導(dǎo)語：電子元器件可靠性篩選設(shè)計(jì)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造業(yè)中電子設(shè)備元器件的可靠元器件數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致裝備系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越來越高。相應(yīng)地，在日常使用過程中，人們對其可靠性以及可維修性提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。基于此，詳細(xì)分析與闡述電子元器件的可靠性篩選設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電子元器件；可靠性；篩選設(shè)計(jì)；原材料

現(xiàn)階段，只有保證裝備具有較高的可靠性，才能夠?qū)崿F(xiàn)提升裝備質(zhì)量的設(shè)計(jì)目標(biāo)。這不僅僅需要進(jìn)行可靠性的設(shè)計(jì)，還需要提升使用電子元器件的整體可靠性。對于整機(jī)承制單位而言，生產(chǎn)制造過程會受到一些環(huán)境方面的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)一定的故障與缺陷。

1可靠性篩選價值

近些年，盡管電子元器件的可靠性水平已經(jīng)逐步增長，但是，在進(jìn)行大批量生產(chǎn)加工的過程中，始終無法基于設(shè)計(jì)的工藝規(guī)范和要求，進(jìn)行一些良好的人為誤差控制。這是由于加工過程始終都受到原材料、輔助材料以及工藝等方面的因素影響，會出現(xiàn)一定的加工偏差。在工藝與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的缺陷，會使電子元器件在日后的使用中，生命周期受到嚴(yán)重影響，較一般的裝備而言，無法達(dá)到正常的壽命周期。在過去大量的試驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，很多電子元器件的失效率基本上與時間呈現(xiàn)出相似浴盆的曲線走勢。電子元器件失效的曲線示意圖如圖1所示。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在同一批產(chǎn)品中，早期的失效期存在著較高的失效率，同時下降的速度比較慢。一旦超過了臨界點(diǎn)A后，就會進(jìn)入偶然失效期，這個時期的失效率被控制在一個較小的數(shù)值范圍。進(jìn)行可靠性篩選的過程，就是在同一批電子元器件中，及時剔除一些潛在的故障產(chǎn)品。同時，還需及時挑選出一些有著鮮明特征的產(chǎn)品，這樣可以有效地保障電子元器件的失效率保持穩(wěn)定，使元器件發(fā)揮出最大的價值。當(dāng)下，我國電子元器件的制造過程總體工藝水平并不高，進(jìn)行可靠性篩選的過程，也是充分保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施。軍用裝備往往有著較高的可靠性需求，同時進(jìn)行特殊篩選的環(huán)節(jié)也比較多，造成整體篩選周期比較長，剔除率也相對比較高。因此，這樣的篩選過程需要投入大量的成本費(fèi)用。

2影響電子元器件可靠性的因素

在電氣元器件的使用過程中，造成失效的影響因素較為復(fù)雜，例如，設(shè)計(jì)上的缺陷、焊點(diǎn)不準(zhǔn)以及密封不嚴(yán)格，都會造成日后使用過程中可靠性降低。

2.1溫度應(yīng)力

低溫情況會對電子元器件的電參數(shù)造成直接影響，同時，材料冷縮及變脆后，也會導(dǎo)致高溫出現(xiàn)加速熱老化的問題，使得電子元器件中的電阻與金屬材料的電阻出現(xiàn)較大的提升。低熔點(diǎn)焊縫位置也會出現(xiàn)開裂的情況，進(jìn)而導(dǎo)致焊點(diǎn)的脫離。溫度出現(xiàn)交替變化后，特別是在冬季，由于裝備需要在戶外使用，對電氣元器件的溫度承受能力有著較高的要求，同時需要保障結(jié)構(gòu)與材料的熱匹配性能可以得到全面發(fā)揮[1]。

