第9章_可靠性筛选试验-2010

1、 张素娟：为民楼张素娟：为民楼419房间房间;Email: 第第9章章 可靠性筛选试验可靠性筛选试验可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部课程内容课程内容v9.19.1可靠性筛选的定义与目的可靠性筛选的定义与目的v9.29.2可靠性筛选的特点可靠性筛选的特点v9.39.3可靠性筛选的分类可靠性筛选的分类v9.49.4筛选方法的确定筛选方法的确定v9.59.5筛选方案的设计筛选方案的设计v9.69.6筛选效果的评价筛选效果的评价v9.79.7特殊使用条件下的筛选特殊使用条件下的筛选可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.19.1可

2、靠性筛选的定义与目的可靠性筛选的定义与目的A早期失效期B偶然失效期C耗损期t失效率（t） 图9-1 电子元器件失效率与时间的关系可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.19.1可靠性筛选的定义与目的可靠性筛选的定义与目的 可靠性筛选的定义可靠性筛选的定义 可靠性筛选是为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的产可靠性筛选是为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的产品而进行的一系列检查和试验。品而进行的一系列检查和试验。 可靠性筛选目的：可靠性筛选目的： 一：把符合要求的产品挑出来。一：把符合要求的产品挑出来。 二：剔除早期失效的产品。二：剔除早期失效的产品。 可靠性筛选意义：

3、可靠性筛选意义： 一批元器件由于通过筛选剔除了早期失效的产品，就可提一批元器件由于通过筛选剔除了早期失效的产品，就可提高该批产品的可靠性水平。在正常情况下，失效率可以降低半高该批产品的可靠性水平。在正常情况下，失效率可以降低半个到一个数量级，个别的甚至可降低两个数量级。个到一个数量级，个别的甚至可降低两个数量级。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部可靠性筛选具有以下特点：可靠性筛选具有以下特点：（1 1）对于不存在缺陷而性能良好的产品来说是一种）对于不存在缺陷而性能良好的产品来说是一种非破坏性试验，而对于有潜在缺陷的产品来说应能非破坏性试验，而对于有潜在缺陷的产品来说应能

4、诱发其失效。诱发其失效。（2 2）可靠性筛选是）可靠性筛选是100100的试验，而不是抽样检验。的试验，而不是抽样检验。 经过筛选试验，对批产品不应增加新的失效模式和经过筛选试验，对批产品不应增加新的失效模式和机理。机理。（3 3）可靠性筛选不能提高产品的固有可靠性。但它）可靠性筛选不能提高产品的固有可靠性。但它可以提高批产品的可靠性。可以提高批产品的可靠性。（4 4）可靠性筛选一般由多个可靠性试验项目组成。）可靠性筛选一般由多个可靠性试验项目组成。9.29.2可靠性筛选的特点可靠性筛选的特点可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.3 9.3 可靠性筛选的分类可靠性筛选的分

5、类 可靠性筛选分为常规筛选和特殊环境筛选。可靠性筛选分为常规筛选和特殊环境筛选。 在一般环境条件下使用的产品只需进行常规筛选，而在一般环境条件下使用的产品只需进行常规筛选，而在特殊环境条件下使用的产品则除需进行常规筛选外，在特殊环境条件下使用的产品则除需进行常规筛选外，还需进行特殊环境筛选还需进行特殊环境筛选。 在实际筛选的选择时，主要依据产品的失效模式和机在实际筛选的选择时，主要依据产品的失效模式和机理，根据不同的质量等级、结合可靠性要求或实际使理，根据不同的质量等级、结合可靠性要求或实际使用条件以及工艺结构情况确定。用条件以及工艺结构情况确定。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所

