电子元器件可靠性系统工程.ppt

1、前 言,根据近年来国内外电子整机失效统计，由于在元器件使用方面造成的失效一直在50%上下浮动，而且多年来总是居高不下。针对这一人们普遍关注的严重事实，从对元器件的选择、控制及使用多方面对元器件的使用可靠性进行探讨，希望能对提高电子整机的可靠性起到有益的作用 整机的可靠性是由设计决定的,为了尽量减少由于在元器件应用方面对可靠性的影响,必须从整机研发阶段开始,对元器件的选择与应用进行控制,来保证整机可靠性。 电子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两个方面。固有可靠性是可靠性的基础，没有可靠的元器件，即使最完善的设计也不可能使整机系统的可靠性达到设计要求。 使用可靠性则指元器件用于整机系统时所

2、具有的可靠性。他不仅与元器件的固有可靠性有关，而且与元器件的选择、控制与使用有关.,目录,一 现代质量观念 二 元器件的选择与控制 三 元器件筛选技术 四 微电子器件 五 阻容元件 六 其它元件,一、现代质量观念,质量定义： （1）按国标GB/T6583-92定义“反映产品或服务满足明确或隐含需要能力的特征和特征总和”。 （2）按质量管理和质量保证国际标准汇编的质量定义“反映实体满足和潜在需要能力特征之总和”。 （3）按ISO9000：2000版定义“质量是一组固有特征满足要求的程度”。,现代质量观念,现代质量观念认为:质量包含了产品的性能特性.专门特性.经济性.时间性.适应性和美学性等方面。

3、是产品满足使用要求的特性总和”。 现代质量观念从以前主要追求性能特性到重观视专门特性,在有限的资源的约束下实现产品性能特性与专门特性的优化平衡, 从而达到核心效能和寿命周期用之阎间的权衡.,质量持性包含了产品的性能特性.专门特性.经济性.时间性.适应性等。是产品使用要求的特性总和.,整机产品质量定义为： 产品满足（用户）使用要求的特性总和。 质量持性=性能特性专门特性经济性时间性适应性。,请注意： 性能是产品质量的组成部分。它可用仪器设备测量其性能指标。 专门特性不仅仅指可靠性，还包括M、S、T等专业。 经济性、时间性、适应性也是产品质量的组成部分。 而且现代质量观认为：经济性不仅仅指采购费用

4、，而是“寿命周期费用;时间性指按期交付;适应性是反映系统满足用户需求、符合市场需要的能力。 产品“专门特性”概念的引出。专门特性=RS+M+T。这是现代系统工程的发展和用户在使用产品过程中实际需要而引出的。在专门特性中，最初用户只提对可靠性（R）的要求，就是现在，航天产品一般也不提维修性、保障性要求。但随着现代工程系统的复杂化，系统的专门特性显得越来越重要。例如工程系统的日益庞大和复杂、再加上应用环境的复杂和恶劣、持续无故障任务时间的加长、使用者生命安全受到强烈关注、市场竞争的激烈，一系列因素，促使用户认识到不仅要求产品可靠，而且要求出了故障好修，使用维护费用低、寿命长；作为研制方，也总希望投

5、资小、周期短、研发一次成功。而这些都与系统的专门 特性相关。,质量与可信性 质量通常要转化成有规定指标的特性，一般包括：,功能：指各项技术指标 可信性：是一个集合性术语，表示可用性及其影响，仅用于非定量的一般描述，其指导思想是以预防为主，及早发现缺陷并采取纠正措施。可用性是在外外部资源得到保证的情况下，处于执行功能的能力，它是产品可靠性、维修性、测试性、维修保障性（简称四性）的综合反映。 还应包括产品的安全性、经济性、美学性等。,开展可靠性工作的意义,可靠性定义: 按GB3187-82可靠性基本名词术语定义可靠性： 在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力. 可靠性与条件、时间、功能、能

6、力四个要素有关,可靠性是一门系统科学,综合科学和边沿科学.可靠性作为一门独立学科己为世人所属目.可靠性是产品的重要质量指标，可靠性工程与管理是研究产品可靠性的综合学科，各企业的领导，管理人员及全体工程技术人员迫切需要掌握的一门新学科。产品可靠性指标预计是可靠性工程重要工作项目之一,是可靠性设计可靠性分析可靠性实验等工作的基础.因此,国内外都投入大量人力资金进行这项工作.可靠性指标预计方法经过三十多年的应用和发展,已不仅仅被军品企业所采用.由于科技进步的速度越来越快,尤其是电子元器件水平与种类的迅速发展,传统的可靠性预计方法也不断遇到挑战. 美国MIL-KDBK-217已经过7次更新到目前的F版

7、本,我国的GJB299经过3次更新到目前的GJB/Z299B.,当代可靠性理念,九十年代可靠性步入理念更新时期,改变了一些传统的可靠性工作方法, 一些经典理论也在被修政改.可靠性新思路对我们有很大启示,当代可靠性关注的主要要点有以下五个方面: 一.以无维修使用期取代原先的MTBF,改变随机失 效是无法避免的旧观念. 二.对可靠性定义的再认识,从故障定时,到故障定数,就是系统有几个功能故障. 三.从故障修理转移到计划预防维修. 四.向在产品寿命周期内不出现致命故障方向迈进. 五.可靠性与经济承受性,一一,可靠性管理与一般质量管理的关系,可靠性是产品的重要质量指标，可靠性工程与管理是研究产品可靠性

