電子元器件老煉二次篩選質量控制方法探究

詹家強

（天津七一二通信廣播股份有限公司，天津，300000）

0 引言

二次篩選主要是指在一次篩查中，當一次篩查的內容與用戶的實際使用發生了矛盾時由元件使用者為主，并根據顧客的實際使用需要對其進行檢查，然后再對其進行篩選。二次篩可有效地剔除因材料和工藝等原因引起的不合格產品；按使用應力、使用環境條件排除不合格產品；發現并防止批次內不合格的電子元件混入樣板產品中。排除早期失效的零件可確保所購零件的品質一致性及可靠性[1]。電子元器件采用“一次篩選”“二次篩選”其作用與測試法基本一致，不同之處在于“二次篩選”為“一次篩選”的再精簡。“二次篩選”僅能改善電子元器件的使用可靠性，而不能改善元件的內在可靠性，所以，在選用元件時仍應以整機和設備的品質和可靠性為依據選擇針對性的質量控制方法，選擇出高品質的電子元器件，滿足使用者的實際使用需求。

1 電子元器件二次篩選的應用范圍

電子元器件在加工和生產后生產單位需要綜合元器件的實際使用需求對其進行初步的篩選，減少不合格產品的流入。電子元器件二次篩選實質上是一種對元件品質和性能的篩選測試，在這個階段中可以對早期故障的電氣元件進行有效地篩選，從而保證整體工作的可靠性。總體而言，二次篩選具有更廣泛的適用范圍，主要表現為以下幾個方面。第一，電子元器件通過第一輪篩選后，如果用戶希望對其品質有更高的保證，則會進行第二次篩選。第二，有些零件制造商在制造出來后并沒有對零件的性能進行檢查，這種情況下必須強化第二遍的檢查，才能確保零件的使用性能。第三，如果使用者對篩查結果有疑問，可以在加強監管的情況下重新進行篩查。二次篩選的測試工作一般都是由整機研發方或者其授權的生產單位和電子元器件廠來進行，具體的工作就是根據一次篩選的標準對早期失效的器件進行更高的品質檢查，減少不合格的產品流入市場，提升產品使用的整體質量[2]。

2 電子元器件二次篩選方法及目的的設計

■2.1 電子元器件二次篩選方法

二次篩選可分為常規篩查和特定環境篩查（如耐輻照、鹽霧等），其中常規篩查方式包括：第一，篩查。篩查按照檢查方式的不同可以采用鏡檢、紅外篩查、X 射線篩查等，紅外篩查可排除體內或表層存在較大熱損傷的元件，而X射線則可檢測外殼內部是否存在異物及裝片、焊接或封裝時產生的質量問題和晶片的裂縫。第二，嚴格篩選。用于解決管道、殼體及密封工藝中出現的裂紋、微小漏孔、氣孔及密封不良等問題。第三，對外部壓力進行甄別。例如：振動加速、撞擊加速、離心加速、溫度循環和溫度沖擊。第四，篩選壽命。常用的有高溫貯存、低溫貯存、陳化篩選等。第五，電氣性能的篩選[3]。

■2.2 電子元器件二次篩選的目的

在進行電子元器件二次篩選前，供方與需方要依據相關的國家標準、軍工等相關標準等確定二次篩選的條件及技術要求，并依據產品總體規格的規定選取測試項目。本研究介紹了GJB360A-96《電子及電氣元件試驗方法[4]》中有關電阻、電容、電感、連接器、開關、繼電器、變壓器等電子和電子元件的測試方法和適用范圍。GJB128-98《半導體分立器件試驗方法》主要是用于軍事領域的各類離散器件；GJB128-97《微電子器件試驗方法和程序》主要是用于微電子相關設備的檢測。在電子元器件二次篩選過程中不得隨意變更篩選測試標準，對于靜電敏感元件在選用和試驗時，必須按照相關的規范做好對應的防靜電處理。

■2.3 電子元器件二次篩選應力確定的原則

電子元器件二次篩選實驗所需的應力是非破壞性的，也就是說，篩選過程中不會對制品的質量和可靠性造成影響，但是，測試應力也不能太小，盈利太小可能導致篩選的質量不達標[5]。原則上，要根據相關規范確定篩查項目及應力條件。在選取篩選力時，應遵循以下幾個原則。第一，選用能夠誘發早期破壞的應力，依據各設備所掌握的資料和破壞機制確定最優應力。第二，篩查應力的目標是能夠誘發早期故障，以便盡早發現設備中的各類隱患和缺陷。第三，屏蔽應力不應該導致普通設備故障。第四，消除篩分應力后不能在裝置中留有殘留應力，也不能對裝置的壽命產生影響。第五，應力甄別測試的期限應當以能夠充分地暴露出較小的缺陷為原則。綜合當前我國電子元器件二次篩選應力確定中IC中的主要篩選項目與缺陷之間的關聯，具體見表1。

表1 主要篩選項目與缺陷之間的關聯

3 電子元器件老煉二次篩選中工藝質量的控制方法

■3.1 電功率老煉過程的質量控制方法

所謂電功率老煉就是在一定的溫度下對元件施加一定的電應力，從而使元件中存在的一些潛在的缺陷得以提早曝光。通常情況下，分立元件在室溫下成熟，集成電路在高溫下成熟，再經過高溫成熟即高溫成熟，該過程是一種加速篩選，可以將早期故障排除在外。功率老化方法更接近于設備的真實工作狀況，因此被公認為最高效的篩選方法。在電功率老煉工藝中主要包括：電壓、電流、溫度、時間等因素在內。在質量控制過程中如果出現操作不當，如：過高的電流、過高的電壓應力等都會給電子元器件帶來不必要的損壞，還會帶來新的故障因素，造成很大的安全隱患；若電流或電壓應力太低，則不能有效地反映出元件的可靠性，因而不能有效地排除有潛在缺陷的元件，同時其篩查結果也將大打折扣[6]。所以，對電子元器件功率老煉過程中的工藝參數進行合理的選取和控制具有十分重要的意義。

