篩選與可靠性分析
發(fā)布時(shí)間：
2014-06-04
委托篩選方必須關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題：⒈并非所有器件均能引進(jìn)國(guó)軍標(biāo)GJB597A所規(guī)定篩選項(xiàng)目。例如環(huán)氧灌封器件，塑封器件或其他非空腔非氣密封裝的元器件，按GJB597A的規(guī)定是不作PIND和檢漏的?！ ∑叫蟹夂钙骷蚱渌恍┩鈿け谳^薄的元器件，不能作恒定加速度試驗(yàn)，因?yàn)樵谝?guī)定的加速度條件下試驗(yàn)容易造成器件外殼變形，增加了內(nèi)鍵合點(diǎn)蓋板短路／外殼漏氣的可能性。 一次性寫入的可編程器件不能作編程／擦除驗(yàn)
委托篩選方必須關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題：
⒈并非所有器件均能引進(jìn)國(guó)軍標(biāo)GJB597A所規(guī)定篩選項(xiàng)目。例如環(huán)氧灌封器件，塑封器件或其他非空腔非氣密封裝的元器件，按GJB597A的規(guī)定是不作PIND和檢漏的。
平行封焊器件或其他一些外殼壁較薄的元器件，不能作恒定加速度試驗(yàn)，因?yàn)樵谝?guī)定的加速度條件下試驗(yàn)容易造成器件外殼變形，增加了內(nèi)鍵合點(diǎn)蓋板短路／外殼漏氣的可能性。
一次性寫入的可編程器件不能作編程／擦除驗(yàn)證試驗(yàn)。
熔斷絲結(jié)構(gòu)的保險(xiǎn)管，斷路器等不能作電流容限耐壓試驗(yàn)。
⒉三溫測(cè)試合格的空腔器件并不能保證在全溫范圍內(nèi)可靠工作。
三溫測(cè)試是指在－55℃、＋25℃、＋125℃這三個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)器件的各種電參數(shù)測(cè)量。
實(shí)踐中，偶爾會(huì)遇到某些器件三溫電參數(shù)均滿足規(guī)范值，但實(shí)際使用時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在0℃附近，該器件工作異常。進(jìn)一步的水汽含量測(cè)量分析會(huì)發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槠骷饣騼?nèi)部固有的氣氛中水汽含量超標(biāo)造成的。集成電路內(nèi)部管芯上相鄰的壓焊點(diǎn)間距通?！?00um。在－55℃測(cè)試點(diǎn)上水汽凝化成冰或霜，不導(dǎo)電。而在0℃附近，也就是“露點(diǎn)”附近（各不同器件的“露點(diǎn)”不一樣），水汽變成水珠，會(huì)造成相鄰壓焊點(diǎn)間電氣絕緣下降甚至短路，造成器件工作不正常。超過(guò)“露點(diǎn)”溫度后，水珠重新變成水汽，器件工作又恢復(fù)正常。
這種情況是元器件廠家封裝過(guò)程不規(guī)范，氣氛濕度大引起的，但
常規(guī)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)不了。所以建議客戶在一些重要場(chǎng)合使用的元器件，最好在二次篩選完成后，每批抽幾只（有規(guī)定，依據(jù)每批數(shù)量而定）到有資質(zhì)的單位作一個(gè)水汽含量測(cè)試。對(duì)內(nèi)部水汽含量≥15000ppm的器件要慎用。超過(guò)20000ppm器件一定不能用。
?、硻z漏和PIND合格的元器件在裝配完成后并不都是合格的。
實(shí)踐中，偶爾會(huì)遇到委托方抱怨，認(rèn)為怎么你單位判斷的檢漏和PIND均合格的器件，使用中出了問(wèn)題，折下來(lái)送第三方測(cè)試，發(fā)現(xiàn)漏氣和內(nèi)部有多余物。
這種情況要客觀地，實(shí)事求是地分析。二篩過(guò)程中確實(shí)有可能誤判(如操作工責(zé)任心不強(qiáng)，設(shè)備超過(guò)計(jì)量有效期沒(méi)有按時(shí)計(jì)量等情況)，但對(duì)任何一家較為規(guī)范的測(cè)試單位，誤判的概率很小。
為此建議系統(tǒng)使用方更應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：
a焊接溫度和時(shí)間：
