电子元器件老炼筛选方法

2013-08-10周小萍张濛肖艺

船电技术 2013年3期

周小萍，张濛，肖艺

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

0 引言

元器件是电子设备和系统的基本单元，为提高系统的可靠性，必须保证元器件的可靠性，元器件失效率随时间变化的过程可以用“浴盘曲线”[2]（图1）描述，早期的失效率随时间的增加而迅速下降，使用寿命期内失效率基本不变，老炼筛选过程就是通过对元器件进行100%的非破坏性筛选试验，剔除具有潜在缺陷的早期失效产品，使其尽快度过浴盆曲线的早期失效阶段，将失效率降低到可接受水平，同时剔除失效的元器件。

程实践证明，老炼筛选是军用电子设备使用可靠性保证的重要环节。采取积极主动的工艺手段，对元器件施加适当应力，使其潜在的缺陷激发，提前暴露隐患，能够达到提高产品质量的目的。

1 元器件失效模式

元器件制造工序繁多，难免会因为工艺缺陷或误差而引起失效。为了取得良好的筛选效果，必须了解电子元器件的失效模式和机理，以便选用有效的筛选方法，制定准确的筛选条件和失效判据。

元器件失效模式主要有封装失效和电性能失效。封装失效主要依靠环境应力筛选来检测。在正常情况下是通过在检测时施加一段时间的环境应力后，对外观进行检查（主要是境检，根据元器件的质量要求，采用放大10倍元器件外观进行检测，也可以根据需要进行红外、X射线检查、气密性筛选），当有特殊需求时，可以增加一些DPA（破坏性物理分析）测试，这些筛选项目对电性能失效不会产生触发效果。

电性能失效可以分为连接性失效、功能性失效和电参数失效。连结性失效指开路、短路以及电阻值大小的变化，这类失效在元器件失效中占较大的比例。在元器件筛选测试过程中，由于电应力所引起的大多为连结性失效。当连结性失效模式被特定的筛选条件触发时，往往出现的现象为元器件封装涂覆发生锈蚀、外壳断裂、引线熔断、脱落或者与其它引线短路。但有时并不全表现为连结性故障，而表现为键和强度不够、金属疲劳等，这样的连结性失效可以引发功能性失效和电参数失效，需要通过功能性和电参数检测才能发现。电路的功能性失效和电参数失效被特定的筛选条件触发时，出现的现象为某些特定的功能失效、电参数超差等。

2 元器件老炼筛选方法

针对元器件失效模式，常规筛选方法一般包括：

1）检查筛选

目检筛选和镜检筛选：这种方法简单而高效,对检查器件表面的各类缺陷, 观察内部引线键合、芯片焊接、封装缺陷等都十分有效。镜检主要有光学显微镜、扫描声学显微镜和扫描电子显微镜, 其他还有 X 射线和红外显微镜等筛选技术。

2）功率老化筛选

功率老化通过对器件施加过电应力, 促使早期失效器件存在的潜在缺陷尽快暴露而被剔除,它能有效地剔除器件生产过程中产生的工艺缺陷,金属化膜过薄及划伤等。它可以分为直流偏压和脉冲功率老化。

3）密封性筛选

密封筛选是检查器件内部是否有封装时残留的气氛或由于密封性不良而渗透的水汽, 它可以分为气泡筛选、浸液检漏筛选、氦质谱仪检漏筛选和放射性筛选等。

4）环境应力筛选

环境应力筛选是通过对产品施加合理的环境应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程。对于电子产品，通常选用恒定高温、温度冲击、温度循环、随机振动、扫频振动、冲击, 还有高低温循加振动等作为典型的环境筛选应力。特殊的环境应力筛选还包括盐雾筛选、低气压筛选、霉菌筛选和光辐射筛选等。不同的环境筛选应力的筛选效果是不同的，环境筛选有效性示意图[1]，如图2所示。此外, 在常规应力筛选的基础上, 国外又发展了 HASS技术。