姚鼎（中船重工第七一六研究所，江蘇連云港，222000）

電子元器件二次篩選中的質(zhì)量控制和管理

姚鼎
（中船重工第七一六研究所，江蘇連云港，222000）

二次篩選是電子元器件在裝機(jī)使用前可靠性的重要保障過(guò)程，文章敘述了電子元器件二次篩選的基本概念，重點(diǎn)對(duì)在二次篩選過(guò)程中的主要篩選工序（電功率老煉和電參數(shù)測(cè)試）的工藝質(zhì)量控制方法進(jìn)行了闡述。

電子元器件；二次篩選；質(zhì)量控制

0 引言

篩選試驗(yàn)是指為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效的產(chǎn)品而進(jìn)行的試驗(yàn)。它是一種對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)檢驗(yàn)的非破壞性試驗(yàn)，通過(guò)按照一定的程序施加環(huán)境應(yīng)力，激發(fā)出產(chǎn)品潛在的設(shè)計(jì)和制造缺陷，以便剔除早期失效產(chǎn)品，降低失效率。元器件的篩選一般應(yīng)由元器件生產(chǎn)方按照軍用電子元器件規(guī)范或供需雙方簽訂的合同進(jìn)行。一般將元器件制造好后進(jìn)行的出廠篩選稱為第一次篩選。而整機(jī)科研和生產(chǎn)單位為了滿足整機(jī)系統(tǒng)對(duì)元器件的可靠性要求，對(duì)元器件按照驗(yàn)收流程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的第二次合格性和可靠性篩選，稱為元器件二次篩選。元器件的“一次篩選”和“二次篩選”的目的與試驗(yàn)方法基本相同，但“二次篩選”是在“一次篩選”的基礎(chǔ)上裁剪而成的?！岸魏Y選”只能提高元器件的使用可靠性，不能提高其固有可靠性，也就是說(shuō)，元器件的固有可靠性是設(shè)計(jì)進(jìn)去的，制造出來(lái)的，而不是篩選出來(lái)的，因此，在選擇元器件時(shí)，還是應(yīng)根據(jù)整機(jī)、設(shè)備的質(zhì)量與可靠性要求，選擇相應(yīng)的高質(zhì)量等級(jí)的元器件。

元器件的二次篩選一般由整機(jī)研制單位、整機(jī)生產(chǎn)單位（或委托元器件廠）來(lái)進(jìn)行，其目的是為了淘汰早期失效的元器件，保證電子元器件的使用可靠性，確保整機(jī)的性能和可靠性。所以對(duì)電子元器件的二次篩選過(guò)程必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和管理。

任何一個(gè)電路模塊或整機(jī)的性能、可靠性都和構(gòu)成它的元器件的性能、可靠性緊密相關(guān)，所以整機(jī)科研單位、整機(jī)生產(chǎn)單位即要在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的元器件（這時(shí)主要選擇元器件的品種、型號(hào)、外形、技術(shù)參數(shù)）、還要在元器件進(jìn)廠時(shí)的質(zhì)量認(rèn)證、質(zhì)量檢測(cè)方面做嚴(yán)格的控制。本文重點(diǎn)闡述元器件進(jìn)廠時(shí)的電參數(shù)的檢測(cè)、和二次篩選過(guò)程中的工藝質(zhì)量控制。

1 二次篩選的適應(yīng)范圍

二次篩選主要適用于下列四種情況的元器件。

（1）元器件生產(chǎn)方未進(jìn)行“一次篩選”，或使用方對(duì)“一次篩選”的項(xiàng)目和應(yīng)力不具體了解的。

（2）元器件生產(chǎn)方已進(jìn)行“一次篩選”，但“一次篩選”的項(xiàng)目或應(yīng)力還不能滿足使用方對(duì)元器件的質(zhì)量要求。

（3）在元器件的產(chǎn)品規(guī)范中未作具體規(guī)定、元器件生產(chǎn)方也不具備篩選條件的特殊篩選項(xiàng)目。

（4）對(duì)元器件生產(chǎn)方是否已按合同規(guī)范的要求進(jìn)行了“一次篩選”或?qū)Τ兄啤耙淮魏Y選”的有效性有疑問(wèn)需要進(jìn)行驗(yàn)證的元器件。