8、的综合学科，各企业的领导，管理人员及全体工程技术人员迫切需要掌握的一门新学科。 可靠性管理包括:组织机构建立.保证大纲制订与实施. 方针政策. 目标与规划.监督与控制.标准与法规. 培训与情报.信息收集与交换.用户服务等. 可靠性系统工程是可靠性工程（R）、维修工程（M）和保障工程（S）在上世期60年代发展的基础上，到90年代趋向综合化，主要表现在指标的综合和工程的综合上，从而形成一门新学科可靠性系统工程，即研究产品全寿命、周期过程同故障作斗争的工程技术。,可靠性管理新模式,一. 推行综合产品和过程研制管理(IPPD) (IPPD)是一种从产品方案论证与确定系统设计.生产.直至使用和保障的各种

9、活动同时综合起来的一种科学管理过程. 二. 推行并行工程 在产品设计和研制期间,同时考虑用于管理.研制.制造.验证.试验.安装.使用.维修.保障等过程技术及可能发生情况对策 三.实施网化管理,二.电子元器件的选择、控制,电子元器件的选择和控制是保障元器件合理应用的重要环节,由于电子元器件的选择和控制是一个多学科的任务,要求电路设计师独立完成是不现实的.通常应有可靠性工程师.元器件工程师及物资采购人员配合共同完成,（1）元器件的质量等级 （2）元器件的可靠性等级 （3）“七专”元器件 （4）元器件的选择原则 （5）元器件的验收规则 （6）元器件的存储期与超期复验 （7）元器件可靠性保证大纲 （8

10、）研制整机元器件的控制,1、元器件的质量等级,所谓“质量等级”是指元器件在制造、试验、筛选过程 中的其质量控制等级，质量等级的主要依据是采用的标准. 质量系数丌Q则反映不同质量等级的元件器其失效率的差 异程度.国产元器件的质量系数丌Q应桉GJB/Z299B;美国元器件 桉MIL一KDBK一217F(电子设备可靠性予计手册)计算. 在整机系统的可靠性予计中，元器件的使用失效率可以简单地用下式表示： 入p= 入b(丌E. 丌Q. k) 入p：使用失效率 入b：基本失效率： 式中 ：丌E：环境系数 丌Q：质量系数 k：其他影响因素（应用系数、种类系数等综合因素),集成电路工作失效率,Q: 质量系数

11、T：温度应力系数 V：电压应力系数 E：环境系数 L：成熟系数 C1. C2：电路复杂度失效率 C3：封装复杂度失效率,以上失效率模型包括了单片双极与MOS数字.模拟电路.存储器 可编程只读存储器PROM失效率模型为：,pQC1.T.V.PT+(C2+C3)EL 式中:PT为PROM只读存贮器的工艺系数,pQC1.T.V.+(C2+C3)EL,国产半导体分立器件质量等级,国产单片集成电路的质量等级,混合集成电路的质量等级,美国半导体分立元件的质量等级,美国集成电路的质量等级,国产元件的质量等级,固体钽电容器的质量等级,液体钽电容器的质量等级,铝电解电容器的质量等级,2、元器件的失效率等级,元器

12、件的可靠性，常用失效比例来测定，比较容易理解的是平均失效率。 平均失效率=失效产品的百分比/工作时间。,失效率等级,失效率等级是指在未计算环境应力. 性能结 构.质量系数等.仅计算温度和电应力作用的失效率,失效率（t）,电子元器件的失效率，一般用瞬时失效率表示.为了比较容易理解，常用失效比例来测定。 它的表示公式为： 例如：某型号的电容器平均失效率为1%/1000小时时，它的意思是100只电容器使用1000小时，平均有一只失效，失效率为110-5/元件小时。,工作失效率p 工作失效率是元器件在应用环境下的失效率。工作失效率不仅考虑温度与电应力而且还包括质量控制等级、环境应力、应用状态、功能额定

13、值和种类、结构等影响。一般元器件（除集成电路）的失效率模型是p与其它们一系列修正因子的乘积。,基本失效率b 基本失效率b是电子元器件在电应力和温度应力作用下的失效率，是未计算其质量控制等级，环境应力、应用状态、功能额定值和种类，结构等影响因素，只计算温度和电应力比影响时的失效率。具体数据可查GJB299电子设备可靠性予计手册。 通用失效率G 通用失效率是指元器件在某一环境类别中，在通用环境温度和常用工作应力下的失效率。 在元器件计数可靠性予计中一般使用通用失效率。通用失效率G可从GJB299电子设备可靠设计手册中的5.2节中查找各类元器件在该环境类另下的通用失效率。,3、“七专”元器件,所谓“

14、七专”是指凡是“七专”元器件都必须专技（专门制定技术条件,如果供货合同没有特别要求,一般桉现行标准供货）；专料（经过认定合格的材料）；专线（专门设立高可靠元器件生产线）；专人（从生产线挑选技术最好的生产人员组成）；专检（用最先进的检测方法专人进行检验）；专卡（要求每个元器件有跟踪卡片每道工序都要在卡片上填写操作者姓名）；专筛（针对每种元器件的失效机理制定筛选条件进行筛选）。,“七专”元件器标准,QZJ84061、840611A 半导体二、三极管“七专”技术条件 QZJ840614 半导体数字电路“七专”技术条件 QZJ840615 半导体模拟集成电路“七专”技术条件 QZJ840616 混合集

15、成电路电路“七专”技术条件 QZJ84062434 电子元件“七专”技术条件（阻容元 件部分） QZJ84061718 电磁继电器、温度继电器“七专” 技术条件 QZJ84061920 低频插头座、高频插头座“七专” 技术条件 QZJ840621 石英晶体“七专”技术条 QZJ840623 铁氧体罐形磁芯“七专”技术条件,4、元器件的选择规则,（1）尽量选用列入合格产品清单（QPL）的元器件 （2）尽量选用优选元器件清单的产品（PPL） （3）正确选择元器件的质量等级 （4）尽量选用标准和通用元器件，慎重选用新品种和非标元器件 （5）在提供元器件清单时，必须弄清楚元器件标志的含义，防止采购回来

