微波铁氧体器件失效情况的统计与分析

1、58 J Magn Mater Devices Vol 37 No 5工艺 ·技术 ·应用 微波铁氧体器件失效情况的统计与分析刘 莉,张 明(西南应用磁学研究所,四川绵阳 621000摘 要:通过对我所 20002003年交货检验产品批次性不合格情况的统计,对多晶微波铁氧体器件失效情 况进行了分析,由此得出多晶微波铁氧体器件的失效模式及失效率,对多晶微波铁氧体器件的研制、生产、管 理具有指导作用。关键词:微波铁氧体器件;失效;统计与分析中图分类号:TN62 文献标识码:B 文章编号:1001-3830(200605-0058-031 微带型器件及带线型器件失效模式多晶微波铁

2、氧体器件分为微带型器件及带线 型器件, 两种器件所用的材料、 生产工艺及结构都 不一样, 交货检验中出现批次性不合格的比例也不 同。 在批次性不合格中, 微带型器件批次性不合格 数占总批次性不合格数的 26%,带线型器件批次性 不合格数占总批次性不合格数的 74%。可见, 带线 型器件批次性不合格数是微带型器件批次性不合 格数的近 3倍, 降低带线型器件的失效, 可大大降 低批次性失效。多晶微波铁氧体器件检验一般按 A 组(外观 及机械检验 、 B 组(标准大气条件下及极限工作 温度下电气性能检验 、 C 组(环境试验及周期检 验 的顺序进行。 环境试验及周期检验分为机械试 验(包括高频振动、

3、随机振动、冲击、加速度等 和气候试验(包括温度冲击、稳态湿热、耐湿等 。 在各组试验中,导致器件失效的缺陷分为致命缺 陷、重缺陷及轻缺陷三种 1。微带型器件致命缺陷包括磁体脱落、 基片及微带线有裂纹, 重缺陷包括 电性能超差,轻缺陷包括基片掉块等 1。带线型器 件致命缺陷包括磁体脱落、 内部元件松动导致内部 有响声,重缺陷包括电性能超差、器件表面氧化、 外形尺寸超差等 1。微带型器件及带线型器件失效 模式见表 11。表 1 微带及带线型器件失效模式器件类型 致命缺陷 重缺陷 轻缺陷 微带型器件磁体脱落、基片及微带线有裂纹 电性能超差基片掉块带线型器件磁体脱落、内部元件 松动导致内部有响声电性能

4、超差、器件表面腐蚀、氧化、外形尺寸超差器件表面有水印2 微带型器件2.1 微带型器件失效模式、不合格率统计与分析表 2是微带型器件分别在 A 组、 B 组、 C 组检 验中出现批次性不合格数及相应的失效模式占微 带型器件总批次性不合格数的统计结果。表 2 微带型器件失效模式及批次性不合格数的统计C 组(环境试验及周期检验试验项目 A 组(外观及机械检验B 组(电气性能机械试验气候试验失效模式 致命缺陷 重缺陷 致命缺陷 重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷批次性不合格率 0% 0% 0% 0% 33.4% 33.4% 0% 33.4%由表 2可见,微带型器件在 A 组检验及 B 组 检验中没有失

5、效发生, 微带型器件失效均发生在 C 组检验中。在 C 组检验中,机械试验后的批次性收稿日期:2006-02-07 修回日期:2006-09-18 作者通信:Tel: 合 格 数 占 微 带 型 器 件 总 批 次 性 不 合 格 数 的66.8%,其中致命缺陷(磁体脱落、基片及微带线 产生裂纹 导致的批次性不合格数占微带型器件总 批次性不合格数的 33.4%,重缺陷(电性能超差 导致的批次性不合格数占微带型器件总批次性不磁性材料及器件 2006年 10月 59合格数的 33.4%;气候试验中,无致命缺陷导致的 失效,重缺陷(电性能超差导致的批次性不合格 数占总微带