以上前三種情況元器件的二次篩選是很難用其它措施替代的，對(duì)于第四鐘情況則除了進(jìn)行二次篩選外，還可采取對(duì)元器件生產(chǎn)方“一次篩選”進(jìn)行監(jiān)督等措施來(lái)替代二次篩選。

元器件二次篩選中還應(yīng)該注意以下問(wèn)題。

（1）對(duì)型號(hào)研制中采用的元器件應(yīng)實(shí)行 100%的二次篩選，這樣才能最大限度地剔除存在有某種失效模式的元器件。

（2）按元器件質(zhì)量等級(jí)制定通用篩選技術(shù)條件, 由設(shè)計(jì)師根據(jù)型號(hào)產(chǎn)品對(duì)元器件的質(zhì)量和可靠性要求參照通用規(guī)范制定或確定型號(hào)用元器件篩選技術(shù)條件, 試驗(yàn)人員嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行篩選。

（3）對(duì)于國(guó)內(nèi)無(wú)條件進(jìn)行測(cè)試、篩選的元器件, 需采取其它的控制方式來(lái)保證其質(zhì)量，標(biāo)識(shí)后進(jìn)行板極、整機(jī)測(cè)試篩選。

（4）對(duì)元器件篩選試驗(yàn)室進(jìn)行防靜電和環(huán)境適應(yīng)性建設(shè),要嚴(yán)格執(zhí)行防靜電、測(cè)試環(huán)境要求等相關(guān)規(guī)定。

（5）加強(qiáng)元器件篩選失效率(PDA)的控制。

2 二次篩選試驗(yàn)方法及篩選項(xiàng)目的確定

2.1 篩選試驗(yàn)方法

篩選試驗(yàn)可分為常規(guī)篩選和特殊環(huán)境篩選（如抗輻射、鹽霧等），常規(guī)篩選方法主要有以下五種。

（1）檢查篩選：檢查篩選可采取鏡檢、紅外線篩選、X射線篩選，紅外線篩選可以剔除體內(nèi)或表面熱缺陷嚴(yán)重的器件，X射線主要用于檢查管殼內(nèi)有無(wú)外來(lái)物和裝片、鍵合或封裝工序的缺陷以及芯片裂紋。

（2）密封性篩選：用于剔除管殼及密封工藝中所在的缺陷,如裂紋、微小漏孔、氣孔以及封裝對(duì)位欠佳。

（3）環(huán)境應(yīng)力篩選：如振動(dòng)加速度、沖擊加速度、離心加速度、溫度循環(huán)和熱沖擊等。

（4）壽命篩選：如高溫貯存、低溫貯存、老煉篩選等。

（5）電測(cè)試篩選。

2.2 篩選項(xiàng)目的確定

進(jìn)行二次篩選之前，首先供需雙方要按照有關(guān)元器件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、軍企標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的二次篩選條件和技術(shù)要求，并根據(jù)產(chǎn)品總規(guī)范的要求來(lái)選擇試驗(yàn)項(xiàng)目。以下是幾種主要的試驗(yàn)方法及元器件的適用范圍。

GJB 360A-96《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》，適用于電阻器、電容器、電感器、連接器、開關(guān)、繼電器、變壓器、等電子及電氣元件。

GJB 128-97《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》，適用于各種軍用半導(dǎo)體分立器件。

GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》，適用于微電子器件。

篩選試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過(guò)程中不能隨意改動(dòng)。

對(duì)靜電敏感器件，在篩選、測(cè)試時(shí)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行防靜電處理。

2.3 篩選試驗(yàn)應(yīng)力的確定原則

篩選試驗(yàn)的應(yīng)力條件首要是非破壞性的，即通過(guò)篩選不能對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性產(chǎn)生影響，但試驗(yàn)應(yīng)力也不能偏低，低了起不到篩選作用。原則上，確定篩選項(xiàng)目和應(yīng)力條件應(yīng)依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。選擇篩選應(yīng)力的主要原則是：