16、的元器件不符合整机系统的可靠性要求 （6）封装形式的选择 （7）航天、航空及高可靠电子系统的选择,5.元器件的验收规则,（1）到货元器件应与合同的供货单位，供货名称、规格、数量、质量等级等相符合 （2）进行外观验收，外观验收应包括：外观有无破损、伤痕、霉点等；标志是否清晰、牢固；出厂日期是否超期；质量文件是否完备，包装是否符合要求 （3）进行常温电参数测试 （4）按规定进行环境试验及高低温试验 （5）恢复包装出示检验合格凭证 （6）“七专”元器件验收按规定执行,6、军用电子元器件的有效贮存期及超期复验 (1)军用电子元器件的有效存贮期 决定存贮期的三大因素: .产品的设计工艺与元材料 .存贮元

17、器件的环境条件 .产品存贮后的合格判据 (2)元器件有效存贮期与电子整机有效存贮期的关系 (3)元器件超期后的复验及继续有效期,电子元器件仓库贮存环境条件,温 度: - 5300C 对湿度:不大于 75 必须在清通风无腐蚀气体仓库内存放 静电敏感器件要桉防静电要求包装存放 对磁性元件要放在有屏蔽作用的容器内,超期复验技术条件,根据元件贮存期超过有效期时间的长短，分为、三类： a.贮存期已超过有效贮存期但未超过50的为类： b.贮存期已超过有效贮存期50但未超过100的为类： c.贮存期已超过有效贮存期100的为类。,A类复验技术条件,外观检查 1.用510倍放大镜100检查元件的外观质量。 2

18、.凡引出端有锈蚀、损伤，外壳漆皮起泡、脱落或标志不清的元件应予剔除。当剔除率超过3（或1个取大值，以下同），则整批不准使用。 参数测量 1.在常温下根据元件的技术规范100测量电参数，当致命失效（无性能、断腿、掉帽等）元件的比例超过1或电参数不合格元件的比例超过5，则整批不准使用。 2.凡在“二次筛选”时经过高低温测试的元件，复验时也应作高、低温测试，测试结果如合格超过10时，则整批不准使用。 密封性检查 1.按规定100进行检查。 2.剔除如不合格比例大于20%时，则整批不准使用。,B类复验技术条件,外观检查 复验技术条件同A. 条。 参数测量 复验技术条件同. 条。 密封性检查 复验技术条

19、件同条。 引出端质量检查 按抽样进行试验，样品允许选用参数不合格的元件。 试验项 试验方法要点 引出端拉力: 沿轴线方向加静负荷1（1kgf）30 引出端弯曲: 加静负荷2）：离根部10mm处缓慢弯曲900，往返3次。 可锡焊性: 表面沾松香酒精作助焊剂，浸入溶融的锡液中，5后检查沾锡 面积，应不小于浸入面积的90。 抽样方法: 每项试验抽5个样品：每个样品检验2个引出端。 注：1）1其值为10d（单位：）：d为引出端直径（单位：mm）。 2）2其值为1的四分之一 仅适用于线状引出端的质量检查，非线关引出端不要求作上述试验。 试验后用5倍以上放大镜检查外观及可锡焊性质量质量。 当1个或1个以上

20、引出端有裂缝、折断、镀层剥落或沾锡面积不足90时，均认为不合格，整批不准使用。,.射线检查,对于有极性的固体钽电解电容器就应作两个方向的射线检查：检查方法及合格判据按63第2.10条规定。 .破坏性物理分析 破坏性物理分析仅适用于液体钽电解电容器，对其它阻容元件不要求作该项分析。 样品抽取 每批抽取样品不少于5件（其中至少有1件为参数合格的样品）。 分析方法 剖开外壳，用适当放大倍数的显微镜观赏内部质量，当有1件或1件以上样品的内壁与电解液接触部分有腐蚀现象，腐蚀超过壁厚三分之一时，则整批不准使用。,类阻容器件复验条件,按B类规定的各项试验复验。 钽电解电容器进行全面的筛选。 复验合格的阻容元

21、件可用于初样产品或地面设备上。若需用在正样产品上，必须报总师批准。,军用电子元器件到货期限的规定,根据有关国军标和过去一贯执行的实际情况,为了确保军用电子元器件的质量。特重申在订购军用电子元器件时，必须控制元器件的生产年限。 现将各类元器件有的有效期公布如下： 半导体器件类 A塑封器件 2年 B其它形式封装器件 3年 电真空器件 A电阻电位器具 3年 B固体钽电解电容器及其它电容器 3年 C液体钽电解电容器、铝电解电容器 2年 机电元件类 A密封电磁继电器 2年 B电连接器 3年 C石英谐振器 3年,7、元器件可靠性保证大纲,根据GJB450-88装备研制与生产的可靠性通用大纲要求承制方要制定

22、元器件大纲。 元器件保证大纲一般应具备以下几个方面的内容： （1）根据整机系统的使用要求 （2）要规定各种元器件的质量等级要求 （3）对关键件、重要件要由总师组织有关人员进行充分论证 （4）对新型元器件要经过认真分析并经环境实验最后经评审确定 （5）要根据整机可靠性予计要求，制定出各种元器件的详细降额要求 （6）要指定出需要进行二次筛元器件的筛选条件 （7）要建立元器件信息反馈系统 （8）要建立元器件质量控制领导小组,8.研制整机系统的元器件质量控制 研制整机元器件的控制一般可按三个阶段进行控制 :,（一）整机系统设计方案开始提元器件清单时开始控制，控制的重点是关键元器件和新型元器件 （二）电

