電子元器件檢驗過程控制及優化措施研究

【摘要】抽樣檢驗是成品檢驗過程中一種常用的檢驗方法，以少數樣品的檢驗結果來評價整批元器件的質量，因此提交檢驗的樣本、樣品的抽取以及試驗過程的控制，在整個檢驗過程中相當重要。本文結合實際工作中檢驗情況，簡要闡述如何做好檢驗過程的控制。

【關鍵詞】成品檢驗；抽樣；試驗樣品；過程控制

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.057

Research on Process Control and Optimization Measures for Electronic Component Inspection

NIAN Tantan， YU Yao， WANG Guoning， PAN Tinglong

（East China Institute of Optoelectronic Integrated Devices， Bengbu 233000， China）

Abstract： Sampling inspection is a common inspection method in the inspection process， to a few samples of the test results， to evaluate the quality of the whole batch of components， so sample extraction， test process control， in the whole inspection process is very important， combined with the actual work of the inspection situation， briefly describes how to do a good job in the inspection process control.

Keywords： finished product inspection； sampling； est sample； process control

0前言

檢驗伴隨著電子元器件生產的整個過程，按產品的加工流程一般分為來料檢驗、工序檢驗、成品檢驗。前兩者分別對組成電子元器件的原材料及加工工藝過程的質量控制，而成品檢驗則是通過抽樣的方式按文件要求對生產完成的產品進行各種可靠性試驗，以驗證整批產品是否滿足用戶要求，并檢驗組成產品的原材料是否合格及加工過程是否受控。

1電子元器件成品檢驗的重要性

成品檢驗是電子元器件出廠前的最后一步檢驗，是保證產品質量及杜絕有缺陷或不合格品流向市場的重要質量控制手段，成品檢驗過程中，數據的判定、比對及各項檢驗試驗過程的控制，對評價電路質量是否符合用戶需求起著至關重要的作用。為確保產品質量并提高檢驗效率，電子元器件在出廠前必須遵循規定的抽樣方案進行檢驗。這意味著從一批或一個生產過程中隨機抽取部分個體或材料進行檢查。由于不可能進行百分之百的檢驗。因此，在整個檢驗過程中，多個因素都會影響產品的檢驗結果以及對整批產品可靠性水平的判斷。這包括試驗樣品的前期應力篩選處理，檢驗試驗樣品的選擇，以及檢驗過程中的控制。只有通過精確的前期篩選和嚴格的質量控制，我們才能確保檢驗結果的準確性，并準確評估整批產品的可靠性。本文將從待驗產品的前期應力篩選過程，樣品的抽取、轉運與儲存，試驗過程的控制等方面對當前存在的問題進行研究分析并提出一定的改進意見，以保證檢驗試驗過程受控，從而保證試驗結果的準確性。

2電子元器件成品檢驗內容

電子元器件種類繁多。按功能結構可分為模擬集成電路和數字集成電路；按集成電路制作工藝可分為半導體集成電路和薄膜集成電路；按封裝材料分為金屬管殼封裝、陶瓷管殼封裝和塑封等三類；不同類型的元器件檢驗內容也有差別。通過對比GJB 597B—2012《半導體集成電路通用規范》、GJB 2438B—2017《混合集成電路通用規范》、GJB 548B—2005《微電子器件試驗方法和程序》及GJB 7400—2011《合格制造廠認證用半導體集成電路通用規范》中規定的檢驗要求，通常將經過應力篩選后的電子元器件檢驗項目分為電性能測試、力學試驗、環境試驗等。在電子元器件篩選完成后，要經受A、B、C、D、E組檢驗：

1）A組檢驗包含電性能測試。

2）B組檢驗包含外形尺寸、耐溶劑性、內部目檢及機械檢查、鍵合強度、芯片剪切強度、可焊性、密封（細檢和粗檢）、X射線、超聲檢查。

3）C組檢驗分為C1、C2、C3、C4、C5組檢驗：C1組檢驗包含耐焊接熱、外部目檢、PIND、溫度循環、機械沖擊或恒定加速度、隨機振動、密封（細檢和粗檢）、PIND、目檢、終點電測試，C2組檢驗包含穩態壽命，終點電測試，C3組檢驗包含內部水汽含量，C4組檢驗包含內部目檢、引線鍵合強度、元件剪切強度，C5組包含ESD檢驗。

