試論電子元器件的可靠性與檢測篩選

陳致偉

科華數據股份有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

作為電子設備重要組成，電子元器件質量、性能直接影響到電子設備功能發揮以及穩定運行。而要想實現電子設備功能的最大化體現，必須做到對電子元器件的正確、合理篩選，從眾多的電子元器件檢測、篩選出具備可靠性、穩定性的電子元器件，過濾、淘汰掉存在質量問題的元器件，進而保障電子設備的穩定運行。也正因此，進行元器件可靠性篩選的研究，對提升電子設備使用壽命有著重要現實意義。

1 電子元件的可靠性

1.1 電子元件的可靠性概述

元器件可靠性是指在規定時間內，按照國家標準要求，進行元器件質量與性能的保證，確保元器件的質量與性能符合規定要求。而針對元器件可靠性的控制，需以元器件性能、角度兩個方面進行有效管控。對于元器件性能而言，運行期間極易受到各種因素影響，例如因工作條件、環境以及模式的差異而影響到元器件性能的發揮[1]。相關研究表明，元器件可靠性失敗比率中，功能可靠性與質量可靠性各占50%，所以通過質量、性能進行元器件的可靠性控制至關重要，在具體篩選過程中，需在保障元器件質量可靠性的前提下，進行元器件性能可靠性的篩選，達到有效排除失效元器件的目的。

1.2 電子元件的可靠性檢測價值

電子元器件的可靠性與篩選檢測，一般發生電子元器件大規模設計、生產或者使用安裝階段，通過可靠性與篩選檢測，對電子元器件的設計質量、材料和工藝質量進行評價，同時定期或者不定期對電子元件生產質量進行控制。電子元器件的可靠性與篩選檢測可以保障電子元器件的可靠性，對其設計、材料以及工藝階段的問題進行披露，這對于設計者、生產者以及使用者都具有重要的價值；同時通過可靠性與篩選檢測，對電氣元器件的指標進行全面考核，這也是新電子元器件新品的設計定型的必要措施；此外通過可靠性與篩選檢測可以了解電子元器件在不同工作環境和條件的表現，確定失效規律和模式，以便更加科學的使用，從而保證電子設備的安全可靠。

1.3 影響電子元件的可靠性的因素

影響電子元器件可靠性主要有設計原因、人為干擾等原因。如果電子元器件缺乏科學的設計，尤其是電路設計不合理，嚴重影響電子元器件的可靠性，必須要針對存在的問題進行針對性改進。同時，人為因素是影響電子元器件出現質量的問題的主要原因之一，電子元器件從設計到生產、安裝很多環節都是人為控制的，因此規避人為因素的影響是保證電子元器件可靠性的方法之一。此外，其他應力也是影響電子元器件可靠性的因素之一。由于接地不良、反充電式保護不當等問題，會導致電子元器件不符合相關標準，而這些因素尚未受到人們的重視，避免其他應力的影響是電子設備使用過程中要注重的問題，尤其是一些細微的措施，必須要得到重視。

2 電子元器件的可靠性檢測方法

2.1 檢測方法

可靠性檢測一般分為使用壽命、耐久性、可靠性增長、篩選試驗等門類。通過對電氣元器件的某一特質的要求水平進行檢測，判斷其是否符合要求范圍，從而對電子元器件進行判定，剔除失效或者不合格電子元器件，以保證電子元器件的可靠性。單子元器件可靠性檢測方法有很多，可以分為實驗室檢測、現場檢測和鑒定檢測三種，下文對檢測方法進行具體介紹。

（1）實驗室檢測。根據其性質進行破壞和非破壞性檢測，通過一定方式的模擬實踐，實現對電子元器件的可靠性進行檢測。實驗剖面需要和使用的環境剖面一致，但不能受到環境限制，需要在產品研發、生產、使用的各個階段進行模式，要具備環境應力的典型性，以保證模擬實驗和真實情況的一致性，以保證檢測的準確性，對檢測數據進行記錄，然后根據實驗結果對電氣元器件的可靠性進行判定，同時為產品的升級提供理論支撐。

（2）現場檢測?，F場檢測是對電氣元器件現場使用情況進行實驗。特定的測試環境、測量、故障、維修等因素作為變量，對電氣元器件的性能進行檢測，以保證從現場檢測中得到更具代表的結果。同時，為了保證評價信息的真實性，還需要進行墮胎設備進行現場檢測，并對真實記錄各種套件下電氣元器件的可靠性變化，通過系統規劃較大的現場檢測，以保證電氣元器件可靠性現場檢測的效果。