23、路试验阶段对选用的元器件品种进行控制 （三）在详细设计阶段对元器件使用应力进行控制,三.电子元器件筛选技术,1. 电子元器件筛选的目的与要求 2. 电子元器件二次筛选的适用范围 3. 确定元器件筛选程序的依据 4. 元器件补充筛选的局限性和风性. 5. 进行筛选付出的代价值不值 6 对一般元器件筛选项目利弊的分析 7. 筛选淘汰率 8. 电子元器件检测与筛选所具备的基本件. 9. 器件的测试 10.筛选程序举例,1.电子元器件筛选的目的与要求,由于元器件在制造过程中，可能由于原材料、工艺、设备、环境及操作人员等原因，造成产品缺陷。而造成的缺陷 又不足以影响产品的电参数，但对使用和贮存寿命有严重

24、影响，而不能达到设计要求的使用寿命而早期失效。筛选是利用外加适当的应力和测试，使早期失效的产品从整批产品中剔除掉，使整批产品的可靠性得到提高。但筛选不能提高每只元器件的可靠性，产品的可靠性是通过设计、制造、质量控制取得的。在筛选中值得注意的是为了使有缺陷的器件提前失效，要外加电应力，温度应力及机械应力。但外加应力应依据有关标准，不能任意加大应力，使无缺陷的元器件受到任何的损伤。,2 .电子元器件二次筛选的适用范围,元器件补充筛选（二次筛选）主要适用于下面四种况的元器件： 第一种情况：元器件的生产方未进行“一次筛选”，或使用方对一次筛选的项目和应力不具体了解的。 第二种情况：元器件的生产方虽然进

25、行了“一次性筛选” ，但一次筛选的项目和应力还不能满足使用方对元器件的质量与可靠性要求的。 第三种情况：在元器件的产品规范中未作具体规定，元器件生产方也不具备筛选条件的特殊筛选项目。 第四种情况：对元器件的生产方是否按照合同和规 范的要求进行了“一次筛选”，或对生产方“一次筛选”的 有效性有疑问的，需要进行验证的元器件。,3.确定元器件筛选程序的依据,元器件筛选规范的制定，原则上讲应根据元器件现场使用或可靠性试验统计，对失效产品进行失效分析，搞清各种元器件的失效模式和失效机理，针对元器件内部存在的缺陷，采取不同的应力，使有缺陷的能提前暴露，将其剔除，而对良品则不受到任何损伤。对制定的各项筛选应

26、力应通过大量的试验验证，并对失效样品进行失效分析,经过充分论证来确定。 一般单位应依据现行标准，如GJB584A-96国军标微电子器件实验方法程序; GJB128A-97国军标半导体实验方法;GJB360A-96国军标电子及电气元器件实验方法;美军标MIL-STD-883D微电子器件试验方法和程序等标准为基础及整机系统对元器件的可靠性要求，并结合单位仪器设备现状进行筛选规范的制定。筛选规范不是永远不变的，要依据元器件制造技术的提高，试验设备的发展，对元器件可靠性要求的不同进行更改。,典型失效率曲线一浴盒曲绒,下图是电子产品典型失效率曲线，一般称浴盆曲线曲线可以看出，产品在使用早期由存在缺陷，所

27、以还没到设计寿命期限就提前失效，所以选的方法，使有缺陷的产品提前失效，提高了整批产品的可性。,4.元器件补充筛选的局限性和风险性,（1） 局限性 局限性主要有以下两个方面： 一方面是不可能将有缺陷的早期失效的元器件全部剔除掉。这主要是因为受现有仪器设备条件的限制，有些元器件失效模式在无损的条件下还无法检测出来。 另一方面，筛选虽然能够提高整批元器件的可靠性，但是不能提高元器件的质量等级。元器件的质量是靠生产方的设计、制造.工艺.原材料及管理等多方面因素决的，而不能主靠“二次筛选”来提高可靠性.,（2）风险性,风险性主要来源于对筛选应力的选取是否得当。如果筛选应力选取过低，则起不到筛选应有的作用

28、。如果筛选应力选取过高，则可能使元器件受到内伤，影响元件的故有可靠性缩短使用寿命。 另一方面操作失误或设备故障，也会给筛选带来风险。 注：这里的应力主要包括：电应力、热应力、机械应力和时间。 为此建议，为了降低“二次筛选”的风险，对于已能满足要求的元器件应尽量不作电应力、机械应力、热应力的筛选项目，只做一些必要的检查性和测试性的筛选项目。 对于必须做补充筛选的元器件，对电、热、机械应力的选取，在任何情况下都不得超过元器件本身的最大额定值。,5. 进行筛选付出的代价值不值,筛选是要付出一定代价的。代价主要来源于两 方面。第一方面是由于筛选实验的费用使军工产品 的研制成本增加；第二方面筛选需要时间

29、，有可能 延长产品的研制周期。但是筛选可以早期发现失效 的元器件，从而减少经济损失，取得效益。我们引 用美军MILHDBK33B电子设备可靠性设计手 册上登载的不同阶段发现失效元器件的经济损失 （见下表1）来说明。,表1 不同阶段发现失效元器件的经济损失（单位：美元）,从上表中可见，军用元器件投入一定的经费进行筛选早期发现失效元器件，是能够取得重大经济效益和社会效益的。为筛选付出的代价是值得的。,6. 对一般元器件筛选项目利弊的分析,（1）半导体器件的电功率老化筛选 （2）高温存贮试验筛选 （3）温度循环试验筛选 （4）快速筛选 （5）PIND多余物检测筛选技术 （6）密封检漏筛选 （7）微电