大多數(shù)廠家在手冊(cè)中的“絕對(duì)最大定額”（Absolute Maximum Ratings）中均規(guī)定了該器件外引腳的最高焊接溫度和最長(zhǎng)焊接時(shí)間。有些廠家還專門對(duì)焊接方式提出要求，明確了手工焊接∕波峰焊∕再流焊的適應(yīng)性及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
超過(guò)最高溫度和最長(zhǎng)時(shí)間的焊接，很容易造成器件外殼（陶瓷封裝）或低溫玻璃絕緣柱（金屬外殼）的龜裂破損。造成器件漏氣或產(chǎn)生多余物。對(duì)于SO﹑LCCC等陶瓷微封裝器件尤其如此。
實(shí)踐中，在對(duì)一個(gè)器件作失效分析時(shí)，若發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)引線銹蝕，鍵合區(qū)鋁氧化等情況出現(xiàn)，首先應(yīng)考慮是漏氣，使得器件內(nèi)部進(jìn)入了氧氣和潮氣所致。
若核質(zhì)譜分析結(jié)果顯示器件內(nèi)部含相當(dāng)比例的錫和鉛，則表明器件外殼已“大漏”，焊料在焊接過(guò)程中直接進(jìn)入了管腔所致！
b、管腳二次成形：
元器件在使用過(guò)程中經(jīng)常需要對(duì)其外引腳成形，改變?cè)瓉?lái)的引線長(zhǎng)短或形狀。但還是要注意，不要太靠近器件根部成形，否則容易造成器件漏氣。這也是現(xiàn)在許多元器件制造廠家公開(kāi)申明對(duì)使用方因外引腳重新成形引起的損壞不承擔(dān)責(zé)任的原因。
c、器件外殼的耗散功率：
在產(chǎn)品手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定額”中均規(guī)定了不同封裝形式的功率耗散能力（Power Dissipation）。
在＋125℃下工作一定要降額使用，尤其對(duì)一些線性功率驅(qū)動(dòng)器／放大器，線性調(diào)整電源、效率≤60%的DC／DC電源等。脈沖功率過(guò)高或長(zhǎng)期使用在內(nèi)部熱功耗超過(guò)器件外殼能夠承載的功率耗散能力，或者沒(méi)有關(guān)注不同封裝形式功率耗散能力的差異，均容易造成器件漏氣。因?yàn)槠骷鈿さ臒崤蛎浕蚴湛s是有極限的。超過(guò)極限會(huì)對(duì)器件的性能或長(zhǎng)期可靠性造成不利影響。
⒋對(duì)于靜態(tài)功耗較大的器件或功率器件，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試儀所給出的測(cè)量結(jié)果有可能與實(shí)際值不符。
這兩類器件（如OPA544、541、2541、LM143、78H05 LM137K、LM117K、一些DC／DC電源等）都存在一個(gè)加電后預(yù)熱（Warm UP）問(wèn)題。在這個(gè)預(yù)熱過(guò)程沒(méi)有結(jié)束前，這些器件的各種測(cè)量參數(shù)是不真實(shí)的。而計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試儀對(duì)各類器件的參數(shù)測(cè)量恰好是在ms級(jí)時(shí)間間隔內(nèi)完成的，所以不等效。
當(dāng)然，不同器件的預(yù)熱過(guò)程的長(zhǎng)短各有差異。因此也不是所有計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試儀給出的結(jié)果都不正確。
值得關(guān)注的另一個(gè)問(wèn)題是，通常計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試儀對(duì)被測(cè)器件施加安培級(jí)電流是做不到的。那么它測(cè)出的結(jié)果不能反映某個(gè)器件在較大工作電流條件下的真實(shí)參數(shù)。
實(shí)踐中，一個(gè)較為務(wù)實(shí)的做法就是自制一部分手動(dòng)測(cè)試臺(tái)，對(duì)靜態(tài)功耗較大的器件或功率器件的部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行二次測(cè)量。這個(gè)過(guò)程測(cè)出的部分參數(shù)若與計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試儀給出的數(shù)據(jù)不吻合時(shí)，則要以手動(dòng)測(cè)試臺(tái)的結(jié)果為準(zhǔn)。
?、到?jīng)過(guò)二次篩選的器件外觀及可焊性可能變差。