（3）鑒定檢測。鑒定檢測作為電氣元器件可靠性檢測的主要方法之一，根據電子元器件設計、生產、工作的原理制定出可行且具有代表性的檢測方案從而保證電氣元器件的質量符合要求。在進行鑒定檢測時一般有三種方式。①確定產品是否和符合可靠性設計要求，選組就要選擇代表性的試樣，在規定條件下進行檢測，實現對電氣元器件的可靠性進行判定。②在規定情況下，權威機構（國家質量監督局或者具有資質第三方檢測機構）選取具有代表性的電子元器件進行可靠性試驗檢測，以判斷電子元器件的設計和生產質量是否符合國家相關標準的要求。③在制定規定下，權威機構對典型的電子元器件進行檢測，判定電氣元器件的可靠性是否一致，以此作為生產標準制定的依據。在進行試樣檢測時，最終重要的是保證試樣選擇的隨機性和代表性，只有具備電表性的可靠性檢測才能保證結果的價值，測試的相關數據具有代表性，才能為電子元器件的進一步優化和質量提升提供有效參考。

2.2 可靠性改性方法

要提升電子元器件的質量，保證電子設備的使用安全，可靠性檢測是非常重要的。在電子元器件設計階段，通過可靠性檢測及時發現電子元器件新品存在的問題；同時采取針對性的措施，以及結合是市場需求，進行質量優化，以提升電氣元器件的可靠性。同時，在進行可靠性檢測時，要結合應用分析，總結電子元器件存在的問題，并改造存在的問題，以產品質量，保證電子元器件的可靠性。

3 電子元件篩選原則

在元器件篩選中，若應力篩選條件愈發嚴格、篩選項目愈發完善，劣質產品的淘汰率會不斷提高，進而保障其元器件的質量與性能，確保篩選出的元器件具備高質量、可靠性。但是若篩選條件過于嚴苛，不僅會消耗大量的篩選時間，還會造成資源浪費，并且在產品淘汰方面未必會做到篩選出全部的劣質元器件[2]。所以，在具體篩選過程中，需遵循以下原則：①通過篩選有效剔除早期失效的元器件；②為達到提升篩選率的目的，強化開展應力篩選，但是需注意元器件中應避免再次出現新的失效模式；③選擇失效暴露最合理應力元器件；④需依據對元器件封裝、材料、生產技術以及特征的完全掌握，構建科學且合理的篩選方案。

4 保證選擇電子元件具有可靠性的有效策略

4.1 電子元器件篩選準備工作

電子元器件篩選作為一項系統性工作，具有相當的嚴謹性，因此在進行電子元器件篩選檢測時，必須要做好準備工作。首先，對檢測的以及其設備進行檢查，保證其功能和質量符合要求，以及實驗室環境的防靜電能力，對檢測儀器設備進行接地處理，為電子元器件檢測打下基礎。同時，要保證檢測人員具備足夠的專業能力，能夠適應檢測工作的要求，能夠熟練掌握檢測儀器的使用原理和檢測方法，在檢測中根據電子元器件的性能要求選擇參數，并記錄相關數據，并形成完整的電子元器件篩選檢測報告。

4.2 對外觀進行檢測

在進行電子元器件篩選檢測時，首先要對外觀進行檢測，根據銘牌數據對相關參數進行符合，以保證電子元器件的可靠性，避免出現缺陷影響使用。在進行電子元器件外觀檢測時，需要從以下幾個方面進行把控。①根據銘牌對電子元器件的生產廠家、產地、型號參數等進行符合，以保證符合要求。②檢測外觀是否存在缺陷，例如劃痕或凹陷等，保證涂層均勻，避免出現部件脫落等問題。③電子元器件的金屬電極引線如何出現褶皺，檢測其是否符合要求。④電氣元器件的型號和規格是否登記清晰，是否是正規廠家聲場。⑤電子元器件的整體結構是否符合要求，外觀是否平滑。⑥電子元器件的操作是否靈敏，例如開關鍵操作觸感是否良好、濕度是否適度。

4.3 對沖擊與振動進行監測

在元器件篩選過程中，若元器件進行沖擊、振動試驗，需要同時開展元器件電性能的監測，即對元器件開展振動、沖擊監測試驗。通過此試驗開展，可對元器件的具體沖擊振動環境進行有效模擬，實現在監測試驗中有效剔除存在瞬時斷路、虛焊故障、短路、機械結構不良等問題的元器件。分析振動、沖擊監測試驗的應用，在軍用電子設備、接插件以及繼電器篩選中常用[3]。