30、子器件特性曲线测试筛选,（1）半导体器件的电功率老化筛选,半导体器件的电功率老化筛选，目前被认为是一种最有效的筛选试验项目，要达到最佳筛选效果，国外把168小时作为电功率老化的最低要求，一般单位很难做到。有些单位为了缩短筛选时间，主观想采用超功率老化缩短老化时间，其结果可能使被老化器件受到损伤或引入新的失效机理，一般不要采用超功率老化筛选。,（2）高温存贮试验筛选,高温存贮试验筛选主要是利用热应力加速器件内部化学反映，使器件内部的水蒸气及其它离子引起腐蚀作用，使内部污染，引线焊接不良、氧化层缺陷等有缺陷的器件提前暴露。 由于此项筛选试验省时、省力而又经济，所以，在八十年代被广为采用，但是由于微

31、电子器件的制造技术的提高，用此项试验对淘汰早期失效的作用越来越小。有些单位想用加速温度应力的办法来弥补其它试验项目的不足，其结果可能对器件可靠性造成负面作用, 如易焊性差;内引线抗拉力下降等负效应。高温存贮试验项目有些单位已不再采用。,（3）温度循环试验筛选,温度循环试验筛选的作用是淘汰器件内部材料热膨胀系数不匹配及键合焊接及机械故障引起的早期失效产品。 元器件是由各种不同材料构成的，各种材料的温度系数各不相同，在温度巨变的条件下，不同温度系数的材料交界面会产生压缩或拉伸应力,要能经受高低温度巨变的能力，应主要通过设计与工艺解决，为了考核元器件的耐环境能力，国军标规定了包括温度循环试验和热冲击

32、试验的有关标准。温度循环筛选试验可以验证产品的耐温度冲击能力，同时也对产品产生负面影响。,（4）快速筛选,快速筛选就是在极短的时间，对器件施加超稳态功率，使器件达到或接近最高结温，利用测试器件加功率前与加功率后的热敏参数Vbe、Icbo、Hfe变化量，把热阻大的器件别除。 快速筛选主要解决管芯与外壳焊接不良引起热阻大造成的早期失效产品。它不能代替器件的电功率老化试验筛选。,（5）PIND多余物检测筛选技术,根据航天五院近年来对失效元器件的试验分析统计, 由于国产半导体器件存在多余物, 造成器件短路失效已有数十例. 这种失效模式占器件失效的百分之十.继电器属于可靠性较低的一类元件。常见的失效模式

33、有：活动多余物粒子造成触点开路或短路、内部污染导致接触电阻增大或开路等。据统计1996年至2003年7月航天继电器质量，因多余物引起的故障67次，约占失效的60%。 目前各国PIND粒子检测，基本上是参照美国军用规范、采用进口美国的PIND仪器检测。PIND检测设备要使用一台最低频率响应为500KHz、视觉显示灵敏度为20mv/cm的示波器和一套带有扬声器的,用于监视来自粒子碰撞噪声,检测电子线路音频信号的声频系统来完成。,PIND多余物检测技术存在的主要问题,a、PIND测试依赖于人工判别，准确率不高于80%。人工判别的标准不统一，判别结果受主观因素影响较大，存在误判和漏判等现象。对同一检测

34、过程，不同检测人员的判别结果出入较大，且故障有时不可再现。 b、PIND试验过程单一，只有固定的三个频率段，对不同类型继电器， 可能不会将多余物振出，但不能判断其它振动频率段亦不会将多余物振出。 c、没有考虑多余物粒子的实际作用效果，缺少不同质量、尺寸及开关的多余物粒子,对不同功率继电器的实际危害度分析。 d、对于铁磁性粒子、非金属粒子PIND测试基本无效。 e、缺少继电器中不同种类多余物粒子的通用提取及分类方法，不能对继电器多余物粒子进行自动检测与识别。 f、没有建立有实际指导意义的PIND理论模型。,常见粒子分类分析,（6）密封检漏筛选,密封检漏的目的是检查失效器件的封装质量，及确定泄漏的

35、程 度。由于目前还没有一种检漏方法能够覆盖整个器件的泄漏范围，所 以检漏分粗检和细检。对于漏气率10-5大气压 .厘米2/秒的大漏率 器件，可用氟碳化合物粗检;对于漏气率在10-6到10-9大气压 厘米2/ 秒的器件，可用氦质谱仪进行细检。 氟碳化合物检漏法是把需要检漏的器件放到充气罐内，向罐内用 高压氮气充压到4个大气压，充压时间一个小时。达到预定的充压时 间后，放入加热到120的氟油中，要求容器的氟油能淹没器件，并 在器件上面有0.51厘米的液体，凡是有气泡从漏孔中冒出，就说 明该器件漏气。,（7）微电子器件特性曲线测试筛选,对半导体器件进行电性能特性测试，是失效分析常 用的一种十分有效的

36、无损分析技术。微电子器件失效,往往通过PN结特性异常的形式表现出来，而PN结特性异常又与工艺上的某些缺陷有一定的内在联系，所以进行微电子器件的特性测试是一种简单有效的筛选方法。 电性能测试是在筛选过程中被广泛采用的一项基本技术，通过对失效器件异常特性曲线的测试，可以使分析得到许多有益启示。它不仅可以很方便的对半导体分立器件的输入输出特性进行测试，而且对于没有测试仪器的单位,可以通过对失效集成电路各管脚的特性测试，再与合格集成电路各引脚特性进行对比，可从中判定出失效器件 为了便于分析和判断异常特性曲线，下面整理和归纳了一般常见半导体异常曲线及造成异常特性的主要原因。,7 .筛选淘汰率,筛选淘汰率

