元器件二次筛选适用性分析

倪明刚

摘 要：元器件二次筛选是指由元器件使用方进行的，采取有针对性的筛选试验项目，以暴露和剔除元器件固有早期缺陷为目的的筛选试验。二次筛选是保证装机元器件质量和可靠性的重要措施。本文通过阐述二次筛选的目的、适用范围、原则、方法、局限性和风险性，对二次筛选的适用性进行了深入分析。

关键词：二次筛选；早期失效；使用可靠性

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0027-02

Abstract：Components secondary screening refers to the components users take targeted screening pilot projects to expose and remove components inherent early defects. Secondary screening is an important measure to ensure the quality and reliability of installed components. This paper analyzed the applicability of secondary screening by describing the purpose， applicable scope， principles， methods， limitations and risks of secondary screening.

Key words：secondary screening；early failure；use reliability

1 前言

二次筛选（或补充筛选）是保证装机元器件质量和可靠性的重要措施，在我国军用装备科研生产中广泛采用。长期以来，元器件二次筛选技术在很大程度上提高了我国武器装备的可靠性水平，促进了装备的快速发展。同时，元器件二次筛选也存在一定局限性和风险性。为了获得更好的筛选效果、降低筛选风险，需要对二次筛选的适用性进行深入分析。

2 二次筛选的目的

元器件的失效率λ（t）分布按时间划分，符合典型的浴盆曲线规律，可以划分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。元器件生产完成即进入早期失效期，其特点是失效率较高，而随工作时间的增加快速下降。早期失效期的失效原因主要是由于设计、材料、工艺等缺陷造成。偶然失效期的失效率较低且恒定，其失效原因主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。偶然失效期是元器件能有效工作的时期，故这段时间也称为有效寿命期。耗损失效期的失效率快速上升，其失效原因是由于产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的。针对早期失效期的失效原因，采取有针对性的筛选试验项目加以暴露和排除，是元器件筛选的目的。一般将元器件生产方进行的筛选称为一次筛选，将元器件使用方进行的筛选称为二次筛选。二次筛选通常是在一次筛选不满足使用方要求时进行的，因此二次筛选也称为补充筛选。如图1所示。

3 二次筛选的适用范围

二次筛选是对一次筛选的补充，应在一次筛选的项目和应力基础上，综合考虑元器件的使用条件和应用环境。二次筛选有相应的适用范围，并不是所有的元器件都需要进行二次筛选。在军用装备的研制生产中，下列情况的元器件适用于进行二次筛选：1）元器件生产方未进行一次筛选；2）元器件使用方无法获得一次筛选的信息，对一次筛选的项目和应力不了解。通常对于进口元器件存在此种情况；3）元器件生产方进行一次筛選的项目或应力不能满足使用方对元器件筛选的要求。元器件使用方的筛选要求一般由型号总体单位确定；4）对于一些特殊的筛选项目，在元器件的产品规范中未作具体规定、元器件生产方也不具备筛选条件；5）对元器件生产方是否已按合同或规范的要求进行一次筛选或对其一次筛选的有效性有疑问需要进行验证的元器件。

4 二次筛选应遵循的原则

元器件的二次筛选应遵循以下原则：1）二次筛选是一种全数试验项目，对于需要进行二次筛选的元器件应100%进行筛选；2）二次筛选应是非破坏性的，禁止将对元器件具有破坏性的试验或检验列为二次筛选项目；3）二次筛选所加的应力（包括：电应力、机械应力、环境应力等）不应超过元器件产品规范规定的额定应力；4）元器件生产方一次筛选已经进行过的筛选项目，且能够确定其有效性，则二次筛选不应重复进行相同的筛选试验项目。5）通过较高应力等级筛选的元器件，应视为满足所有较低应力等级筛选。

5 二次筛选试验项目的确定

二次筛选是针对元器件的失效机理和失效模式而进行的，每一种筛选试验项目都对应一定类型的缺陷，必须把那些能有效激发并剔除早期失效元器件的筛选试验项目列入其筛选程序中。对剔除率极低或根本不能把有缺陷产品剔除出来的试验项目则不应列入二次筛选试验中。以军用装备中大量使用的微电路为例，除外观检查和常温电性能测试外，常用的应力筛选试验项目及其对应的失效模式如表1所示。

