电子元器件可靠性筛选设计探讨

摘要：伴随着我国科学技术的高速发展，制造业中电子设备元器件的可靠元器件数量不断增加，导致装备系统整体结构的复杂程度越来越高。相应地，在日常使用过程中，人们对其可靠性以及可维修性提出了更高的标准和要求。基于此，详细分析与阐述电子元器件的可靠性筛选设计。

关键词：电子元器件；可靠性；筛选设计；原材料

现阶段，只有保证装备具有较高的可靠性，才能够实现提升装备质量的设计目标。这不仅仅需要进行可靠性的设计，还需要提升使用电子元器件的整体可靠性。对于整机承制单位而言，生产制造过程会受到一些环境方面的影响，导致产品出现一定的故障与缺陷。

1可靠性筛选价值

近些年，尽管电子元器件的可靠性水平已经逐步增长，但是，在进行大批量生产加工的过程中，始终无法基于设计的工艺规范和要求，进行一些良好的人为误差控制。这是由于加工过程始终都受到原材料、辅助材料以及工艺等方面的因素影响，会出现一定的加工偏差。在工艺与设计环节存在的缺陷，会使电子元器件在日后的使用中，生命周期受到严重影响，较一般的装备而言，无法达到正常的寿命周期。在过去大量的试验分析中发现，很多电子元器件的失效率基本上与时间呈现出相似浴盆的曲线走势。电子元器件失效的曲线示意图如图1所示。从图1可以发现，在同一批产品中，早期的失效期存在着较高的失效率，同时下降的速度比较慢。一旦超过了临界点A后，就会进入偶然失效期，这个时期的失效率被控制在一个较小的数值范围。进行可靠性筛选的过程，就是在同一批电子元器件中，及时剔除一些潜在的故障产品。同时，还需及时挑选出一些有着鲜明特征的产品，这样可以有效地保障电子元器件的失效率保持稳定，使元器件发挥出最大的价值。当下，我国电子元器件的制造过程总体工艺水平并不高，进行可靠性筛选的过程，也是充分保障产品质量的重要措施。军用装备往往有着较高的可靠性需求，同时进行特殊筛选的环节也比较多，造成整体筛选周期比较长，剔除率也相对比较高。因此，这样的筛选过程需要投入大量的成本费用。

2影响电子元器件可靠性的因素

在电气元器件的使用过程中，造成失效的影响因素较为复杂，例如，设计上的缺陷、焊点不准以及密封不严格，都会造成日后使用过程中可靠性降低。

2.1温度应力

低温情况会对电子元器件的电参数造成直接影响，同时，材料冷缩及变脆后，也会导致高温出现加速热老化的问题，使得电子元器件中的电阻与金属材料的电阻出现较大的提升。低熔点焊缝位置也会出现开裂的情况，进而导致焊点的脱离。温度出现交替变化后，特别是在冬季，由于装备需要在户外使用，对电气元器件的温度承受能力有着较高的要求，同时需要保障结构与材料的热匹配性能可以得到全面发挥[1]。

2.2湿度应力

在半导体器件的使用过程中，一旦水汽渗透到管芯中，就会导致电参数出现一定的变化。例如，晶体管出现漏电流增加的情况，或者电流的发电系数发生变化，就会出现故障问题。特别是在不同的金属键合成的位置连接处，水汽渗入后，会导致严重的电化学反应，促进腐蚀反应流程[2]。

2.3机械应力

机械应力的出现，主要基于振动、冲击及跌落等问题。电子元器件在使用过程中，一旦出现长期振动，就会导致其在连接位置出现一定的松动。另外，还会出现相对运动问题，相应地，会引发线材断裂，使用过程会经常出现设备瞬时短路问题。一旦电子元器件某个部位与环境振动保持一致的频率，就会进一步产生谐振，进而加速电子元器件的老化。

2.4电与电磁应力

电与电磁应力是电源不稳定导致的问题，传导线系统中存在大量的干扰信号，或者受到电磁场的干扰，使得电晕和放电等问题出现。电应力的出现，会导致电子元器件出现局部升温，这样的热点相互作用会直接加速设备老化。电子元器件的使用也会受到诸如气压、声振及化学应力等诸多方面的影响，因此需要对其进行可靠性分析与筛选[3]。

3可靠性筛选方案的设计

可靠性筛选的具体方案设计，往往需要对电子元器件进行大量的摸底测试，同时进行失效性分析，进而对筛选项目、筛选应力、筛选方法以及程序进行合理的设计，保障筛选方案的合理性。