37、与下面几个因素有关: (1)与元器件固有质量有关 (2)与筛选所制定的筛选试验项目及施加应力大小有关 (3)与所制定的失效判距有关 一般筛选淘汰率应控制在15%以下,如果超过20%,一个原因可能是整批元器件质量有问题,需要整批淘汰,另一个原因可能所加应力或筛选设备有问题,8.电子元器件检测与筛选所具备的基本条件,1、必须具备基本的元器测试仪器及筛选试验设备 （1）测试仪器 半导体分立器件测试仪;晶体管特性图示仪;数字集成电路功能与直流参数测试仪;线性电路测试仪;电源模块测试仪;RCL测试仪;电容器漏电流测试仪;耐压、绝缘电阻测试仪;继电器测试仪;网络分析仪等。 （2）筛选试验设备 分立器件电功

38、率老化台;数字IC高温动态老化台; 线性IC高温动态老化台;电源模块高温功率老化台; 电容器高温电老化台;高温试验箱;低温试验箱; 高低温冲击试验箱;密封检漏设备;PIND多余物检测设备。 （3）各种仪器、设备及试验室必须符合防静电要求，各种仪器、设备必须有良好的接地。,2、对从事元器件检测与筛选人员的要求,由于元器件检测与筛选是一项专业性强，所涉及的领域宽而且又比较繁杂的一项工作，所以要配备质量意识强，有不同专业知识的高中低不同类型的人员（如可靠性工程师、测试工程师、测试人员与试验设备操作人员）以上人员一般应掌握如下基本知识： (1)基本掌握各种元器件的检测与筛选规范,(2)各种电子元器件的

39、电性能参数及测试条件,(3)正确操作有关仪器及筛选试验设备,9.元器件的测试,测试也是筛选，首先它可以将参数不合格的产品淘汰掉，因为有些电参数直接与可靠性有关。（如器件的功耗，漏电流等）。 另一方面经各项环境应力的实验后，有些有缺陷的器件电参数发生变化，通过测试可以将电参数变化超过规定的器件淘汰掉。,10.筛选程序举例,由于各单位承担任务不同，对产品的可靠性 要求不同，所以没有一个统一的筛选规范标准， 一般制定筛选程序是根据所承担任务的使用境 条件、可靠性要求、经费及研制周期等综合因素 参照有关标准确定。 下面例举军用筛选项目的筛选程序供各单位参 考：,各种电子元器件的筛选程序 主要包括：普通

40、半导体晶体管、大小功率可控硅、场 效应晶体管、光敏晶体管等。,外观检查,常温初测,跌落,外观检查,高低温测试,存高温储,温度循环,常温终测,密封性检验,电功率老化,终测合格,出筛选报告,半导体二极管筛选流程图 主要包括：整流、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、双基极二极管、恒流二极管、光敏二极管、发光二极管、变容二极管等。,外观检查,常温初测,常温中测,高温反偏老,电功率老化,高温储存,温度循环,密封性检验,敲击,常温终测,作标志,出筛选报告,半导体集成电路（数字、模拟单片电路）筛选流程图,外观检查,常温初测,高温测试,高温功率老化,低温测试,高温储存,温度循环,常温中测,恒定加速度,密封性

41、检查,PIND,常温终测,出筛选报告,作标志,外观检查,阻容元件筛选流程图 主要包括：钽电解电容器，铝电解电容器，瓷介电容器.钽电解电容器筛选流程图,外观检查,常温初测,常温终测,密封性检验,外观检查,温度循环,高温负荷,低温测试,高温测试,作标志,出筛选报告,钽电解电容器老化条件,钽电解电容器老化条件: 在高温850C条件下,加额定电压老化240小时,老化稳压电源回路电阻不超过3欧姆. X射线检查: 剔除内部结构异常,有工艺缺陷或有多余物的产品. 电参数测试: 经放置24小时后,进行测试容量.损耗.漏电流，淘汰不合格产品。,铝电解电容器的筛选条件,电解电容器最有效的筛选是高温老化。一般在规定

42、的最高温度，加额定工作电压，老化48小时，军品老化48个小时，经放置24小时后,进行测试容量.损耗.漏电流，淘汰不合格产品。 铝电介可在规定的最高温度下用PH试纸检测密封性能。,瓷介电容器老化条件,高温电老化条件: 在正极限温度条件下,加2倍UR持绩续96小时. 常温受潮筛选条件: 在25,相对温湿度93的潮湿箱中放置48小时. 电参数测试: 经放置24小时后,进行测试容量.损耗.漏电流，淘汰不合格产品。,有机电容器老化条件,高温电老化筛选(在正极限温度条件下) 金属化纸介电容器: 1.5VR(VR 500V) 96h ; 1.2VR(VR500v) 96h; 1.2VR (50v) 144h

43、; 聚脂膜电容器: 1.5VR(1.5VR500v) 100h; 1.2VR(VR500v) 100h. 聚苯乙烯电容器: 1.5VR 96h,微波微带隔离器,微带隔离器筛选条件: (1)高温贮存: 十60. 240小时. (2)低温贮存: 96小时. (3)振动试验: 扫频振动频率 10一2000Hz(10一50Hz半幅0.5一2000Hz, 加速度8g) 三个方向,半循环每方向15分钟. (4) 温度冲击: -40一十80(-25一十60)保温时间 30或60分钟(桉器件体积大小来定,循环五次). (5)高温测试: 十80(或60)保温60或30分钟. 在高温下测试电性能指标. (6)低温

