淺談電子元器件可靠性檢測

【關鍵詞】電子元器件；可靠性檢測；二次篩選

引言

目前，我國電子元器件的生產工藝并不高，可靠性檢測是保證電子元器件可靠性的有效措施，是提高整批電子元器件可靠性水平的重要手段，經由元器件檢測，規避早期失效產品所造成的影響。

一、電子元器件可靠性及其主要影響因素

（一）電子元器件可靠性概述

按照學界公認的定義，電子元器件可靠性指的是在一定條件下，其能夠在規定時間與預期壽命期間內按照其功能與性能的要求正常穩定工作的能力。

在元器件生產過程中，難以按照工藝規范控制操作，設備狀況、人為因素、原材料等工藝條件不可避免會造成電子元器件在設計和制造上的缺陷，導致元器件提前失效，壽命遠低于整批元器件的平均壽命，這些提前失效的元器件稱為“早期失效”。通過大量的使用和試驗結果證明，大多數元器件的失效率與時間關系呈現“浴盆”形狀，簡稱“浴盆”曲線，見圖1。從“浴盆”曲線可以看出，在早期失效期內，元器件隨著工作時間的增加，失效率迅速降低，主要是由于設計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。

失效率越過臨界點A，元器件的失效率進入偶然失效期，也稱隨機失效期，這一階段元器件失效率較低，且穩定在一個較小的數值上，這一階段，是元器件使用的良好階段，元器件可靠性指標所描述的正是這一階段。在偶然失效期間，會有較低的失效率，主要原因是質量缺陷、材料弱點、環境因素和使用不當等因素所導致。失效率越過臨界點B時，便進入了元器件耗損失效期，元器件失效率隨著時間推移迅速增加，主要是由于元器件疲勞、老化等原因導致。

按照可靠性檢測方向以及檢測要求，可分為固有可靠性以及使用可靠性，基于元器件可靠性進行系統化檢測與分析，有助于進一步滿足用戶需求，延長整機設備的使用壽命。

（二）影響電子元器件可靠性的主要因素

設計因素

由于電子元器件運行中所面對的工況條件復雜，在方案設計時應考慮電應力、熱應力、元器件公差、電氣干擾等相關內容影響，同時加強對電子元器件維修保養、測試進程等方面的關注與重視，使電子元器件的使用與維護成本實現進一步下降，滿足可靠性設計要求。

生產工藝

在電子元器件生產制造過程當中，所應用到的生產工藝，如材料質量、質量工藝，質量控制等，可能導致元器件的失效率增加，對性能與可靠性產生影響。因此，元器件可靠性需要生產廠針對性加強生產工藝流程的關注與重視程度，規避可靠性問題所帶來的影響。

環境因素

影響電子元器件的環境因素主要有電氣環境、機械環境、環境應力等方面。其中，電氣環境因素指的是電子元器件受到電氣環境應力的影響，如電壓、電流、靜電放電等，這些因素都會對元器件的可靠性產生一定的影響，導致元器件性能下降或失效。機械環境包括振動、沖擊、離心、腐蝕等，導致元器件焊點開裂、印制電路板變形、松動等問題，使得元器件性能下降或失效。氣候環境因素包括恒定加速度、溫度循環、高溫貯存、熱沖擊、濕熱、鹽霧等，會使元器件內部不同溫度特性材料的內應力增加，從而導致元器件性能下降或失效。

二、電子元器件二次篩選檢測流程

（一）外觀檢測

作為電子元器件二次篩選與可靠性檢測過程當中的關鍵一環，嚴格按照《微電子器件試驗方法和程序》（GJB548B-2005）對其進行外觀檢測具有重要作用。技術團隊與從業者需要綜合運用千分尺、卡尺、量規、輪廓投影儀等相關設施設備針對目標元器件的外殼、外形、尺寸、狀況、特殊引線形狀特征、伸出凹下部件尺寸以及其他關鍵性外形數據進行量測，當發現元器件尺寸超出規定公差要求或極限值要求時，說明元器件可靠性不符合預期，需要及時進行處理。

