軍用電子元器件可靠性篩選試驗流程創新研究

蒲曉明，高景旭

（陜西省電子技術研究所，陜西西安，712000）

0 引言

電子元器件作為電子產品的基礎組成單元，其可靠性直接影響著成品的質量和壽命。軍用電子元器件的可靠性更是關乎裝備質量與壽命，甚至會影響戰局的走勢，因此必須高度重視。業界已經形成較為完備的元器件可靠性篩選試驗體系，比如小型衛星中的電子器件的構造分析技術研究，小利潤小成本商用衛星的零件替補篩選技術條件探討，航空航天基本器件的質量調控研究，溫度交替中包裝的器件時效性實用性評估分析等[1]。當代電子科技的跨越性發展，電子元器件的種類與集成度遵循摩爾定律不斷推陳出新，封裝形式、引腳數量、工作電壓等參數復雜多變，為元器件可靠性篩選試驗提出了不小的挑戰，原有的篩選試驗流程已經不能滿足當前元器件發展的現狀[2]。可靠性試驗的快速高效成為當前亟需創新的問題領域。基于此，結合工作實際，通過總結分析現有流程的薄弱環節，嘗試改變其中的某些環節，實現簡化流程提高篩選效率的目的。

1 軍用電子元器件可靠性篩選試驗流程設計

隨著常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料生產工藝的完備，由加工技術導致的產品失效的情況正在減少，更多的是因為各種電子元器件的使用不當引起的。通過總結近年來電子元器件的故障和失效原因，分析其可靠性隱患。主要失效原因和所占百分比如圖1所示。

圖1 元器件失效模式占比圖

電子元器件失效的外顯狀況有兩種，其一為生產、周轉、裝配、使用過程中造成的表面損傷引發的器件功能受損，導致的器件可靠性變差；其二為元器件本身制造缺陷遺留的隱性故障，在特定的條件下被激發而產生的整個元器件失效。基于以上數據，軍用電子元器件的可靠性的重要不言而喻。設計有效篩選電子元器件的流程刻不容緩。

1.1 分立器件篩選設計

通過上述分析，探究電子元器件的失效根源。在可靠性篩選試驗中發現，電子元器件主要有早期失效、偶然失效、耗損失效三個階段。如下圖2所示。

圖2 元器件失效階段示意圖

從上圖可以做出推斷，通過試驗手段剔除掉早期失效電子元器件，將帶有質量隱患的器件隔離在使用門檻之外，保證正常工作狀態并且失效的機會少，進而提高電子元器件的可靠性。基于上面的想法，設計軍用電子元器件可靠性篩選流程為：高溫存儲-交替循環-加速度-功率質量檢測-高溫抗壓測試-低溫抗壓測試-常溫測試-檢漏-視覺包裝檢查。

設計分立器件的有效性實驗。第一是在高溫度環境下的耐熱度儲存實驗[3]。注意變量不考慮應用中的電壓與零件規格值的比值，在這種條件下觀察高溫度對元器件儲存的影響。

第二需要進行低溫高溫交替儲存試驗。為了測試元器件在低溫和高溫的特殊情況的抗壓能力和對冷熱交替的承受度。

第三進行加速度試驗，確定元器件的最大離心力承受數值。

顆粒碰撞噪聲檢測，檢測元器件空腔內的微小顆粒，針對這些殘留顆粒需要在真空滅弧室經過若干次擊穿或者暴露表面經受離子轟擊，消除微觀凸起和殘留雜質等[4]。

第五，進行氣體密封性能試驗；X光檢驗，最后進行電參數測量，檢測器件各項性能數值是否滿足規范要求。針對高質量高要求的產品，列出了器件性能自檢表。

表1 元器件檢查表

9 常溫終測 常溫，按相應期間規范10 允許不合格率 ≤10%

實際使用中，要根據器件的封裝，選取合適的項目。工作實踐發現，加速度測試、對器件內多余粒子碰撞噪聲檢測試驗、密封性檢驗對塑封和玻璃封裝以及灌封都不適用。

1.2 集成電路篩選設計

集成電路品種很多，大體可以分為單獨集成電路和混合式集成電路。進口的產品質量需要達到使用標準，所以進行可靠性篩選檢測。規定高溫低溫交替實驗的次數增長為五十次，加速度的數值也比之前的高，大概比之前增長10000g。對電路板上的輕微凸起和顆粒殘留的去除技術還可以分為靜態和動態，以及在清理完成前后需要對產品的各項質量參數進行變量的計算。在篩查過程中X光檢測對所有產品都適用。對于高質量等級的產品，一般文件齊全并且標注的數值比較可靠，所以在初步篩查的時候只需要進行比較基礎的檢測手段就可以滿足可靠性要求標準。而一般等級質量的元器件，需要加大篩選力度也就是將溫度交替檢測、高溫檢測和功率老煉的次數和數值提升上來。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

選取某國營制造廠制作的元器件，進行篩選流程實驗。

實驗樣品結構：硅材料之下的三塊半導體結構，外延擴展分散的平面型，金屬真空密封型。

特點：開關工作間隔時間短，運行頻率大于20Hz，飽和壓力數值一般為0.2V。

室溫下初次檢測：按照各項手冊標準要求，在室溫下檢測，各項數值結果都符合相關要求。

高溫貯存：GJB128A-1997 方法 1031

貯存溫度：175℃貯存時間：24h。

溫度循環 ：GJB128A-1997 方法 1051

循環溫度：-55℃-175℃

高低溫交替實驗次數：10次。先極端低溫保持三十分鐘，再極端高溫保持三十分鐘，兩種溫度環境的轉換時間小于一分鐘。樣品在十五分鐘內達到規定的安全溫度。

加速度：時長一分鐘，對于測溫的熱電偶溫度達到25℃時，額定功率數值大于等于10W，加速度設定為1-10000g。

顆粒碰撞噪聲檢測：GJB128A-1997方法2052試驗條件B。

二次室溫儲存實驗：依據相關的規定以及手冊的要求，樣品最少在室溫下靜置兩小時，并在24小時內進行二次檢測，各項數值都符合規定標準。

殘留粒子清除：常溫下，額定功率，電力的運作使得樣品管內溫度升高。樣品的三極管在滿足要求的散熱下，器件功率應滿足零部件的使用應力低于其額定應力的曲線要求。

2.2 實驗結論

運用本文提出的檢測流程，得出的參數見表2。

表2 試驗樣本參數表

通過對樣本篩查方法的設計，根據實驗樣品型號常見的失效模式，確定篩選流程；根據樣品的電特性和最大規定數值，確定篩選單位面積上所承受的力；根據器件使用的篩選方法，確定篩選時長和次數，選擇出具有典型性的電力參數和一定的篩選循環周期，通過規定的檢查順序原則確定篩選的步驟。在方案實行的過程中，記錄下的相對應的數值參數，這些參數在進行對比之后分析滿足質量要求，同時在各種外力的壓力測試之下無形變。對比傳統的對電子元器件的篩選流程得出的各項參數，本文提出的流程得出的結果更加可靠。