44、测试: -40(或-250)保温60或30分钟. 在低温下测试电性能指标. (7)镜检筛选: 用10倍放大镜检查微带. (8)微带附着力筛选: 要求微带F大于300g,某军用项目筛选程序,四.微电子器件 1.微电子器件的命名方法 2.微电子器件的检测 3.微电子器件的过应力损伤 4.微电子器件的降额使用 5.对CMOS-IC闩锁效应的防范,1.微电子器件的命名方法,下面主要介绍美国几家主要公司的命令方法,（a）MOTOROLA公司 分类： MC 封装集成电路 MCC 未密封的集电路 MCCF 倒装式线性集成电路 MCM 集成电路存储器 LW 由国家半导体公司制造的管脚相当的线性集成电路 封装：

45、 F 陶瓷平装 G 金属罐封装（TO-5型） K 散热金属罐封装（TO-3型） L 陶瓷双列直插式外形 T 塑料封装（TO-220型） U 陶瓷封装 举例：前 缀 元 器 件 后 缀 MC 14510 L 封装集成电路 器件型号 陶瓷双列直插式外形,（b）Interl公司,分类： M 指明军用温度范围 I 指明工业级别 J 说明该元件为JAN合格品 封装型式： B B型封装 C C型封装 D D型封装 G 封装，网阵列 I 晶体封装 M 金属罐封装 P 塑料封装 R 无引线芯片 X 未封装的元件 实例： MD8080A/B 8080A微处理器， M 军用温度范围 D型封装， 对军用元器件，后缀

46、B说明符合MIL-STD-883B级处理。,（c）模拟器件公司,前 缀： AD 模拟器件 HA混合型A/D HD 混一合型D/A 后 缀：一般规范 A 第二代 DI电绝缘 Z 工作电压土伏 温度范围： A.B,C 工业用 j.K.I.M民用 S.T.U 军用 封 装： D 陶瓷或金属双列直插一式封表装的DIP E 无引线芯片载体 F 陶瓷平装 G 管脚网阵列 H 双列直插金属罐封装 N 塑料DIP P 塑料引线芯片载体 举 例： 单片式及混合式集成电路： AD 7516 A J N 模拟器件 型号 工业品 温度 塑料封装,美国883级微电子器件标志,一般军用电子整机及大型电子系统都采用883质

47、量等级器件所谓883级实际是美国质量等级中的b一1级器件由于各公司标志不同为了便于识别下面举例说明： （1）、美国马克斯公司（MAXIM）的看门狗电路，MAX691MJE 数字后面的字母M，表示军温条件即-55125 如果其后标注“883B”才可以证明是“883”器件（B1级质量等级器件）。 （2）、美国莫托罗拉公司（MOTOROLA）54F33/BRAJC，斜杠后面的B表示该器件为“883B”产品。 (3）、美国哈里斯公司（HARRJS）的HCT电路CD54HCT34F3A，其中F3A表示“883B”级器件。 由于美国各公司微电路产品命名方法、质量等级标注各不相同，所以在选择器件时一定要搞清

48、各公司标注上的字母含义，以防搞错。,2、微电子器件的检测,a.一般半导体二极管(一般应测，IF正向压降、VR反向击穿电压、IR反向漏电流、V-I特性） b.一般晶体三极管（BVceo、Iceo、HFE、Bvebo输出性） c.数字IC：数字IC测试一般分功能测试，直流参数测试，交流参数测试，一般根据各单位对器件质量要求及仪器配备情况决定要测试的项目，一般单位应具备能进行功能和直流参数的测试能力。 下面分别介绍以上三项测试技术： （1）逻辑功能测试 逻辑功能测试是测试器件最基本的功能，它不能反映器件规定的各项参数是否合格，有些不法供应商就是利用我国许多单位没有参数测试仪器，把电参数不合格的产品推

49、销给我们。 （ 2）静态直流参数测试 静态直流参数可以定量反映器件的各项直流参数是否合格，如输入漏电流、输出电平、输出负载能力、器件功耗等参数。静态直流参数不合格，说明器件存在某种工艺缺陷，直接影响可靠性，所以对数字IC一般应进行静态直流参数测试，才能保障器件的质量。,（3）动态交流参数测试,测试动态交流参数需要有大型测试系统，不但编程困难，而且仪器价格也很昂贵，所以一般单位没条件进行此项测试。对于一般国内仪器，一般精度不到Ins要测试几个纳秒的器件没有实际测试意义。由于动态交流参数主要靠器件的版图设计和工艺决定，一般在生产工艺稳定的情况下，电参数波动很小，如果条件不具备可以不进行测试。 D.

50、线性电路 线性电路由于电路形式不同，虽然不像数字电路复杂的逻辑功能。但在测试上比数字电路更加困难，以运放测试为例，由于测试信号极为微弱，对测试系统的测试精度、分辨力、稳定性、抗干扰等多方面提出了更高的要求。 e.关于cpu和存贮器的测试 一般来说，cpu和存贮器的测试只有该器件的设计制造单位才有可能进行真正意义上的动态交流参数测试。对于一般单位想在中小型测试系统上解决cpu和存贮器的测试是一种不实际的想法。 cpu测试首先要解决测试程序，cpu是在软件的介入下进行工作，要编制的程序完全覆盖cpu的各种工作方式一般是做不到的。对存贮器也同样，一般单位配备大型测试系统资金投入也相当大，同时测试软件