（二）電測試

除外觀檢測外，為確保目標元器件在一般工作條件以及工作狀態下的可靠性與運行壽命能夠達到設計目標，需要對其運行過程當中的電性能進行全方位驗證。在組織開展元器件二次篩選電測試時，應嚴格針對測試環境進行控制，將溫度控制為25℃左右的常溫狀態，同時將空間內的相對濕度控制在20%～80%之間，針對不同類型的元器件，濕度控制應有相應變化，測試過程當中還需要對通過設備的電壓、電流進行嚴格控制，避免因出現浪涌電壓等現象而導致元器件性能受到影響。

（三）溫度循環測試

在電子元器件的使用過程當中，可能會面臨極高溫或極低溫等不同的溫度條件狀況，因此為保障元器件運行壽命及其綜合性能，需要針對其在不同溫度狀態下的表現情況進行全方位檢測與研究。在測試過程當中，需要消除元器件本身所帶有的電應力，同時按照一定規律以及變化特征針對電子元器件的運行溫度進行調整與控制，并要求目標元器件能夠在規定溫度條件下完成工況循環，在測試過程當中，還應充分遵循篩選檢測技術條件中關于溫度循環試驗提出的要求；同時，專業測試人員針對目標元器件在不同溫度條件下的表現及其可能產生的缺陷現象進行及時記錄，若出現變形、變色或表面裂紋等情況，則說明其可靠性無法滿足溫度循環測試要求。

（四）恒定加速度檢測

在針對以集成電路為代表的電子元器件進行應用時，及時對元件結構當中可能出現的物理缺陷以及相關問題進行定位與處置，能夠進一步延長元器件使用壽命，充分保障其可靠性。因此，可開展元器件恒定加速度檢測工作，在檢測過程當中，首先應考慮到電子元器件的封裝工藝以及封裝模式，其中采用金屬封裝、陶瓷封裝等技術手段的元器件能夠滿足恒定加速度檢測需求，而采用其他封裝模式的電子元器件則不符合加速度檢測目標。在檢測過程當中，可結合元器件設計可靠性指標以及電子元器件體量等要素，分別將恒定加速度設定為5000g與20000g，并針對檢測過后的電子元器件表現情況進行檢查與分析，若元件未出現結構與機械層面的質量問題，則說明其可靠性符合設計目標以及預期要求，滿足客戶使用要求。

（五）粒子碰撞噪聲檢測

一些元器件在設計過程當中，其內部結構可能會存在可動冗余，導致長期運行的穩定性受到影響。因此，為減少設計生產與制造過程中出現可動冗余情況的元器件，可以針對元器件開展粒子碰撞噪聲檢測（PIND），從而規避長時間運行產生的短路與故障風險。在檢驗與測試過程當中，應當關注電子元器件的腔體高度狀況，并按照檢驗方法要求對其施加一定的機械應力，從而使元件內部的可動冗余得到有效抑制。

（六）老化

通過老化試驗，一些電子元器件可能會出現顯著的老化現象，因此可通過老化試驗檢測方法，對元器件的失效狀態進行綜合分析，并針對其潛在的缺陷以及性能問題進行及時挖掘與系統化研究。在針對集成電路為主的電子元器件進行老化試驗時，可采用集成電路老化試驗設備，對其試驗過程當中的時間周期以及溫度狀況進行設定，同時按照相關規范標準針對集成電路的失效判定指標進行明確，使集成電路的性能與可靠性能夠得到相應展現。

（七）氣密性檢測

在開展氣密性檢測的過程當中，運用示蹤氣體氦細檢漏方案針對集成電路的氣密性能進行測驗與分析，從而保障其氣密性達到預期標準。在進行氣密性檢測的同時，人員應當關注到集成電路的樣品封裝狀態以及受檢器件的表面特性，避免在檢測過程當中誘發相應隱患與風險。

（八）高溫貯存測試

為使集成電路的可靠性更加直觀展現，元器件應針對其在高溫狀態下的貯存性能以及貯存壽命進行測驗與分析，同時明確集成電路的失效機理以及失效模型，為相關元器件的設計、生產與制造過程提供參考依據。在試驗過程當中，應將目標受檢元件放置于恒定的高溫狀態下，并規定相應的測試時間以及測試周期，在此基礎上針對元器件所暴露出的缺陷與問題進行及時識別，從而強化檢測效果。在進行高溫貯存試驗的同時，應嚴格控制電子元器件的貯存溫度范圍、區域內溫度均勻性、溫度變化速率以及整個測驗空間等相關指標，從而避免試驗空間內部各項要素之間的互相干擾，保障最終結果的準確可靠。

