电子元器件可靠性试验及测试系统

雷蕾

摘 要：在现代电子科技发展速度不断加快的环境下，电子产品的种类和规模得到快速扩充，功能和应用场景更加多元化。在组成电子产品的单元中，基本的元件就是电子元器件，其可靠性对整件电子产品的可靠性有着重大影响，鉴于此，我国在相关研究领域不断探索优化、提升电子元器件可靠性的方式。本文进行分析电子元器件可靠性试验及测试系统。

关键词：电子元器件;可靠性试验;测试系统

由于现代电子技术的飞速发展，电子产品的应用场景和产品规模发展扩大，作为组成现代电子世界的最基本组成部分，电子元器件也在相应提升其性能。在电子元器件的发展中，重视电子元器件可靠性具有重要的意义。可靠性试验属于一种较高效率的试验技术手段，通俗的讲，即是在给电子元器件施加强化环境应力的基础上，能够将产品某些不足、缺陷进行清晰的显示将其失效模式进行有效的激发。电子元器件的组成系统中，可靠性试验的关键功效即为将元器件中各种故障提前暴露，然后针对性的深入分析该故障机理。电子元器件设计寿命周期内的故障分布，具有很明显的“浴盆曲线”特性，所以在设计初期即开始实施可靠性试验，投入产出比更高。在电子元器件研发设计的初级，较好的运用可靠性试验，可以有效的掌握在各种外界环境条件下的产品的故障表现，及时反馈给技术部门进行设计改进，防止有隐藏缺陷的元器件大面积的应用。

1 电子元器件可靠性试验和测试系统

1.1可靠性试验

可靠性试验通常是建立在失效物理理论，以及采取施加强化环境应力方式基础上的激发出产品失效的试验方式，能够将产品在设计、工艺、材料方面潜在的薄弱环节充分的显示出来。可靠性试验相较于传统的试验，其核心即为施加高于产品正常使用应力的荷载应力，将产品的隐藏缺陷进行有效的激发，及时的掌握住不良的问题并针对性的设计改进，进而促使产品在工作应力极限范围消除隐患。

将可靠性试验应用于电子元器件的测试中，主要是采取阶梯性地提升电气元器件工作应力及工作环境应力，及时的发现电子元件中的隐藏故障，然后展开失效原因分析，并反馈给前端技术部门进行设计、工艺等方面的改进。可靠性试验通常是在产品设计以及研发周期的初期阶段进行，发挥分析、反馈作用、进而完善设计提升产品质量。

1.2可靠性试验剖面

可靠性试验首先应当建立试验剖面，确定试验剖面最重要的有两个方面，一是明确参试品的失效模式和失效机理，二是明确参试品的使用环境和应力施加方式。

在确定可靠性试验剖面之前，首要工作就是分析电子元器件的失效模式和失效机理，失效模式和失效机理的确定，对确定可靠性试验剖面应力条件具有十分重要的指导意义。失效模式和失效機理的确定方式通常可采用收集与该批次电子元器件具有相似设计原理，或具有相似功能、性能的其他电子元器件的历史测试资料对比得出;也可以通过“头脑风暴法”，通过对该元器件设计原理和应用场景的广泛分析，通过以上两种方式，得出待试产品的初步失效模式和失效机理。

其次需要试验人员对于电子元器件使用环境熟悉了解，按照电子元器件使用的应力条件和工作环境，结合已初步明确的失效模式，系统地设计在试验中如何施加各项应力，最终形成相应可靠性试验应力参数。

最后按照影响待测电子元器件的各项应力参试设计可靠性试验剖面，在设计可靠性试验剖面的过程中，影响电子元器件的几项重要应力条件应着重考虑：

1）温度应力。温度是导致电子元器件的故障重要影响因子，温度及温度循环主要激发的故障模式有：参试漂移、器件短路、器件结构分层、裂纹、内部结击穿、引线松张或断裂、电迁移、热匹配差、浪涌电流等等。

2）振动应力。振动是影响电子元器件在实际使用效能的另一个重要因子中，主要是通过外力激发元器件内部使元器件产生故障，振动激发的失效模式主要有：产生干扰信号，产生干扰电压、电流影响器件工作点;使器件工作性能超差或工作模式混乱;使元器件结构破坏造成短路、开路、松脱、晶体缺陷等。

3）湿度应力。由于物理特性的原因，湿度应力通常与高温一同出现，造成高温高湿的应用环境。高温高湿主要激发的故障模式有：材料表面强度、硬度、弹性变化;加速金属腐蚀而造成的介电特性改变;加速有机材料分解而形成的表面变形、气泡、长霉;湿度增高导致的短路等。

4）电压应力。超出正常使用条件的电压应力对于激发电压敏感器件的故障具有良好的效果，一般来说，高压有利于暴露二极管、晶体管等半导体器件的故障，低压有利于暴露继电器等开关电路的故障。电压应力测试激发的主要故障模式有：间歇失效、冷却回火、性能降低、内部导线短路、绝缘极限击穿等。

要综合考虑到影响产品使用的应力条件，根据产品的实际使用环境，通过科学的分析，确定单一应力或者两种以上组合应力的施加方式，最终明确可靠性试验剖面。

1.3可靠性强化试验

现代电子产品通常研制、生产周期较短，而传统的环境模拟可靠性试验时长且费用昂贵，为了快速且有效满足现代电子产品发展需求，可靠性强化试验应运而生。可靠性强化试验是通过提高环境应力来快速激发潜伏或间歇性故障的测试方法，其主要依托于失效物理分析，在产品的早期研制工作中发现、纠正故障。电子元器件的研制、生产处在整个电子产品生命周期的早期，故对电子元器件阶段开展可靠性强化试验，往往起到更加立竿见影的效果。

在可靠性强化试验中，应力的施加是采取步进式的方式进行的，应力可以是单一的环境应力，也可以是多种环境应力的组合，在应力施加的过程中，应力增量的选择和各应力量级的停滞施加是两个比较关键的问题。

1）应力增量的选择。由于在步进式施加应力的过程中，不同的应力步进幅度都会对其加速因子和失效模式有较大的影响，因此设置步进式应力增量一般遵循的方式是：参照同类产品以初步确定待试品破坏极限应力值，将其与产品实际使用应力差值分成10等份，各等份值作为步进应力的增量。

2）各应力量级停滞时间。各应力量级停滞时间往往会影响待试品失效模式，包括失效类型、严重程度、间歇故障还是永久故障等，如果在较低的应力量级持续时间过长，则容易积累元器件的疲劳和损伤，而不能准确地确定元器件的破坏极限;如果在各应力量级停滞时间过短，则可能相应量级下故障无法充分激发。一般来说，振动应力的各步进量级停留5min就足够确定产品的工作极限和破坏极限;而对于温度应力停滞时间的选择，若为探寻产品的工作和破坏极限，则使元器件在每个温度量级达到温度稳定即可，若为使用极大温度应力来激发故障，则一般在试验设备达到相应量级温度值即可。

结语：

探究电子元器件的可靠性探试验及测试系统期间，需要将待测元器件的功能特点和使用环境进行充分的掌握，全面的考虑到电子元器件实际情况，明确可靠性试验的实施方式，搭建可靠性试验剖面，在整个试验过程中详细记录并认真分析所出现的任何异常状况，并探索能否通过设计、工艺、材料的改良来消除这些缺陷，促使电子元器件可靠性不断的提高。

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