6、型器件总批次性不合格数的 33.4%。 由 此可见,机械试验主要导致微带型器件磁体脱落、 基片及微带线产生裂纹及电性能超差, 气候试验主 要导致器件电性能超差。2.2 微带型器件失效的解决方法要降低微带型器件的失效率, 就要提高其在机 械试验中的磁体粘接强度、 铁氧体基片强度等。 解 决机械试验中磁体脱落现象,提高磁体粘接强度, 就要严格按操作工艺规程进行; 有些器件, 在磁体 上装上屏蔽壳,利用屏蔽壳压紧上、下磁体,可大 大提高磁体粘接强度,提高器件可靠性。避免基片出现裂纹, 要严格按多晶微波铁氧体 材料的工艺规程进行生产, 加强多晶微波铁氧体材 料及器件制作工艺和调试中的工序检验, 保证不

7、合 格的材料不流入下道工序。微带线避免裂纹出现, 需要改进厚膜印刷及薄膜溅射工艺, 消除其中的偶然因素,提高其可靠性。3 带线型器件3.1 带线型器件失效模式、不合格率统计与分析带线型器件分别在 A 组、 B 组、 C 组检验中出 现批次性不合格及相应的失效模式占带线型器 件总批次性不合格比例的统计结果如表 3所示。 由表 3可见,带线型器件各组检验中均无致命缺 陷导致的失效。 在 A 组检验的批次性不合格数占 带线型器件批次性不合格总数的 41.1%, B 组检 验 中 重 缺 陷 导 致 的 不 合 格 数 占 总 不 合 格 数 的11.8%,而 C 组的机械试验及气候试验中,由重 缺陷

8、(电性能超差及器件表面氧化导致的批次 性不合格数分别占带线型器件批次性不合格总 数的 11.8%和 33.4%。 可见,带线型器件失效主 要发生在 A 组及 C 组检验的气候试验中,主要 失效模式是外观、外形尺寸不合格,电性能超差 及器件表面氧化。表 3 带线型器件失效模式批次性不合格统计C 组(环境试验及周期检验试验项目 A 组(外观及机械检验 B 组(电气性能 机械试验气候试验失效模式 致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷批次性不合格率0% 41.1% 0% 11.8% 0% 11.8% 0% 33.4%3.2 带线型器件失效的解决方法带线型器件批次性不合格率是微带型器

9、件的 3倍。 带线型器件的失效模式主要是电性能超差 (占 带线型器件批次性不合格总数的 58.9% 、外观及 机械性能不合格 (占带线型器件批次性不合格总数 的 41.1%。因此降低带线型器件电性能超差、外 观及机械性能不合格数,可大大降低批次性失效, 提高合格品率。外观不合格,外形尺寸超差,需要加强管理, 加强设计人员、机加工人员、调试人员的责任心, 可大幅度降低不合格次数, 提高效率。 要解决外观 及机械检验的失效, 可从以下几方面着手:第一, 加 强设计图纸的审查, 从头把关; 第二, 腔体机加工结 束后, 应对腔体进行检验, 外形尺寸不合格的腔体不 流入下道调试工序; 调试人员应对上道

10、工序腔体进行 检验, 经检验合格方可接受, 调试后应进行自检及互 检; 第三, 加强调试人员的责任心, 产品型号等标识 不要打错; 第四, 严格电镀后的工序检验, 电镀后表 面氧化的器件腔体不流入下道工序。4 环境应力对微带、带线型器件电性能超差 的影响两种器件气候环境试验后的批次性不合格数 均占批次性不合格总数的 33.4%, 主要失效模式为 电性能超差。 可见温度应力、 湿度应力是导致电性 能超差的主要因素。 温度应力引起电性能超差的原 因是, 微波铁氧体器件中旋磁材料的饱和磁化强度 (M s 和外加偏磁场(H 0均是温度的函数。由于 温度变化, 引起工作频率偏移, 使得电气性能变坏, 导

11、致器件失效。我们应通过研究、试验,控制两者 的变化规律, 从理论到实践, 积累一些可靠性设计 的经验 3。湿度应力引起带线型器件电性能超差的原因 是, 带线型器件密封不好, 水气通过器件缝隙进入器 件内部, 不易挥发出去, 引起器件内材料、 电路、 电 阻及元件腐蚀,造成电阻增大,器件电气性能降低, 材料表面腐蚀 4。 为降低湿度应力的影响, 设计时要 考虑器件的密封性, 要求器件密封性良好; 其次, 耐 湿试验前用酒精将器件表面擦拭干净,排除器件调试、测试过程中汗渍等对器件表面的影响。5 结论(1带线型器件失效率是微带型器件失效率 的近 3倍, 降低带线型器件的失效率可大大降低微 波器件失效