2.2濕度應(yīng)力

在半導(dǎo)體器件的使用過程中，一旦水汽滲透到管芯中，就會導(dǎo)致電參數(shù)出現(xiàn)一定的變化。例如，晶體管出現(xiàn)漏電流增加的情況，或者電流的發(fā)電系數(shù)發(fā)生變化，就會出現(xiàn)故障問題。特別是在不同的金屬鍵合成的位置連接處，水汽滲入后，會導(dǎo)致嚴(yán)重的電化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)腐蝕反應(yīng)流程[2]。

2.3機(jī)械應(yīng)力

機(jī)械應(yīng)力的出現(xiàn)，主要基于振動、沖擊及跌落等問題。電子元器件在使用過程中，一旦出現(xiàn)長期振動，就會導(dǎo)致其在連接位置出現(xiàn)一定的松動。另外，還會出現(xiàn)相對運(yùn)動問題，相應(yīng)地，會引發(fā)線材斷裂，使用過程會經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備瞬時短路問題。一旦電子元器件某個部位與環(huán)境振動保持一致的頻率，就會進(jìn)一步產(chǎn)生諧振，進(jìn)而加速電子元器件的老化。

2.4電與電磁應(yīng)力

電與電磁應(yīng)力是電源不穩(wěn)定導(dǎo)致的問題，傳導(dǎo)線系統(tǒng)中存在大量的干擾信號，或者受到電磁場的干擾，使得電暈和放電等問題出現(xiàn)。電應(yīng)力的出現(xiàn)，會導(dǎo)致電子元器件出現(xiàn)局部升溫，這樣的熱點(diǎn)相互作用會直接加速設(shè)備老化。電子元器件的使用也會受到諸如氣壓、聲振及化學(xué)應(yīng)力等諸多方面的影響，因此需要對其進(jìn)行可靠性分析與篩選[3]。

3可靠性篩選方案的設(shè)計(jì)

可靠性篩選的具體方案設(shè)計(jì)，往往需要對電子元器件進(jìn)行大量的摸底測試，同時進(jìn)行失效性分析，進(jìn)而對篩選項(xiàng)目、篩選應(yīng)力、篩選方法以及程序進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保障篩選方案的合理性。

3.1可靠性篩選條件與目標(biāo)

電子元器件的可靠性篩選過程，首先要確定具體的篩選對象、應(yīng)力類型等級以及篩選的具體時間。不同電子元器件的加工過程會涉及不同的材料、結(jié)構(gòu)及工藝流程等，因此電子元器件也會產(chǎn)生不同的失效機(jī)理。在早期失效與偶然失效的臨界點(diǎn)方面也不盡相同。這導(dǎo)致無法制定出一個固定的可靠性篩選條件。篩選的過程需要基于不同的電氣元器件，設(shè)計(jì)針對性的可靠性試驗(yàn)，同時也要進(jìn)行篩選摸底試驗(yàn)分析，滿足產(chǎn)品的實(shí)際失效分布規(guī)律，并確定失效機(jī)理與具體的對象[4]。確定篩選項(xiàng)目的過程，往往需要對電子元器件的早期失效項(xiàng)目進(jìn)行針對性的分析。在進(jìn)行篩選的過程中，應(yīng)將效率與經(jīng)濟(jì)效益分析作為重點(diǎn)。完成了應(yīng)力類型以及等級確定后，方可對早期的失效問題進(jìn)行研究，避免導(dǎo)致產(chǎn)品承受過大的應(yīng)力，避免其進(jìn)入全新的失效階段。最后，需要對篩選時間進(jìn)行合理設(shè)置。本文以對半導(dǎo)體的可靠性篩選為例，對具體的篩選時間進(jìn)行了合理設(shè)置。3.1.1確定篩選時間確定篩選時間，首先要盡可能排除部分早期失效的產(chǎn)品，因此需要對早期存在失效的電子元器件具體的壽命進(jìn)行評估，保證其壽命大于篩選的時間概率，同時，針對壽命給定一個較小的數(shù)量值。在時間判斷的過程中，需要對早期失效的電子元器件篩選時間進(jìn)行控制。從浴盆曲線的變化上來看，篩選時間需要限定在失效時間附近。如果篩選時間過小，會導(dǎo)致漏掉早期失效的一些產(chǎn)品，無法發(fā)揮出篩選作用。但是，如果篩選時間過大，也會造成一些不必要的浪費(fèi)，大大降低合格產(chǎn)品的使用周期。3.1.2平均值與標(biāo)準(zhǔn)差摸底測試過程可以得到一些早期失效的電子元器件的具體失效時間，可以利用判斷式，有效地計(jì)算與分析其平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。3.1.3引入安全系數(shù)平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算主要是從樣品實(shí)驗(yàn)分析得出，相比較一些元件的真實(shí)數(shù)值，往往存在一定的偏差。分析過程中，需要針對性地分析。由于樣本與真實(shí)數(shù)值會存在一定的偏差，因此要對計(jì)算公式進(jìn)行一定的優(yōu)化與調(diào)整。壽命篩選過程需要保障推算原理相同。例如，壽命篩選過程要控制應(yīng)力取值，同時盡可能地選擇一些時間較長的數(shù)值。例如，國外一些半導(dǎo)體器件老化時間確定，基本會選擇168h，研究期間則控制在240h。另外，完全掌握與明確電子元器件失效機(jī)理后，可以利用高應(yīng)力、短時間的方式，全面提升篩選效率，降低篩選過程的成本投入。