（1）篩選應(yīng)力類型應(yīng)選擇能激發(fā)早期失效的應(yīng)力，根據(jù)不同器件掌握的信息及失效機(jī)理來(lái)確定。

（2）篩選應(yīng)力應(yīng)以能激發(fā)出早期失效為宗旨，使器件各種隱患和缺陷盡快暴露出來(lái)。

（3）篩選應(yīng)力不應(yīng)使正常器件失效。

（4）篩選應(yīng)力去掉后，不應(yīng)使器件留下殘余應(yīng)力或影響器件的使用壽命。

（5）應(yīng)力篩選試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)能充分暴露早期失效為原則。

表1 集成電路常見(jiàn)的缺陷與主要篩選試驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)性分析

3 元器件在二次篩選過(guò)程中的質(zhì)量控制和管理

從事二次篩選的人員首先要知道篩選流程、篩選條件、技術(shù)要求等，了解被篩選的元器件的重要技術(shù)參數(shù)的意義，了解和掌握有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和試驗(yàn)的基本原理，熟練操作篩選設(shè)備，并按規(guī)定參加培訓(xùn)，通過(guò)考核取得上崗資格，能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出正確的分析和評(píng)價(jià)。

元器件二次篩選的項(xiàng)目很多，因篇幅所限，下面主要講二次篩選過(guò)程中主要篩選工序：電功率老煉和電參數(shù)測(cè)試過(guò)程的質(zhì)量控制和管理。

3.1 電功率老煉過(guò)程中的質(zhì)量控制和管理

電功率老煉是在規(guī)定的溫度下給元器件通上規(guī)定時(shí)間的電應(yīng)力，使器件具有的潛在缺陷提前暴露。被篩選的器件一般加額定功率，溫度基本恒定，一般分立器件在常溫下老煉，集成電路在高溫下老煉，在高溫下加功率的老煉通常稱為高溫電老煉，這項(xiàng)試驗(yàn)是具有加速度的篩選，它能提前暴露器件潛在缺陷，從而把早期失效的器件剔除。電功率老煉由于比較接近器件的實(shí)際工作狀態(tài)，所以被認(rèn)為是一種最有效的篩選手段。老煉過(guò)程中需要控制的參數(shù)有：電壓、電流、溫度、時(shí)間等。如果控制不好，如：電流或電壓應(yīng)力過(guò)大都將對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生不應(yīng)有的損傷，甚至可能引入新的失效因子，產(chǎn)生不良的隱患；如果電流或電壓應(yīng)力過(guò)小，器件的不可靠因素難以充分暴露，也就不能剔除潛在缺陷的器件，從而無(wú)法達(dá)到預(yù)期的篩選結(jié)果。因此，功率老煉中的參數(shù)的選擇控制顯得尤為重要。

在半導(dǎo)體業(yè)界，器件的老煉問(wèn)題一直存在各種爭(zhēng)論。像其它產(chǎn)品一樣，元器件隨時(shí)可能因?yàn)楦鞣N原因而出現(xiàn)故障，老煉就是藉由讓器件進(jìn)行超負(fù)荷工作而使缺陷激活，使缺陷加速暴露而使器件產(chǎn)生“早期失效”。圖1就是電子元器件壽命浴盆曲線。

圖1 電子元器件壽命浴盆曲線

電子元器件缺陷而引起的早期失效理論上一般產(chǎn)生在1000h以內(nèi)，之后器件的失效率將保持一個(gè)非常低的常數(shù)。如果對(duì)所有器件都進(jìn)行常溫和額定功率1000h試驗(yàn)，是不可行的，也是難以實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)實(shí)踐證明，如果提高老化溫度，就能加速使器件產(chǎn)生早期失效。圖二表示失效激活能、失效時(shí)間、溫度和失效激活能的關(guān)系。

如：失效激活能需0.5ev，在50℃下需1000小時(shí)才能使器件產(chǎn)生“早期失效”，但在125℃條件下只需30h就可以使失效激活能需0.5ev的有缺陷器件產(chǎn)生“早期失效”。這就是半導(dǎo)體器件做高溫老化篩選的理論依據(jù)。