不同的二次筛选试验项目其筛选效率也存在较大差异。本文以微电路二次筛选为例，随机抽取我所进行二次筛选的274个型号、412个批次、共69876只器件为样本进行分析。其二次筛选剔除的不合格品为1607只，不合格品率为2.3%。图2给出了样品器件中不合格品按筛选项目的分布。经过分析可知，对微电路类元器件效率较高的3种筛选项目分别为：常温测试、密封性检查（包括粗检漏、细检漏）和PIND。

6 二次筛选试验应力确定

元器件二次筛选的目标是有效剔除早期失效产品，要达到这个目标必须选择合适的筛选试验应力。二次筛选试验是非破坏性的，因此试验应力选择的首要条件也是非破坏性的，即通过筛选不能使原本合格的元器件损坏或引入缺陷。二次筛选试验应力也不能偏低，低了无法有效剔除早期失效产品，起不到筛选的作用。通常情况下，二次筛选试验应力条件应依据相应标准，结合产品的使用要求来制定。表2给出了主要试验方法标准及其适用的元器件种类：

在制定筛选试验应力时还应遵守以下原则：1）筛选应力类型应选择能有效激发早期失效的应力，根据不同类型元器件的产品信息及失效机理来确定；2）筛选应力大小应以能激发出早期失效为宗旨，使产品各种隐患和缺陷尽快暴露出来；3）筛选应力不应使正常产品失效；4）筛选应力解除后，不应使产品留下残余应力或影响产品的使用寿命；5）应力筛选试验持续时间应以能充分暴露早期失效为原则。

7 二次筛选的局限性和风险性

二次筛选的局限性主要体现在以下两个方面：1）理想的二次筛选结果是将有缺陷的、早期失效的元器件全部剔除掉，而将非早期失效的元器件全部保留下来。但是要完全做到这一点非常困难，实际中二次筛选结果是有瑕疵的。因为任何筛选试验项目都无法保证100%剔除其所对应的缺陷产品；另外，根据现有的仪器设备，有些失效模式在无损的条件下还无法检查出来，如芯片粘接强度差、键合力低等缺陷就很难用常规的筛选方法予以剔除。因此，二次筛选规范中都规定了合格判据即筛选项目的失效率（PDA）指标，超过此值则整批不用。2）二次筛选虽然能改善元器件的使用可靠性但不能提高元器件的固有可靠性。产品的固有可靠性是设计进去的、制造出来的，而不是筛选出来的。因此，对于军用装备的研制，在元器件选型时应根据整机、设备的质量与可靠性要求，选择相应的高质量等级的元器件，而不应过分依赖元器件二次筛选。

筛选的风险主要来源于筛选应力的选取。如果筛选应力过低，则起不到筛选应有的作用；筛选应力过高，则将损坏正常的元器件或使其受到内伤、缩短其工作寿命。筛选过程元器件未进行有效防护（例如静电敏感器件）、操作失误或设备故障，也是筛选可能面临的风险。相对于一次筛选，以上诸因素对二次筛选造成的风险更大。因为在一次筛选以后，还将进行一系列质量一致性检验，如果由于应力选择不当或操作失误使被筛选的元器件受到损伤，还有可能在质量一致性检验中发现，不至于将在一次筛选中受损伤的元器件用到最终产品上去。而二次筛选后不再进行全面的质量一致性检验，所以很有可能将由于二次筛选不当造成损伤的元器件用到最终产品上去，从而带来军用装备的质量隐患。由此可见二次筛选的风险大于一次筛选，必须引起重视。

8 结语

通过以上分析可知，进行元器件二次筛选必须充分考虑其适用性，包括元器件是否适用二次筛选、筛选项目的适用性、筛选试验应力的适用性。在国外，元器件的质量和可靠性主要靠元器件生产方保证，只有少数元器件才进行二次筛选。而现阶段，我国元器件的生产制造水平与军用装备的使用要求还存在一定差距；元器件生产方所开展的一次筛选，其筛选的项目与应力条件很难完全满足装备研制的需要。另外，进口的元器件通常都是工业级或中低档产品，甚至存在假冒伪劣产品，难以保证质量和可靠性。因此元器件二次筛选工作就显得十分必要，是提高元器件使用可靠性的重要手段，对军用装备可靠性保证具有重要意义，在当前和今后一段时期内将继续保留。但二次筛选的局限性和风险性决定，随着国内元器件技术水平的发展、产品质量管理的日趋完善、国军标生产线的逐步建立、质量认证的开展等，元器件二次筛选将逐步被元器件生产方的质量控制及一次筛选所替代。

参考文献

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