3.2常用電子元器件篩選方案

在電阻器、電容器以及電磁繼電器的篩選過程中，需要把控一般環(huán)境和仲裁環(huán)境。一般環(huán)境下，溫度在15～35℃，濕度控制在20%～80%，氣壓為所在場地的實(shí)際氣壓即可。而在仲裁環(huán)境中，溫度控制在25℃左右，濕度控制在48%～52%，氣壓則需要控制在86～106kPa。

3.3篩選風(fēng)險性

篩選過程首先需要對產(chǎn)品提供方進(jìn)行質(zhì)量檢測，利用高質(zhì)量控制方式，使電子元器件具有較高的穩(wěn)定性，之后經(jīng)由整體承制單位進(jìn)行針對性的篩選。這樣可以有效提升電子元器件的整體質(zhì)量。現(xiàn)有的儀器設(shè)備在失效模式下進(jìn)行無損檢查較為困難。例如，半導(dǎo)體芯片存在強(qiáng)度差、硅鋁絲鍵合力不足的問題，因此無法利用常規(guī)篩選方式，對其進(jìn)行去除操作。如果篩選的應(yīng)力較低，就會喪失篩選的作用。但是篩選應(yīng)力過高，也會導(dǎo)致對原本正常的元器件造成一定的損壞，降低使用壽命。因此，為了保障篩選的合理性，需要進(jìn)行全面分析，盡可能使元器件避免承受電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力以及熱應(yīng)力方面的篩選工作，僅僅進(jìn)行一些常規(guī)檢查即可。另外，設(shè)計(jì)的篩選過程需要謹(jǐn)慎使用高溫存儲的篩選環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@樣會導(dǎo)致元器件出現(xiàn)一定程度的易焊性降低。

4結(jié)語

對電子元器件的可靠性篩選工作，是在生產(chǎn)加工后，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不佳的產(chǎn)品。需要注意的是，篩選設(shè)計(jì)過程需要結(jié)合實(shí)際的產(chǎn)品情況，避免篩選手段對電子元器件造成直接的損害，嚴(yán)重影響其使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊.電子元器件可靠性試驗(yàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（23）：89-90.

[2]周冬娣.電子元器件可靠性與二次篩選[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（14）：100-101.

[3]薛青青.基于二次篩選的電子元器件可靠性研究[J].電子世界，2019（9）：65-66.

[4]李德.試論電子元器件的可靠性與檢測篩選[J].中國新通信，2018，20（22）：227.

作者：付玉娟 單位：工業(yè)和信息化部電子第五研究所