我所在進(jìn)行分立器件老煉試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有一些經(jīng)老煉測(cè)試合格的器件，在產(chǎn)品調(diào)試過(guò)程中還會(huì)有失效的器件出現(xiàn)，器件的早期故障沒(méi)有在篩選過(guò)程中顯現(xiàn)，先前分立器件的老煉我所一直按額定功率進(jìn)行老煉，出現(xiàn)問(wèn)題后，我們與產(chǎn)品組經(jīng)過(guò)多次分析研究并反復(fù)試驗(yàn)，比如延長(zhǎng)老化時(shí)間，提高老化功率等，最后我們發(fā)現(xiàn)將其按額定功率的1.2倍進(jìn)行老煉篩選并檢測(cè)合格的器件，能較好的剔除早期失效的器件。在使用過(guò)程中，故障率最低。

基本上電功率老煉的質(zhì)量控制還要從以下幾個(gè)方面做起。（1）老煉前，依照工藝資料規(guī)定的電流和電壓條件，認(rèn)真核對(duì)老化條件。

（2）所用的老煉設(shè)備是否完好，是否按規(guī)定定期檢定合格，并在有效的計(jì)量檢定周期內(nèi)使用。

（3）認(rèn)真消化老化設(shè)備操作規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行。

（4）通電前應(yīng)檢查是否有接地、斷路和短路現(xiàn)象。器件安裝后，應(yīng)注意檢查安裝極性；檢查接線夾、接線片等是否安裝牢固可靠，絕不能有松動(dòng)和脫落現(xiàn)象，此項(xiàng)操作稍有不慎就會(huì)造成器件的報(bào)廢。

（5）對(duì)于電子元器件，一般應(yīng)該輕取輕放，否則容易造成外形變形或尺寸變化。電子元器件在插入或拔出夾具時(shí)不能猛插猛取，否則會(huì)由于用力過(guò)大而造成機(jī)械損傷或機(jī)械應(yīng)力疲勞；在保證接觸良好的狀態(tài)下，對(duì)器件管腳施加的應(yīng)力應(yīng)該越小越好。

3.2 電參數(shù)測(cè)試過(guò)程中的質(zhì)量控制和管理

為了確保器件測(cè)試時(shí)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，且器件不至于損壞或受損傷，應(yīng)進(jìn)行以下質(zhì)量控制管理。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的測(cè)試條件：常溫測(cè)試的環(huán)境溫度控制在25±3℃以內(nèi)；相對(duì)濕度為45～75%；大氣壓力：86～106KPa；高、低溫測(cè)試嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定的環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)試；嚴(yán)格執(zhí)行器件的規(guī)范條件進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)特選的參數(shù)條件及規(guī)范進(jìn)行測(cè)試。

（2）所用的檢測(cè)儀器設(shè)備應(yīng)按規(guī)定定期檢定合格，并在有效的計(jì)量檢定周期內(nèi)使用，測(cè)量前應(yīng)先校準(zhǔn)儀器，儀器設(shè)備的精度應(yīng)滿足試驗(yàn)和檢測(cè)的要求。

（3）測(cè)試過(guò)程中，器件所施加的電流和電壓不能超過(guò)器件的最大額定值。測(cè)試儀器設(shè)備自身的漏電應(yīng)遠(yuǎn)小于被測(cè)器件的反向漏電流。應(yīng)該保證電信號(hào)的穩(wěn)定性，否則易發(fā)生由于電浪涌等而造成的過(guò)電應(yīng)力損傷。作為預(yù)防措施，應(yīng)避免引線誤接、反接和短路等情況的發(fā)生。還應(yīng)注意防止因開啟和關(guān)閉而造成的浪涌電壓加到器件上。

在進(jìn)行正式測(cè)試前，首先要對(duì)樣片進(jìn)行反復(fù)試測(cè)，如試測(cè)有問(wèn)題，應(yīng)立即終止檢測(cè)。