4）D組檢驗分為D1、D2、D3組檢驗：D1組檢驗包含熱沖擊、穩定性烘焙、引線牢固性、密封（細檢和粗檢），D2組為鹽霧試驗，D3組檢驗金屬外殼絕緣。

5）E組輻射強度保證試驗（一般用于航天），個別試驗在不同的規范內定義的分組內容可能不同。例如，GJB 7400—2011《合格制造廠認證用半導體集成電路通用規范》中規定的D組檢驗項目就和其他三個規范規定的C組存在共同點，但是試驗考察的本質是相同的。

塑封的半導體集成電子元器件在進行D組檢驗還需要進行預處理，按封裝形式不同可將其分為表貼（SMD）和直插（DIP）兩種形式，不同封裝形式的產品預處理內容也不同。通常塑封表貼的半導體集成電子元器件屬于非氣密性器件，封裝材料內部很容易受外部環境中潮氣的侵蝕，在后續使用過程中，容易受焊接高溫的影響，將會引起器件界面分層，甚至爆裂；對于此類封裝的半導體集成電子元器件國標中規定的預處理試驗流程是按相對應的器件詳細規范的規定進行，而產品詳細規范一般都是項目負責人依據用戶技術協議要求并結合相對應的國標和總規范的要求編制而成，導致部分公司的項目負責人在編寫規范時無依據可循，只能進行簡單的高溫烘焙，以此處理產品內部滲入的水汽，但是我們查閱國外NASA發布的塑封微電路選用、篩選和鑒定指南中關于塑封集成電路預處理試驗，根據其指向的試驗依據標準是JESD22—A113F《可靠性測試前非密封表面貼裝器件預處理》，該標準規定采用溫度循環、烘烤和回流焊等組合的方式進行預處理。

塑封直插的半導體集成電子元器件預處理過程與表貼的不同，在GJB 7400—2011《合格制造廠認證用半導體集成電路通用規范》中4.5表6中有明確規定，在進行D4組試驗前只需按照GJB 548B—2005《微電子器件試驗方法和程序》中方法2030超聲檢測和GJB 360B—2009《電子及電器元件試驗方法》中方法210耐焊接熱處理即可。

3檢驗試驗過程中常見的問題及影響

3.1檢驗批提交審查問題

提交成品檢驗的電子元器件，必須經過環境和力學方面的應力篩選。元器件應力篩選既是一種工藝，也是一種試驗，就是人為地為元器件制造早期的工作條件，目的是迫使存在于產品中可能變成早期故障的缺陷提前激發成故障。只有通過應力篩選消除早期故障、剔除失效元器件的樣本，元器件的檢驗和試驗結果才更有意義。由于電子元器件生產批量大、批數多，而且每種器件的工作原理和技術特征又不同，因此，不同的元器件篩選檢測方法也不同，合格判定標準也不同。

為提高電子元器件的可靠性，生產完成的軍用電子元器件必須經過100%的應力篩選，施加應力水平以能激發出故障、不損壞產品為原則，篩選結果要滿足PDA（允許不合格品率）要求且不存在典型失效或公司內控的質量目標要求。PDA是在完成規定的100%篩選試驗項目后，接收某批產品時允許出現的不合格品的最大百分數。GJB 2438B—2017《混合集成電路通用規范》中C4.8.1及GJB 7400—2011《合格制造廠認證用半導體集成電路通用規范》中4.5表1A和表1B都明確指明老煉完成后的常溫靜態電測試失效的產品數量才能納入PDA的計算，人員操作和設備故障引起的失效不應納入PDA的統計計算，篩選完成的產品合格率達到規定的要求才允許提交檢驗。因此，這就要求檢驗員具備區分篩選過程中每個失效產品的失效原因，并能分類統計的能力。而在實際生產過程中，由于檢驗員的粗心大意或專業技能不足會導致PDA計算錯誤和對典型失效產品統計有誤，從而影響對產品質量水平的判斷。除了保證對失效產品統計計算的準確外，還應防止產品的篩選流程未完成或篩選過程中漏項、增項等以及篩選條件與產品的文件要求不一致等問題。提交檢驗批的產品符合工藝文件和篩選文件要求，是檢驗產品生產過程穩定性及產品可靠性的前提。