3.1可靠性筛选条件与目标

电子元器件的可靠性筛选过程，首先要确定具体的筛选对象、应力类型等级以及筛选的具体时间。不同电子元器件的加工过程会涉及不同的材料、结构及工艺流程等，因此电子元器件也会产生不同的失效机理。在早期失效与偶然失效的临界点方面也不尽相同。这导致无法制定出一个固定的可靠性筛选条件。筛选的过程需要基于不同的电气元器件，设计针对性的可靠性试验，同时也要进行筛选摸底试验分析，满足产品的实际失效分布规律，并确定失效机理与具体的对象[4]。确定筛选项目的过程，往往需要对电子元器件的早期失效项目进行针对性的分析。在进行筛选的过程中，应将效率与经济效益分析作为重点。完成了应力类型以及等级确定后，方可对早期的失效问题进行研究，避免导致产品承受过大的应力，避免其进入全新的失效阶段。最后，需要对筛选时间进行合理设置。本文以对半导体的可靠性筛选为例，对具体的筛选时间进行了合理设置。3.1.1确定筛选时间确定筛选时间，首先要尽可能排除部分早期失效的产品，因此需要对早期存在失效的电子元器件具体的寿命进行评估，保证其寿命大于筛选的时间概率，同时，针对寿命给定一个较小的数量值。在时间判断的过程中，需要对早期失效的电子元器件筛选时间进行控制。从浴盆曲线的变化上来看，筛选时间需要限定在失效时间附近。如果筛选时间过小，会导致漏掉早期失效的一些产品，无法发挥出筛选作用。但是，如果筛选时间过大，也会造成一些不必要的浪费，大大降低合格产品的使用周期。3.1.2平均值与标准差摸底测试过程可以得到一些早期失效的电子元器件的具体失效时间，可以利用判断式，有效地计算与分析其平均值与标准差。3.1.3引入安全系数平均值以及标准差的计算主要是从样品实验分析得出，相比较一些元件的真实数值，往往存在一定的偏差。分析过程中，需要针对性地分析。由于样本与真实数值会存在一定的偏差，因此要对计算公式进行一定的优化与调整。寿命筛选过程需要保障推算原理相同。例如，寿命筛选过程要控制应力取值，同时尽可能地选择一些时间较长的数值。例如，国外一些半导体器件老化时间确定，基本会选择168h，研究期间则控制在240h。另外，完全掌握与明确电子元器件失效机理后，可以利用高应力、短时间的方式，全面提升筛选效率，降低筛选过程的成本投入。

3.2常用电子元器件筛选方案

在电阻器、电容器以及电磁继电器的筛选过程中，需要把控一般环境和仲裁环境。一般环境下，温度在15～35℃，湿度控制在20%～80%，气压为所在场地的实际气压即可。而在仲裁环境中，温度控制在25℃左右，湿度控制在48%～52%，气压则需要控制在86～106kPa。

3.3筛选风险性

筛选过程首先需要对产品提供方进行质量检测，利用高质量控制方式，使电子元器件具有较高的稳定性，之后经由整体承制单位进行针对性的筛选。这样可以有效提升电子元器件的整体质量。现有的仪器设备在失效模式下进行无损检查较为困难。例如，半导体芯片存在强度差、硅铝丝键合力不足的问题，因此无法利用常规筛选方式，对其进行去除操作。如果筛选的应力较低，就会丧失筛选的作用。但是筛选应力过高，也会导致对原本正常的元器件造成一定的损坏，降低使用寿命。因此，为了保障筛选的合理性，需要进行全面分析，尽可能使元器件避免承受电应力、机械应力以及热应力方面的筛选工作，仅仅进行一些常规检查即可。另外，设计的筛选过程需要谨慎使用高温存储的筛选环节，因为这样会导致元器件出现一定程度的易焊性降低。

4结语

对电子元器件的可靠性筛选工作，是在生产加工后，及时发现质量不佳的产品。需要注意的是，筛选设计过程需要结合实际的产品情况，避免筛选手段对电子元器件造成直接的损害，严重影响其使用寿命。

参考文献：

[1]吴俊.电子元器件可靠性试验[J].电子技术与软件工程，2020（23）：89-90.

[2]周冬娣.电子元器件可靠性与二次筛选[J].电子技术与软件工程，2019（14）：100-101.

[3]薛青青.基于二次筛选的电子元器件可靠性研究[J].电子世界，2019（9）：65-66.

[4]李德.试论电子元器件的可靠性与检测筛选[J].中国新通信，2018，20（22）：227.

作者：付玉娟 单位：工业和信息化部电子第五研究所