二次篩選過(guò)程中對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要將被測(cè)器件裝入適配器，這樣容易造成被測(cè)器件外引腳有壓的痕跡或插拔的痕跡。
器件高溫老煉后，器件外引腳尤其是對(duì)鎳鉻合金或鈀銀結(jié)構(gòu)的外引腳就可能氧化，影響可焊性。
檢漏過(guò)程需要將一、二批器件置于氟油壓力罐中，在規(guī)定的壓力下置放規(guī)定的時(shí)間。這樣就很難避免一個(gè)器件的外引腳不碰到或不劃傷另一個(gè)器件的表面，造成外觀變差，而若考慮將器件平行的放入氟油壓力罐又會(huì)使效率很低、篩選周期加長(zhǎng)，篩選成本增大，故很難完全避免。望委托方進(jìn)行二次篩選時(shí)要綜合考慮。
?、抖魏Y選條件的確定：
按照90年代中后期可靠性界形成的共識(shí)，電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是由器件的設(shè)計(jì)和工藝水平?jīng)Q定的。對(duì)于設(shè)計(jì)定型的器件，固有可靠性由制造工藝決定。制造過(guò)程受材料、工藝環(huán)境和工藝條件等諸多因素的影響，故要制造百分之百合格的器件是不可能的。另外，器件的有些缺陷只有靠施加一定的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力才能剔除。所以元器件生產(chǎn)廠家對(duì)其所提供的軍用產(chǎn)品在出廠前均經(jīng)過(guò)了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，相當(dāng)多項(xiàng)目的篩選試驗(yàn)。通過(guò)給器件施加一定強(qiáng)度的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，以剔除早期失效器件，評(píng)估元器件質(zhì)量狀態(tài)是否達(dá)到了相應(yīng)的軍用標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)慣上把生產(chǎn)廠家進(jìn)行的這些篩選活動(dòng)叫做一次篩選。
對(duì)于軍用電子元器件，一次篩選至關(guān)重要，軍用元器件的成本大部分來(lái)自一次篩選。任何一種軍品封裝形式的元器件沒(méi)有經(jīng)過(guò)一次篩選就不能稱其為軍用元器件，只能算軍溫級(jí)元器件。它的固有可靠性無(wú)法保障。
所以一次篩選是任何一家生產(chǎn)廠家必須進(jìn)行的一道生產(chǎn)工序。這也是美軍標(biāo)MIL—M—38510中定義的合格產(chǎn)品優(yōu)選目錄QPL（QuaLified—Parts—List）走向MIL—M—38535中定義的合格生產(chǎn)廠家目錄QML（Qualified—Manufacture—List）的原因。
需要說(shuō)明的是，一次篩選對(duì)軍用器件的使用壽命，即使用的可靠性不會(huì)產(chǎn)生影響。
二次篩選應(yīng)該歸為使用可靠性范疇。
二次篩選指使用方在器件裝調(diào)前，由于擔(dān)心該批元器件采購(gòu)時(shí)間，采購(gòu)渠道問(wèn)題，貯存環(huán)境以及運(yùn)輸問(wèn)題等，委托第三方對(duì)該批元器件的一次篩選結(jié)果認(rèn)定的活動(dòng)，以確?；蛱岣呱蠙C(jī)元器件的可靠性。通常二次篩選無(wú)論是環(huán)境應(yīng)力條件或者電應(yīng)力條件均不應(yīng)高于一次篩選的條件。否則就會(huì)對(duì)元器件的使用可靠性產(chǎn)生不良影響。
鑒于以上情況，委托方在給出二次篩選條件時(shí)，不能完全照搬原生產(chǎn)廠家一次篩選的條件，更不能高于一次篩的條件。加嚴(yán)篩選或附加條件篩選還應(yīng)考慮被篩選器件的質(zhì)量等級(jí)。例如美國(guó)宇航局（NASA）就元器件應(yīng)用的關(guān)鍵性定義了三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)水平。指出通過(guò)附加篩選可以改善風(fēng)險(xiǎn)水平。質(zhì)量等級(jí)在Ⅲ級(jí)的器件通過(guò)加嚴(yán)篩選可以升到Ⅱ級(jí)使用，Ⅱ級(jí)可以升到Ⅱ+級(jí)使用，但不允許升到Ⅰ級(jí)使用。這點(diǎn)十分重要。
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