電子元器件老化篩選的目的和方法
2023-03-13 13:25:00
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電子元器件的壽命
電子元器件有效工作壽命就是它的可靠性，即它能夠正常完成某一特定電氣功能的時間。電子元器件失效的過程通常是這樣的：隨著時間的推移或工作環(huán)境的變化，元器件的規(guī)格參數(shù)發(fā)生改變，例如電阻器的阻值變大或變小，電容器的容量減小等。當它們的規(guī)格參數(shù)變化到一定限度時，盡管外加工作條件沒有改變，卻也不能承受電路的要求而徹底損壞，使它們的特性參數(shù)消失，例如二極管被電壓擊穿而短路，電阻因阻值變小而超負荷燒斷等。顯然，這是一個“從量變到質(zhì)變”的過程。
電子元器件的失效率是時間的函數(shù)。統(tǒng)計數(shù)字表明，新制造出來的電子元器件，在剛剛投入使用的一段時間內(nèi)，失效率比較高，這種失效稱為早期失效。電子元器件的早期失效，是由于在設(shè)計和生產(chǎn)制造時選用的原材料或工藝措施方面的缺陷而引起的。它是隱藏在元器件內(nèi)部的一種潛在故障，在開始使用后會迅速惡化而暴露出來，元器件的早期失效是十分有害的，但又是不可避免的。在經(jīng)過早期失效期以后，電子元器件將進入正常使用階段，其失效率會顯著地迅速降低，這個階段叫做偶然失效期。在偶然失效期內(nèi)，電子元器件的失效率很低，而且在極長的時間內(nèi)幾乎沒有變化，可以認為它是一個小常數(shù)。在經(jīng)過長時間的使用之后，元器件可能會逐漸老化，失效率又開始增高，直至壽命結(jié)束，這個階段叫做老化失效期。電子元器件典型的失效率函數(shù)曲線，其變化的規(guī)律就像一個浴盆的剖面，所以這條曲線常被稱為“浴盆曲線”。
老化篩選的原理及目的
老化篩選的原理及目的是：給電子元器件施加熱的、電的、機械的或者多種結(jié)合的外部應(yīng)力，模擬惡劣的工作環(huán)境，使它們內(nèi)部的潛在故障加速暴露出來，然后進行電氣參數(shù)的測量，篩選剔除了那些失效或變值的元器件，盡可能把早期失效消滅在正常使用之前。
老化篩選的方法
隨著元器件生產(chǎn)水平的提高，在實際生產(chǎn)中根據(jù)不同產(chǎn)品的要求，根據(jù)國家標準選擇不同的老化篩選要求和工藝。通常，對那些普通民用產(chǎn)品和要求不是很高的低檔電子產(chǎn)品，一般采用隨機抽樣的方法老化篩選元器件，而對那些可靠性要求較高、工作環(huán)境嚴酷的產(chǎn)品，如航天或軍工產(chǎn)品，則必須采用加嚴的老化篩選方法，100％ 逐個老化篩選元器件。
電子元器件老化篩選項目一般有：高溫貯藏、功率老化、溫度循環(huán)、離心加速度、粗細檢漏、鏡檢、監(jiān)控振動和沖擊、精密篩選等方法。其中功率老化是給試驗的電子元器件通電，模擬實際工作條件，再加上＋80℃至＋180℃的高溫經(jīng)歷幾個小時，它是一種對元器件多種潛在故障都有檢驗作用的有效措施，也是目前采用得最多的一種方法。
可靠性篩選不同于一般的質(zhì)量驗收，它是通過施加應(yīng)力或者檢測的辦法來剔除早期失效（即有缺陷的）產(chǎn)品，所以，可靠性篩選不是檢查產(chǎn)品的好壞，而是假設(shè)所有產(chǎn)品開始時都是好的，而且，可靠性篩選是對100％的產(chǎn)品進行試驗。
常用的老化與篩選方法有：
1. 高溫貯藏
電子元件的失效多是由于體內(nèi)和表面各種物理、化學變化所引起的，和溫度有著密切的關(guān)系。溫度升高以后，化學反應(yīng)速率加快，失效過程得到加速，使有缺陷元器件能及時的暴露，從而加以剔除。
2. 功率老化
功率老化又稱電老化或電老練。篩選時在熱電應(yīng)力的共同作用下，能較好地暴露元器件表面和體內(nèi)的潛在缺陷，它是可靠性篩選的主要項目。
3. 溫度循環(huán)
利用極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應(yīng)力，能有效的剔除有熱性能缺陷的產(chǎn)品。常用的篩選條件是-55℃至＋125℃，循環(huán)5-10次。
4. 離心加速度
通常在半導體器件上進行。它是利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強度過弱、內(nèi)引線匹配不良以及裝架不良的器件。
5. 粗細檢漏
粗細檢漏又稱氣密性試驗。通常在半導體器件和其他有氣密性要求的產(chǎn)品上進行。它用來剔除氣密性不好的元器件，以保證產(chǎn)品在長期使用中的可靠性。
6. 鏡檢
產(chǎn)品在封裝以前用顯微鏡檢查通常稱為鏡檢。對于半導體器件這是一種重要的無損篩選手段。通常用30-15ox立體顯微鏡觀察各種缺陷，必要時可以用高倍顯微鏡觀察缺陷。
7. 監(jiān)控振動和沖擊
在對產(chǎn)品進行振動或沖擊試驗的同時，監(jiān)測電性能，常稱為監(jiān)控振動或監(jiān)控沖擊試驗。
8. 精密篩選
精密篩選通常是在較低的應(yīng)力條件下（接近或略高與元器件的現(xiàn)場使用條件）進行3000-5000h的電老化。精密篩選試驗需要專門的儀器設(shè)備，費用昂貴，周期較長，一般僅在航空、航天等長期穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)元器件篩選中作為必要的篩選項目。
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