军用电子元器件可靠性筛选试验流程创新研究

蒲晓明，高景旭

（陕西省电子技术研究所，陕西西安，712000）

0 引言

电子元器件作为电子产品的基础组成单元，其可靠性直接影响着成品的质量和寿命。军用电子元器件的可靠性更是关乎装备质量与寿命，甚至会影响战局的走势，因此必须高度重视。业界已经形成较为完备的元器件可靠性筛选试验体系，比如小型卫星中的电子器件的构造分析技术研究，小利润小成本商用卫星的零件替补筛选技术条件探讨，航空航天基本器件的质量调控研究，温度交替中包装的器件时效性实用性评估分析等[1]。当代电子科技的跨越性发展，电子元器件的种类与集成度遵循摩尔定律不断推陈出新，封装形式、引脚数量、工作电压等参数复杂多变，为元器件可靠性筛选试验提出了不小的挑战，原有的筛选试验流程已经不能满足当前元器件发展的现状[2]。可靠性试验的快速高效成为当前亟需创新的问题领域。基于此，结合工作实际，通过总结分析现有流程的薄弱环节，尝试改变其中的某些环节，实现简化流程提高筛选效率的目的。

1 军用电子元器件可靠性筛选试验流程设计

随着常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料生产工艺的完备，由加工技术导致的产品失效的情况正在减少，更多的是因为各种电子元器件的使用不当引起的。通过总结近年来电子元器件的故障和失效原因，分析其可靠性隐患。主要失效原因和所占百分比如图1所示。

图1 元器件失效模式占比图

电子元器件失效的外显状况有两种，其一为生产、周转、装配、使用过程中造成的表面损伤引发的器件功能受损，导致的器件可靠性变差；其二为元器件本身制造缺陷遗留的隐性故障，在特定的条件下被激发而产生的整个元器件失效。基于以上数据，军用电子元器件的可靠性的重要不言而喻。设计有效筛选电子元器件的流程刻不容缓。

1.1 分立器件筛选设计

通过上述分析，探究电子元器件的失效根源。在可靠性筛选试验中发现，电子元器件主要有早期失效、偶然失效、耗损失效三个阶段。如下图2所示。

图2 元器件失效阶段示意图

从上图可以做出推断，通过试验手段剔除掉早期失效电子元器件，将带有质量隐患的器件隔离在使用门槛之外，保证正常工作状态并且失效的机会少，进而提高电子元器件的可靠性。基于上面的想法，设计军用电子元器件可靠性筛选流程为：高温存储-交替循环-加速度-功率质量检测-高温抗压测试-低温抗压测试-常温测试-检漏-视觉包装检查。

设计分立器件的有效性实验。第一是在高温度环境下的耐热度储存实验[3]。注意变量不考虑应用中的电压与零件规格值的比值，在这种条件下观察高温度对元器件储存的影响。

第二需要进行低温高温交替储存试验。为了测试元器件在低温和高温的特殊情况的抗压能力和对冷热交替的承受度。

第三进行加速度试验，确定元器件的最大离心力承受数值。

颗粒碰撞噪声检测，检测元器件空腔内的微小颗粒，针对这些残留颗粒需要在真空灭弧室经过若干次击穿或者暴露表面经受离子轰击，消除微观凸起和残留杂质等[4]。

第五，进行气体密封性能试验；X光检验，最后进行电参数测量，检测器件各项性能数值是否满足规范要求。针对高质量高要求的产品，列出了器件性能自检表。

表1 元器件检查表

9 常温终测 常温，按相应期间规范10 允许不合格率 ≤10%

实际使用中，要根据器件的封装，选取合适的项目。工作实践发现，加速度测试、对器件内多余粒子碰撞噪声检测试验、密封性检验对塑封和玻璃封装以及灌封都不适用。

1.2 集成电路筛选设计

集成电路品种很多，大体可以分为单独集成电路和混合式集成电路。进口的产品质量需要达到使用标准，所以进行可靠性筛选检测。规定高温低温交替实验的次数增长为五十次，加速度的数值也比之前的高，大概比之前增长10000g。对电路板上的轻微凸起和颗粒残留的去除技术还可以分为静态和动态，以及在清理完成前后需要对产品的各项质量参数进行变量的计算。在筛查过程中X光检测对所有产品都适用。对于高质量等级的产品，一般文件齐全并且标注的数值比较可靠，所以在初步筛查的时候只需要进行比较基础的检测手段就可以满足可靠性要求标准。而一般等级质量的元器件，需要加大筛选力度也就是将温度交替检测、高温检测和功率老炼的次数和数值提升上来。

2 对比实验

2.1 实验准备

选取某国营制造厂制作的元器件，进行筛选流程实验。

实验样品结构：硅材料之下的三块半导体结构，外延扩展分散的平面型，金属真空密封型。

特点：开关工作间隔时间短，运行频率大于20Hz，饱和压力数值一般为0.2V。

室温下初次检测：按照各项手册标准要求，在室温下检测，各项数值结果都符合相关要求。

高温贮存：GJB128A-1997 方法 1031

贮存温度：175℃贮存时间：24h。

温度循环 ：GJB128A-1997 方法 1051

循环温度：-55℃-175℃

高低温交替实验次数：10次。先极端低温保持三十分钟，再极端高温保持三十分钟，两种温度环境的转换时间小于一分钟。样品在十五分钟内达到规定的安全温度。

加速度：时长一分钟，对于测温的热电偶温度达到25℃时，额定功率数值大于等于10W，加速度设定为1-10000g。

颗粒碰撞噪声检测：GJB128A-1997方法2052试验条件B。

二次室温储存实验：依据相关的规定以及手册的要求，样品最少在室温下静置两小时，并在24小时内进行二次检测，各项数值都符合规定标准。

残留粒子清除：常温下，额定功率，电力的运作使得样品管内温度升高。样品的三极管在满足要求的散热下，器件功率应满足零部件的使用应力低于其额定应力的曲线要求。

2.2 实验结论

运用本文提出的检测流程，得出的参数见表2。

表2 试验样本参数表

通过对样本筛查方法的设计，根据实验样品型号常见的失效模式，确定筛选流程；根据样品的电特性和最大规定数值，确定筛选单位面积上所承受的力；根据器件使用的筛选方法，确定筛选时长和次数，选择出具有典型性的电力参数和一定的筛选循环周期，通过规定的检查顺序原则确定筛选的步骤。在方案实行的过程中，记录下的相对应的数值参数，这些参数在进行对比之后分析满足质量要求，同时在各种外力的压力测试之下无形变。对比传统的对电子元器件的筛选流程得出的各项参数，本文提出的流程得出的结果更加可靠。