3.2檢驗樣本量大小的選取問題

在抽樣檢驗過程中，一般通過以下三種方式確定受檢樣品的大小。

1）規定的固定樣本量，是一種最基本和比較普遍的抽樣方案。

2）按照既定的可接受質量水平（AQL）與檢驗水平來確定樣本量，AQL值由供應商與采購方依據技術規格或合同條款共同確定。檢驗水平分為七類：三種常規檢驗水平與四種特殊檢驗水平。檢驗員依據待檢產品的檢驗級別及AQL值，通過查閱標準表格來確定樣本大小。該抽樣方法主要適用于生產過程穩定或連續生產的批次。

3）按批允許不合格品率即LTPD值的大小，通過查表確定樣本量，此方案將以很高的置信度保證不合格品率大于規定的LTPD值的批不會被接收。

在實際檢驗中由于集成電路的品種多，每種電路的質量特性和生產加工情況不同，所以規定的抽樣標準也不同。抽樣方式的多樣化會導致檢驗員在抽樣時由于專業知識認知不足、粗心大意或憑經驗等主觀意見，錯誤地認定待檢產品樣本的大小。少抽則影響產品的檢驗數據和質量判定，不能真實地反映產品的質量水平。多抽則造成人員和設備的浪費，增加檢驗成本。準確無誤地確定抽樣數量，是檢驗實施過程的前提，也是保證產品檢出率的重要保證。

3.3樣品轉運過程的問題

在樣品轉運過程中，可能會存在靜電損傷、應力損壞、樣品丟失、混批等因素，電子元器件是對靜電比較敏感的器件，尤其是需要專業機構來確認或實施的檢驗的轉運過程，往往需要長途運輸。由于電子元器件的封裝形式、管殼和引腳的材料、外形尺寸的大小、器件的防靜電等級等不同，如果轉運工具或包裝材料選擇不當，在轉運過程由于震動、掉落、堆擠、受潮、靜電等都會對待檢樣品造成損壞或丟失，從而破壞樣品的初始檢驗狀態，最終影響試驗結果的準確性，增加檢驗周期，導致產品交付節點延期，造成檢驗成本增加。

3.4樣品交接存放問題

在試驗樣品的檢驗過程中，有些試驗項目需要委托給特定的檢測機構進行試驗，如機械應力、環境應力、電應力試驗等。為了縮短檢驗周期有些試驗項目需要并行開展，所以同種型號、同批次、相同數量的試驗樣品可能會同時進行不同的試驗。在交接過程中會存在樣本數量、試驗項目交接混亂，或受設備試驗能力和人員的影響，接收方在接收到樣品時不能第一時間進行試驗，造成樣品要在檢測方存放一段時間。如果存放不當會造成樣品表面氧化，對非密封性的模塊電路可能會造成內部器件失效。

3.5檢驗試驗過程的問題

檢驗試驗過程是整個產品檢驗試驗的關鍵。試驗過程是否受控、試驗操作人員是否規范、試驗設備和檢測儀器是否在計量有效期等，都將影響試驗數據的準確性。尤其在進行機械應力試驗時，如使用不適用的工裝，會引入試驗條件以外的力，造成封裝材料形變開裂等損傷；設備接地不好，在傳遞電流時會引起突然的振蕩，從而引起電流波動，產生過電應力導致待檢產品發生介質擊穿或表面擊穿等故障；試驗人員操作不規范，未按要求采取防靜電措施、未持證上崗、進行試驗前設備未校準等都會對檢驗結果造成影響。