51、开发也很困难。,3、微电子器件的过应力损伤,重点介绍以下四种典型过应力损伤： （1）电浪涌损伤 （2）静电放电损伤 （3）温度应力损伤 （4）机械应力损伤,(1)电浪涌损伤,电浪涌主要来源以下几个方面： 、动力线路上大功率负载的接通或断开瞬间，在电源线和地线内产生电浪涌 、集成电路在开关状态下工作产生电浪涌 、开关稳压电源引起的电浪涌 、接通电容负载时或断开电感性负载时产生电浪涌 、驱动白炽灯可产生电浪涌 、高压放电产生电浪涌,(2).静电放电（ESD）对微电子器件的损伤与防范,随着微电子器件的飞速发展,静电放(ESD)对微电子器件的危害变越来越严重,严重影响器件的可靠性.由于这种损伤是潜在性

52、的,而且这种潜在隐患很难事先被发现,所以具有更大的危害性. 要求广大科技工作者,必须充分重视静电放电对器件的损害,采取有效的防范措施,保证微电子器件的可靠性.,静电对电子产品的损害，被称做“鼠害”，电子产品生产过程中的静电控制是一个系统工程。这个系统工程应以静电技术标准为依据，以工程设计的防护设施为硬件，以静电防护的各项管理要求为软件，来衡量一个单位的防静电的好坏。我国电子信息行业也逐渐认识到静电放电对电子产品的危害，对在产品制造，使用过程中静电产生的原因，造成静电损害的机理，进行研究。并提出对静电放电防护的对策，保证电子产品的可靠性。,（1）静电的定义,静电： 是一种处于相对稳定的电荷。是物

53、体表面过剩或不足的静止电荷。是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；是通过电子和离子转移形成的。 静电放电： 当带电体周围的强电场超过周围介质强度时，因介质产生电离而使带电体上的电电荷部分或全部消失时的现象。 静电现象是电荷产生和消失过程中产生的电现象总称。,静电放电（ESD）对微电子器件的损伤,早在几千年以前，人类就已察觉静电现象，随着科技的发展，人们开始用静电造福人类。现在我们用的静电复印.静电除尘，及静电喷涂都是利用静电的实例 ，但是静 在许多领域给人们带来重大的损失和危害。 静电对电子产品造成的损失，更是无法统计，由于大多数情况下，电子器件受到损失是潜在性的，即使器件受到静电损伤，

54、一般也无法用测试或筛选的方法将其发现，而且有一些电参数仍在合格范围之内，但这些器件的防静电能力已削弱，寿命已明显缩短，可靠性受到严重的影响，而且由于受静电损伤的隐串很难事先察觉, 所以具有更大的危害性.,静电放电损伤一般有以下三种形式：,1.人体活动引起摩擦产生静电,被测物体相对湿度为40%现场测试到的静电势(V) 人走过地毯15000 人走过乙烯基地板5000 人坐在椅子上800,2.器件与高分子材料摩擦产生静电,3.感应产生静电,被测物体相对湿度为40%现场测试到的静电势(V),器件受静电放电损伤的失效模式,高频小功率二极管: 反向漏电流增加,击穿电压降低,正向压降增加.,高频小功率三极管

55、: eb结反向漏电流增加, Hfe值减小.,双极数字IC: 输入漏电流增加,双极线性IC: 输入失调电压增大,失调电流增大.,MOS IC: 输入.输出漏电流增大.参数退化.功能丧矢.,静电防护的主要措施,防静电的基本方法: 防止静电产生; 消除己产生的静电; 设计保护电路. 防静电的措施: 静电泄漏法;静电中和法; 静电屏蔽法;湿度控制万法 静电放电对器件造成损伤的主要途径 带静电的操作者与器件的管脚接触向器件放电 带静电器件的管脚与地接触放电,国外资料上给出的部分静电势现场测试数据,静电敏感元件的分级,按GJB1649-93共分三级 1级: ESD电压 0-1999V 2级:ESD电压 2

56、000-3999V 3级:ESD电压 4000-15999V 所对应的器件类型请参考下表.,静电敏感器件的分类,静电防护的基本要求,原则上讲：控制静电的产生和控制静电的消散两个方面。控制静电产生主要是控制产品在全过程中不受静电放电的损害，对受到静电影响的产品通过静电的泄漏和中和，使静电电平不超过产品的安全限度，利用两者的共同作用达到静电防护的目的。 建立安全工作区 安全工作区要根据各单位所用产品的静电敏感度及所在的湿度情况及所受静电放电影响的程度，合理的选择防护措施。静电安全防护区一般按如下要求设置： 安全作业区的室温控制在15-20摄氏度之间，相对温度应控制在50-70%之间，禁止在相对湿度

57、低于30%的环境内放置或操作SSD。,对防静电工作台的要求,防静电工作台的主要技术指标 防静电工作台的表面材料应优先采用静电耗散材料制作，目前普遍采用防静电台垫和地垫， 其主要指标如下： 表面电阻平均值106-108 体电阻平均值106-108 摩擦起电电位小于100V 半衰期小于0.5s,静电接地电阻,静电接地电阻一般规定应小于4;静电安全系统回路的电阻规定为105-107. 一般要求将5000V静电压在1S钟内衰减到100V安全电压 按公式 UetRc 计算最大允许接地电阻 式中：为安全电压按 ：将带静电压降到所需时间,：放电体静电压，按计算 ：最大允许接地电阻 ：为人体电容一般取 将以上数值代入上式 e1. 要达到将的静电压在钟衰减到的安全电压放电回路的允许接地电阻应小于一般规定在之间,操作人员的要求,a 操作静电放电敏感元器件的人员,应该进行静电放电防护知识训练能力的测验和鉴定。当静电放电敏感元器件在静电放电保护包装外面时，未经过训练的人员不允许操作； b制造、加工、装配和检查工作说明书,应该按照静电敏感控制要求识别静电敏感元器件，要求在静电放电保护包装外面操作静电放电敏感