針對振動、沖擊監測試驗開展，具體標準為：振動條件包括1～2周期掃描；加速度范圍控制在2～20；頻率控制為20～2000Hz，延長共振點停留時間。針對沖擊篩選條件，包括沖擊次數控制在3～5次；1500～3000g。需注意，該項篩選試驗只適用于元器件檢測。

4.4 采取溫度控制法

分析元器件運行期間性能變化，大部分元器件失效的成因在于內部與表面發生物理化學反應而產生的。而針對物理化學反應的產生，與元器件溫度變化存在直接聯系，若在元器件運行期間，出現自身溫度升高現象，會導致化學反應速度的加快，進而使得元器件失效的速度加快。所以，借助溫度控制可加速元器件問題故障的暴露，進而達到有效篩選元器件的目的[4]。

當前溫度控制法的應用，在半導體元器件中得到廣泛應用，具體試驗過程中利用溫度控制可實現對元器件氧化層缺陷、鍵合不良、表面沾污等現象的體現。具體檢測方式就是在高溫環境下，將元器件存貯24～168h即可。因其溫度控制法具有操作便捷、靈活、成本低等特點，所以成為現階段元器件篩選的常用方式之一。另外，經過高溫存貯后，元器件的各項參數可得到一定的穩定與強化。此外，在具體篩選期間進行溫度應力與篩選時間的合理控制，可實現避免出現新的失效機理。

4.5 采取測試電參數法

電參數測試也是當前常用試驗方法，而為保障電參數測試結果達到標準要求，必須按照標準規定要求，滿足以下元器件篩選檢測的環境條件：其濕度需結合實際情況控制在45%～75%之間；試驗環境的溫蒂需要控制在25℃±3℃之內；結合實際情況控制試驗環境大氣壓力保持在86～106Kpa之間[5]。

針對電參數測試的應用，可實現對元器件特性曲線的精準檢測，以此為依據對元器件輸出、輸入特征進行科學評價。通過利用特性曲線來分析元器件，具備無損、高效、便捷的特點。需要注意，在具體測試過程中，必須先對元器件外觀進行檢測，確保其外觀達到標準要求后方可開展電參數測試。而因元器件種類、規格的差異，所以電參數測試方法同樣存在一定差異。實際測試過程中針對元器件的失效問題可借助PN結特性異常情況進行體現，通過測試元器件特殊曲線，達到分析判斷早期失效元器件的目的。測試期間需控制電信號處于始終穩定的狀態，避免因電浪涌的產生造成電應力損害。

因元器件工藝以及結構等方面有一定不同，所以會呈現出差異化的失效機理，進行問題曲線的分析，在同工藝的前提下，部分問題缺陷的出現存在一定內在關系，例如層錯、金屬腐蝕程度、電荷陷阱、表面雜質、位錯、擴散不均勻等問題的產生[6]。這些失效模式的存在會嚴重影響到元器件的可靠性，所以需側重對上述問題的解決。通過對元器件電特性的分析，將其特性曲線進行呈現并分析，實現對失效問題的分析。此外，需避免因以下情況出現而造成失效檢測：①因程序設置不合理而導致檢測失效；②因接反極性而影響到元器件性能；③出現過大電應力；④因插拔方式不合理導致機械應力產生影響到檢測效果；⑤因測試期間錯用適配器使得檢測失效。

4.6 老化程度的篩選

在具體元器件篩選期間，可借助人工形式開展元器件老化程度篩選，為元器件測試創設良好條件。通過對元器件測試開展，模擬元器件運行環境，實現對元器件失效問題的精準判斷，為元器件老化篩選可靠性提供保障。分析元器件老化問題的存在，在元器件生產制造過程中，因高溫因素的影響，使得元器件的存儲能力、功率受到影響，或者因高低溫因素而產生的循環、沖擊老化。而針對功率老化問題的測試，需要創設溫度為80～100℃的測試環境，然后借助通電檢測的形式對元器件進行高溫老化，具體維持時間結合實際情況控制，然后測試元器件在老化后的具體參數性能，進而達到可靠篩選早期老化元器件的目的。

5 結語

綜上所述，電子元器件篩選與檢測的強化開展，有助于提升電子設備運行壽命，保障電子設備可靠性。所以，在具體篩選期間，需在遵循標準篩選原則的條件下，采用合理篩選檢測方式來強化元器件可靠性篩選，保障電氣元器件質量與性能。