12、率。带线型器件无致命缺陷导致的失 效。 降低带线型器件的失效率, 主要解决外形尺寸 超差、 外观不合格及电性能超差, 需要严格按工艺 规程进行, 加强工序检验, 不合格的产品不流入下 道工序。(2 微带型器件失效主要发生在环境试验及周 期检验中, 其中致命缺陷 (磁体脱落、 基片及微带线 有裂纹导致的失效占微带型器件总失效数 33.4%, 重缺陷 (电性能超差 导致的失效占带线型器件总失 效数 66.8%。 要降低微带型器件的失效率, 要降低磁 体脱落、 基片及微带线有裂纹等的发生以及在环境试 验及周期检验中解决电性能超差的问题。参考文献:1 刘莉 . 多晶微波铁氧体器件的筛选试验及失效模式

13、A. 第四届全国磁性材料及元器件应用技术交流会 论文集 C, 1999. 231-233.2 刘莉 . 我所多晶微波铁氧体器件的可靠性状况 A. 第 四届全国磁性材料及元器件应用技术交流会论文集 C, 1999. 234-236.3 黄绍华 , 余庆珍 . J. 磁性材料及器件, 1993, 24(3: 34-41.4 张伟 . J. 电子产品可靠性与环境试验 , 2004, (6: 38-41.(上接 45页磁场, 以观测高矫顽力材料的磁畴结构。 对有些不 透光的样品, 可以考虑用克尔效应进行观测, 即通 过观测反射光,以进一步拓宽该仪器的应用范围。 当然, 仪器的灵敏度也有待进一步提高。

14、例如对入 射偏振光的光束进行调制, 就可进一步提高测量的 精度。参考文献:1 钟文定 . 铁磁学 (中册 M. 北京 : 科学出版社 , 2000. 89-178.2 近角聪信 (葛世慧译 . 铁磁性物理 M. 兰州 : 兰州大 学出版社 , 2002. 320-334.3 周文生 . 磁性测量原理 M. 北京 : 电子工业出版社 , 1988. 577-600.4 Daisuke Shindo,Young-Gil Park, et al. J. J Appl Phys, 2004, 98(11:6521-6526.5 韩宝善 . J. 物理 , 1997, 26(10: 617-624. 6

15、 Han B S. J. J Magn Magn Mater, 1991, 100: 445-468. 7 韩宝善 , 聂向富 , 唐贵德 , 等 . J. 物理学报 , 1985, 34(11:1396-1404.8 钱栋梁 , 陈良尧 , 郑卫民 , 等 . J. 光学学报 , 1999, 19(4: 474-480.9 刘公强 , 朱莲根 , 卫邦达 , 等 . J. 物理学报 , 1997, 46(3 :604-611.10 钱小陵 , 常悦 . J. 大学物理 , 1998, 17 (6, 31-32. 11 王光辉 , 吴福全 , 许世昌 . J. 光电子 ·激光 , 2

16、004, 12(14: 1477-1478.12 刘英烈 , 韩宝善 , 等 . 磁泡 M. 北京 : 科学出版社 , 1986. 108-144.作者简介:刘亚丕(1967- ,甘肃天水人, 2000年获兰 州大学凝聚态物理学专业磁性薄膜与超晶格、核磁共振方 向理学博士学位,为浙江大学材料科学与工程博士后科研 流动站与横店集团东磁有限公司国家级博士后科研工作站 2002年出站博士后,目前在中国计量学院从事科研与教学 工作。(上接 55页5 漏感的测量测量漏感的一般方法是将次级 (初级 绕组短 路,测量初级(次级绕组的电感,所得的电感值 就是初级(次级到次级(初级的漏感。一个好 的变压器漏感不应该超过自身励磁电感的 24%。 通过测量变压器的漏感, 可以判断一个变压器制作 的优劣。 高频下漏感对电路的影响更大, 绕制变压 器时应该尽量降低漏感, 目前大多采用初级 (次级 -次级(初级 -初级(次级的“三明治”结构来 绕制变压器以降低漏感。 参考文献:2 张占松 , 蔡宣三