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電子元器件老化篩選的目的和方法
發(fā)表時間:2023-01-29 11:23:39

電子元器件的壽命

電子元器件有效工作壽命就是它的可靠性,即它能夠正常完成某一特定電氣功能的時間。電子元器件失效的過程通常是這樣的:隨著時間的推移或工作環(huán)境的變化,元器件的規(guī)格參數(shù)發(fā)生改變,例如電阻器的阻值變大或變小,電容器的容量減小等。當它們的規(guī)格參數(shù)變化到一定限度時,盡管外加工作條件沒有改變,卻也不能承受電路的要求而徹底損壞,使它們的特性參數(shù)消失,例如二極管被電壓擊穿而短路,電阻因阻值變小而超負荷燒斷等。顯然,這是一個“從量變到質變”的過程。

電子元器件的失效率是時間的函數(shù)。統(tǒng)計數(shù)字表明,新制造出來的電子元器件,在剛剛投入使用的一段時間內,失效率比較高,這種失效稱為早期失效。電子元器件的早期失效,是由于在設計和生產(chǎn)制造時選用的原材料或工藝措施方面的缺陷而引起的。它是隱藏在元器件內部的一種潛在故障,在開始使用后會迅速惡化而暴露出來,元器件的早期失效是十分有害的,但又是不可避免的。在經(jīng)過早期失效期以后,電子元器件將進入正常使用階段,其失效率會顯著地迅速降低,這個階段叫做偶然失效期。在偶然失效期內,電子元器件的失效率很低,而且在極長的時間內幾乎沒有變化,可以認為它是一個小常數(shù)。在經(jīng)過長時間的使用之后,元器件可能會逐漸老化,失效率又開始增高,直至壽命結束,這個階段叫做老化失效期。電子元器件典型的失效率函數(shù)曲線如圖1 所示,其變化的規(guī)律就像一個浴盆的剖面,所以這條曲線常被稱為“浴盆曲線”。

圖1 失效率函數(shù)曲線

老化篩選的原理及目的

老化篩選的原理及目的是:給電子元器件施加熱的、電的、機械的或者多種結合的外部應力,模擬惡劣的工作環(huán)境,使它們內部的潛在故障加速暴露出來,然后進行電氣參數(shù)的測量,篩選剔除了那些失效或變值的元器件,盡可能把早期失效消滅在正常使用之前。

老化篩選的方法

隨著元器件生產(chǎn)水平的提高,在實際生產(chǎn)中根據(jù)不同產(chǎn)品的要求,根據(jù)國家標準選擇不同的老化篩選要求和工藝。通常,對那些普通民用產(chǎn)品和要求不是很高的低檔電子產(chǎn)品,一般采用隨機抽樣的方法老化篩選元器件,而對那些可靠性要求較高、工作環(huán)境嚴酷的產(chǎn)品,如航天或軍工產(chǎn)品,則必須采用加嚴的老化篩選方法,100% 逐個老化篩選元器件。

電子元器件老化篩選項目一般有:高溫貯藏、功率老化、溫度循環(huán)、離心加速度、粗細檢漏、鏡檢、監(jiān)控振動和沖擊、精密篩選等方法。其中功率老化是給試驗的電子元器件通電,模擬實際工作條件,再加上+80℃至+180℃的高溫經(jīng)歷幾個小時,它是一種對元器件多種潛在故障都有檢驗作用的有效措施,也是目前采用得最多的一種方法。

可靠性篩選不同于一般的質量驗收,它是通過施加應力或者檢測的辦法來剔除早期失效(即有缺陷的)產(chǎn)品,所以,可靠性篩選不是檢查產(chǎn)品的好壞,而是假設所有產(chǎn)品開始時都是好的,而且,可靠性篩選是對100%的產(chǎn)品進行試驗。

常用的老化與篩選方法有:

1. 高溫貯藏

電子元件的失效多是由于體內和表面各種物理、化學變化所引起的,和溫度有著密切的關系。溫度升高以后,化學反應速率加快,失效過程得到加速,使有缺陷元器件能及時的暴露,從而加以剔除。

2. 功率老化

功率老化又稱電老化或電老練。篩選時在熱電應力的共同作用下,能較好地暴露元器件表面和體內的潛在缺陷,它是可靠性篩選的主要項目。

3. 溫度循環(huán)

利用極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應力,能有效的剔除有熱性能缺陷的產(chǎn)品。常用的篩選條件是-55℃至+125℃,循環(huán)5-10次。

4. 離心加速度

通常在半導體器件上進行。它是利用高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用于器件上,可以剔除鍵合強度過弱、內引線匹配不良以及裝架不良的器件。

5. 粗細檢漏

粗細檢漏又稱氣密性試驗。通常在半導體器件和其他有氣密性要求的產(chǎn)品上進行。它用來剔除氣密性不好的元器件,以保證產(chǎn)品在長期使用中的可靠性。

6. 鏡檢

產(chǎn)品在封裝以前用顯微鏡檢查通常稱為鏡檢。對于半導體器件這是一種重要的無損篩選手段。通常用30-15ox立體顯微鏡觀察各種缺陷,必要時可以用高倍顯微鏡觀察缺陷。

7. 監(jiān)控振動和沖擊

在對產(chǎn)品進行振動或沖擊試驗的同時,監(jiān)測電性能,常稱為監(jiān)控振動或監(jiān)控沖擊試驗。

8. 精密篩選

精密篩選通常是在較低的應力條件下(接近或略高與元器件的現(xiàn)場使用條件)進行3000-5000h的電老化。精密篩選試驗需要專門的儀器設備,費用昂貴,周期較長,一般僅在航空、航天等長期穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)元器件篩選中作為必要的篩選項目。