4檢驗試驗過程中的優化及改進措施

4.1加強班組管理制定可視化檢驗操作

班組是組成公司的最小單元，同時也是保證產品質量和可靠性的重要單元。程序文件給出班組的職責及工作要求，每個參與檢驗試驗的班組都應將程序文件要求轉化成可視化的操作過程，讓檢驗試驗人員更便于結合實際過程進行理解。尤其對影響檢驗過程及數據的關鍵性檢驗項應重點標記出來，如篩選項目的完整性及試驗條件準確性的核實，防止出現試驗條件過松或過緊，影響產品的可靠性。明確一般檢查項，如提交檢驗產品的實際數量和包裝的完整性，初步肉眼檢查產品外觀等。

4.2加強檢驗員專業技能培訓

檢驗員是實施檢驗過程的核心，他們的專業技術能力和工作責任心直接影響整個檢驗試驗的質量。因此，定期開展檢驗員的專業技能和職業道德培訓至關重要。這些培訓旨在加深檢驗員對品質審查和檢驗技術的理解，確保他們具備足夠的專業知識和技術能力。同時，加強檢驗員職業道德的培養也同樣重要，這有助于提高他們的專業素養和責任心。通過這些措施，檢驗員將能夠更加嚴格地按照檢驗要求進行工作，認真履行自己的職責，確保檢驗過程的準確性和可靠性。

4.3定制專用的檢驗樣品轉運工具

根據待驗元器件的封裝形式及特性，定制適用樣品盛放容器，對場效應晶體管、CMOS電路靜電放電敏感的元器件等，應存放在具防靜電的轉運容器內。在檢驗樣品的抽取過程中，禁止檢驗員在未佩戴防靜電手腕的情況下，用手或身體其他部位觸摸電路。電子元器件在轉運容器中要分開隔離擺放，減少器件之間相互碰撞，造成電子元器件內部結構損壞導致功能失效。在轉運過程中，人工轉運待驗樣品存在脫手摔落的風險，應使用專用的轉運小車。將存放待檢電路的轉運容器放在小車上進行轉運，不僅可以有效地防止轉運容器掉落，造成器件丟失、損壞，還可以有效地降低檢驗成本及提高檢驗結果的判定。

4.4完善樣品交接程序和存儲管理

檢驗樣品交接要做到底數清楚，委托單資料要確保填寫無誤，并與實物相符。交接時必須當面交驗清楚，按樣品名稱、型號、批號、數量、試驗條件等進行核對，確認無誤后簽字驗收；應制定相應的樣品標識控制方法和程序以便后期追溯和控制；制作專用的樣品存放柜，保持柜內清潔、通風、無腐蝕性氣體，存儲的溫度和相對濕度必要時要保持柜內溫度：-5～ 30℃，相對濕度：20%～75%；檢驗合格的檢測樣品應分開存放，做好標識，防止樣品混淆，用防靜電袋和抽真空的方式裝進合適的包裝盒保存，并做好臺賬記錄。

4.5加強試驗過程控制及監督

編制試驗過程作業指導書，內容應包括工作過程的方法步驟、工作區域的管理要求、檢驗設備操作人員的資質要求等。制定有針對性的監督計劃，明確監督計劃的內容、方式和要求。質量監督計劃的內容可以從檢驗試驗人員的專業技術能力、檢驗試驗的理解、檢驗試驗的工況環境、檢測設備的運行狀況、檢驗方法的選擇和使用、試驗過程是否規范、原始記錄的填寫是否與實際檢測相符等方面進行。具體內容要與試驗過程中存在的相對薄弱環節相適應，一旦確定監督計劃后要程序化、規范化，并嚴格執行監督計劃的內容。

5結束語

檢驗試驗的過程監督與控制是一個持續改進的過程。檢驗數據的準確性，不僅與試驗環境及設備有關，更與檢驗試驗人員的專業素養和職業道德息息相關。在實施電子元器件的檢驗試驗過程中只有不斷提升檢驗試驗人員的技術能力，加強試驗過程控制，使整個過程規范有序，才能把握好產品質量關。保證出廠產品滿足用戶需求，捍衛企業的形象，為企業產品揚名。

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【作者簡介】

年探探，男，1989年出生，工程師，學士，研究方向為微電子器件可靠性檢測。

（編輯：于淼）