（九）聲學掃描檢測

為進一步明確集成電路等電子元器件貯存與運行過程當中可能產生的各項缺陷與性能問題，可運用掃描聲學顯微鏡等技術手段對其可靠性進行全方位掃描與檢測，從而直觀掌握元器件使用過程當中所產生的裂紋、空洞、分層、雜質等缺陷，使其設計思路以及生產工藝得到針對性優化與改進。在依托掃描聲學顯微鏡針對封裝電路開展掃描檢測的過程當中，可借助超聲脈沖信號對受測目標元件所返回的聲波信息進行收集與記錄，能全面了解和掌握電子元器件的粘接質量與可能存在的缺陷情況，實現短時間內對大批量電路元件的篩查與選擇，有效加快了二次篩選工作的開展效率與開展速度，實現了對次品的有效剔除。

三、二次篩選流程設計

為明確電子元器件二次篩選試驗流程，現以集成電路二次篩選程序為例進行分析與探討。按照電路類別進行劃分，可主要分為單片集成電路以及混合集成電路等兩種主要類別，其中，單片集成電路電參數測試應滿足產品手冊要求，溫度循環條件為10次，恒定加速度設定為Y1方向，條件為E或D，外部目檢時需選用10倍放大鏡或顯微鏡，老煉溫度應控制在125℃以上。混合集成電路電參數測試、老煉溫度條件等與單片集成電路一致，密封篩選與檢測時按照試驗條件差異可分為細檢漏與粗檢漏兩種。

四、保障電子元器件可靠性的具體措施

在電子元器件的設計與生產過程當中，如何保障其貯存與使用過程中的可靠性始終是技術團隊需要面對的重要挑戰，從業者應積極采取措施對電子元件可靠性的影響要素進行系統化挖掘與分析，并給出相應的解決方案以及解決措施，使得電子元器件的可靠性得到保障。

（一）優化設計方案

在以集成電路為代表的電子元器件設計時，設計人員應當綜合考慮到元器件的用途、生產規模、運行周期、運行環境等相關指標的要求，同時對其設計方案進行全面優化與改進，使其機械結構、空間布局、運行方式等能夠符合電子元器件的使用特征，全面加強電子元器件的綜合可靠性，使其生產效益以及壽命得到充分強化與提升。

（二）正確開展選型

在針對高溫環境下元器件進行設計與生產的同時，應對元件結構、粘接固定方式、涂覆加工流程等進行全面優化，確保其元件的耐高溫性能，避免出現相應的質量問題以及壽命問題。

（三）強化質量監督

生產制造過程中，應當加強其質量監督工作，全面提升對質量監督以及可靠性管理的關注與重視程度，使元件生產、使用和運行過程當中可能出現的可靠性風險得到有效抑制，使其組裝工藝能夠達到相應技術目標，充分提升元件連接牢固度、密封性及其耐環境腐蝕能力等指標。

（四）開展二次篩選

二次篩選是元器件可靠性保障的有效措施。目前，基于我國電子元器件設計、制造和工藝等方面的現狀，以及進口元器件采購中的諸多不可控因素，電子元器件二次篩選已成為誘發電子元器件設計、生產中潛在的缺陷，有效剔除早期失效產品，提高整機系統的可靠性測試過程當中必不可少的一環。通過一系列針對性的試驗，能夠充分提高元器件的使用可靠性，有效保障進口元器件產品的質量可控性，使裝備整體可靠性能夠在二次篩選過程中得到進一步強化與提升。

結語

在當下各個領域的發展進程當中，電子元器件發揮著至關重要的作用，尤其是裝備用元器件。關注電子元器件可靠性的主要影響因素，按照國家相關規定要求明確電子元器件可靠性篩選檢測標準，并能夠從實際出發，給出相應的優化策略和優化方案，強化生產制造質量監督，提升元器件固有可靠性；正確開展型號選型，關注環境防護、開展二次篩選．提高元器件使用可靠性，從而提升以集成電路為代表的電子元器件的綜合可靠性。