關于電子元器件老化的問題，當前整個半導體行業都持有不同的觀點。與其他產品類似，部件也會因種種原因發生故障，老化過程中，通過超載運行來啟動缺陷，從而加快缺陷的曝光速度，加快了早期失效事件的發生。圖1 表示的是一條關于電子元器件的生命周期的浴盆曲線圖。若全部按室溫、額定功率1000 小時進行測試，則不可能也很難完成。通過實驗結果表明，升高時效溫度可以加快器件的過早失效。圖2 為電子元器件故障活化能量、故障時間、溫度以及故障活化能之間的關系。

圖1 電子元器件生命周期的浴盆曲線圖

圖2 失效激活能關系圖

通過圖2 曲線參數的走向可以看出，當溫度為0.5 eV，溫度為50° C 時需要1000 小時，而當溫度為125℃時僅需要30 小時，則會導致“早期失效”，而對于故障活化能為0.5 eV 的缺陷器件則會出現“早期失效”。該曲線走向為半導體元件進行高溫時效篩選提供了理論基礎。

在對元件的老化試驗中發現，一些通過老化試驗的裝置在產品的調試中仍然會出現故障，這些裝置的早期故障在篩查時不會顯現，老的離散裝置要按額定功率老煉，出現問題后經過多次的分析和試驗，比如，通過延長老化時間、增大老化功率等方法使其達到額定功率1.2 倍，從而更好地將早期失效的器件剔除，從而減少后續裝置的故障發生率。因此，針對電功率老煉過程的質量控制方法具體可以從以下幾個方面進行。第一，老煉二次篩查之前必須對技術條件進行嚴格的控制，并對測試電壓和電流等有關參數進行科學設計。第二，全面檢查老煉所需要的設備和條件，并嚴格按照測試的操作規程進行。第三，檢查有無接地、短路等問題，特別是要確認接線夾等的安裝有沒有松動，有沒有安裝極性，如有這種情況不僅會影響篩條的品質，也會有設備報廢的危險。第四，為了防止外界因素對設備的外觀質量產生影響，測試時要小心，不要使用太大的力，否則會對設備產生機械損壞。

■3.2 電參數測試的質量控制方法

第一，電氣參數的檢測要求在苛刻的環境條件下進行，盡量控制其溫度在22℃～28℃之間，濕度在50%～70%之間，大氣壓為90kPa～106 kPa。在保證上述條件的前提下，嚴格按照實驗參數和規程進行篩選。第二，在對電氣參數進行測試之前必須對儀器進行校驗，確定儀器符合測試的精度要求后方可進行測試。第三，在測試期間通過的電壓和電流絕對不能超過設備的等級。首先進行樣品的測試，沒有任何問題之后才可以進行電氣參數的測試[7]。

■3.3 失效防止

在對電子元件進行測試時應重點防范由下列因素引起的故障：程序設定不合理導致電子元件測試失敗；極性接反導致元件故障；錯誤的信號導致元件故障；電氣應力過度導致元件故障；使用不當會導致電子元件故障；不適當的拔插方法會導致機械應力破壞；在儲存時不小心把一些有極性的元件放錯了位置，儲存濕度太大，很可能會導致引腳的表面被腐蝕或者電氣性能變差。

■3.4 完善老煉二次篩選的質量控制

老煉測試是指元件在特定的電應力狀態下，在特定的溫度范圍內工作一段時間減少元件的潛在缺陷提前出現。盡管這種測試方法可以有效地篩選出一些損壞的設備，但是有些設備經過老煉二次篩選后仍然會產生故障。在這種情況下，可以通過提高老化試驗時間，增大電壓和功率等方法對試驗結果進行嚴密的篩選。具體可以從以下幾個方面進行控制。第一，在老煉之前應根據技術文件中所列的電流、電壓等情況，仔細檢查老化情況。第二，在用舊設備之前需檢查其狀態是否良好，是否按照規定進行周期性的檢驗。第三，對設備的老化問題要仔細研究，并嚴格按照操作規程進行操作。第四，在上電之前必須先確認有無接地，斷開或短路。在設備安裝完畢后要仔細檢查其安裝極性；檢查接線夾、接線片等的固定是否牢固，不得有任何松動、脫落，否則將導致設備報廢。第五，在使用電子元器件過程中通常應輕拿輕放，不然會引起形狀的扭曲和尺寸的改變。在裝夾、拔夾的過程中切勿強行將其插入或取出，以免因外力過大而引起機械損壞或機械應力疲勞；在確保接觸良好的條件下，應盡可能地減小對設備引腳的作用。

4 結語

電子元件的老煉二次篩是保障裝備正常工作的重要前提，而二次篩查若不能有效地對其進行質量控制，則可能導致產品的品質與性能存在安全隱患。所以，在篩選的過程中應從環境、操作規范和設備質量三個方面嚴格把關，保證所有的質量控制方法能夠達到提升元器件質量的目的，提升電子元器件的應用水平。