我所在元器件檢測(cè)中，曾發(fā)現(xiàn)這樣問(wèn)題，我們?cè)谶M(jìn)行54F00測(cè)試中，在進(jìn)行樣品試測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，第一次器件測(cè)試是合格的，但在第二、第三次測(cè)試中就不合格了，反復(fù)測(cè)了幾只，都是這種問(wèn)題，我們反復(fù)查找原因，最終發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行參數(shù)ICC測(cè)量中，電源電流ICC有兩個(gè)值，分別為2.8mA和10.2mA，PMU在換檔測(cè)試中，由于繼電器的機(jī)械動(dòng)作，使PMU產(chǎn)生了高脈沖，使器件燒壞，后來(lái)，修改了底層測(cè)試文件，換檔后不再產(chǎn)生高脈沖，上述情況就不再發(fā)生，所以在進(jìn)行器件測(cè)試前，樣片的試測(cè)也是非常重要的。

圖2 失效激活能關(guān)系圖

3.3 失效防止

在電子元器件的篩選檢測(cè)過(guò)程中，要主要防止以下幾種方面造成的失效：程序設(shè)置不當(dāng)造成電子元器件的檢測(cè)失效；極性接反造成元器件失效；錯(cuò)誤信號(hào)造成元器件失效；電應(yīng)力過(guò)沖造成元器件失效；適配器誤用造成電子元器件失效；插拔方式不當(dāng)造成機(jī)械應(yīng)力失效；在存放過(guò)程中誤將某些有極性的元器件放反等，貯存濕度過(guò)高，容易發(fā)生管腳表面腐蝕或許電性能惡化。

4 結(jié)束語(yǔ)

二次篩選是元器件裝機(jī)前可靠性的重要保障過(guò)程，但是二次篩選的不當(dāng)操作和防護(hù)也能給電子元器件的運(yùn)用留下隱患或許直接造成失效。所以，在二次篩選檢測(cè)試驗(yàn)中，從環(huán)境保護(hù)、操作審查與小心操作、靜電防護(hù)等方面做好電子元器件的可靠性保障工作是十分關(guān)鍵的。二次篩選選取的應(yīng)力應(yīng)保證對(duì)正常器件不造成損壞、損傷及明顯縮短其使用壽命，過(guò)應(yīng)力條件篩選的元器件原則上不可裝機(jī)。

另外整機(jī)單位要根據(jù)元器件進(jìn)廠質(zhì)量認(rèn)證流程、二次篩選流程等質(zhì)量文件對(duì)元器件供貨單位進(jìn)行選擇、對(duì)元器件進(jìn)行二次篩選，在使用過(guò)程中還要對(duì)元器件的質(zhì)量和對(duì)整機(jī)的影響進(jìn)行跟蹤和質(zhì)量反饋。每一個(gè)環(huán)節(jié)都要求操作人員按照質(zhì)量管理流程、篩選標(biāo)準(zhǔn)、篩選條件和技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和反饋，這樣才能形成一個(gè)元器件質(zhì)量保證環(huán)，最大限度保證電子元器件的可靠性水平。

[1]周育才.電子元器件篩選方法與效果研究[J].航空兵器.2001（2）：26-28.

[2]董西英.元器件二次篩選中的質(zhì)量控制[J].《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》2009年第10期.

[3]廖光朝.二次篩選中電子元器件的可靠性保障[J].《電子測(cè)試》2007年第6期.

[4]李志鑫.電子元器件的降額應(yīng)用和“二次”篩選.2010-1-4.

姚鼎（1987.3-），男，工程師，江蘇連云港人，從事元器件檢測(cè)技術(shù)研究。

Quality control and manage for electronic components & devices secondary screening

Yao Ding
(No. 716 Research Institute of China shipbuilding industry,Lianyungang Jiangsu, 222000)

the secondary screening is an important support process for reliability of electronic components & devices before installing on the machine The basic concept of secondary screening of electronic components & devices is described in the paper, with the focus on explaining processing quality control and manage for main screening sequence (burn-in test and electric parameter test) during secondary screening

Electronic components & devices；Secondary screening；Quality control