能準確地確定元器件的破壞極限;如果在各應力量級停滯時間過短，則可能相應量級下故障無法充分激發。一般來說，振動應力的各步進量級停留5min就足夠確定產品的工作極限和破壞極限;而對于溫度應力停滯時間的選擇，若為探尋產品的工作和破壞極限，則使元器件在每個溫度量級達到溫度穩定即可，若為使用極大溫度應力來激發故障，則一般在試驗設備達到相應量級溫度值即可。

結語：

探究電子元器件的可靠性探試驗及測試系統期間，需要將待測元器件的功能特點和使用環境進行充分的掌握，全面的考慮到電子元器件實際情況，明確可靠性試驗的實施方式，搭建可靠性試驗剖面，在整個試驗過程中詳細記錄并認真分析所出現的任何異常狀況，并探索能否通過設計、工藝、材料的改良來消除這些缺陷，促使電子元器件可靠性不斷的提高。

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