6、元器件工程部常规筛选按筛选性质分类：常规筛选按筛选性质分类： 检查筛选：显微镜检查筛选；红外线非破坏性检查检查筛选：显微镜检查筛选；红外线非破坏性检查筛选；筛选；PINDPIND；X X射线非破坏性检查筛选。射线非破坏性检查筛选。 密封性筛选：液浸检漏筛选；氦质谱检漏筛选；放密封性筛选：液浸检漏筛选；氦质谱检漏筛选；放射性示踪检漏筛选；湿度试验筛选。射性示踪检漏筛选；湿度试验筛选。 环境应力筛选：振动、冲击、离心加速度筛选；温环境应力筛选：振动、冲击、离心加速度筛选；温度冲击筛选。度冲击筛选。 寿命筛选：高温储存筛选；功率老化筛选。寿命筛选：高温储存筛选；功率老化筛选。9.3 9.3 可靠性筛

7、选的分类可靠性筛选的分类可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.3 9.3 可靠性筛选的分类可靠性筛选的分类筛选S级B级方法和条件要求方法和条件要求1 晶圆批验收a5007所有批-2 非破坏性键合拉力2023100%-3 内部目检b2010试验条件A100%2010试验条件B100%4 温度循环c1010试验条件C100%1010试验条件C100%5 恒定加速度2001试验条件E（至少），仅Y1方向100%2001试验条件E（至少），仅Y1方向100%6 目检d100%100%7 粒子碰撞噪声检测2020试验条件A100%e-8 老炼前电测试按适用的器件规范100% g按适

8、用的器件规范100% h9 老炼1015，240h，至少125100%1015，160h，至少125100%10 中间（老炼后）电测试按适用的器件规范100% g-11 反偏老炼j1015，试验条件A或C，至少150下72h100%-12 中间（老炼后）电测试按适用的器件规范100%g按适用的器件规范100%h13 允许不合格品率（PDA）计算3%所有批5%所有批14 最终电测试按适用的器件规范100%按适用的器件规范100%15 密封 a）细检漏 b）粗检漏1014100%l1014100%l16 X射线照相m2012 两个视图n100%-17 外部目检p2009100%2009100%18

9、 辐射锁定q1020100%1020100%表9-1 GJB548B方法5004 规定的 S级和B级筛选可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4 9.4 筛选方法的确定筛选方法的确定v9.4.1 9.4.1 筛选项目的确定筛选项目的确定v9.4.2 9.4.2 筛选应力强度的确定筛选应力强度的确定v9.4.3 9.4.3 筛选时间的确定筛选时间的确定可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.1 9.4.1 筛选项目的确定筛选项目的确定 筛选项目的确定是以元器件的失效模式和失筛选项目的确定是以元器件的失效模式和失效机理为依据的。效机理为依据的。 不同类

10、型的元器件进行的筛选项目不同；不同类型的元器件进行的筛选项目不同； 不同等级，筛选试验项目不同，试验条件也不同等级，筛选试验项目不同，试验条件也不同；不同； 在总规范中有相应要求。在总规范中有相应要求。 GJB597GJB597、 GJB33GJB33 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.1 9.4.1 筛选项目的确定筛选项目的确定元件种类元件种类筛选项目筛选项目电阻器（1）直流电阻值测量、（2）高温贮存、（3）温度冲击（4）功率老练或短时过载、（5）外观及机械检查。电容器电解电容器（1）电参数测试、（2）温度冲击、（3）老练、（4）密封试验（适用于密封电容器） （

11、5）外观及机械检查非电解电容器（1）电参数测试、（2）温度冲击、（3）老练、（4）密封试验（适用于密封电容器） 、（5）外观及机械检查电磁继电器（1）外观及机械检查、（2）扫频振动、（3）随机振动、（4）PIND 、（5）内部潮湿、（6）高温运行、（7）低温运行、（8）参数测试、（9）密封试验（适用于密封继电器）常用元件的筛选项目及试验条件可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.2 9.4.2 筛选应力强度的确定筛选应力强度的确定v确定筛选应力强度的原则确定筛选应力强度的原则 应能最有效的激发早期失效，即所施加的应力应是对应能最有效的激发早期失效，即所施加的应力应是对失

12、效机理能起最大作用的。失效机理能起最大作用的。 能将不可靠的产品剔除而不损坏可靠的产品。能将不可靠的产品剔除而不损坏可靠的产品。 元器件的失效概率与其使用的应力如电应力、温度应力、元器件的失效概率与其使用的应力如电应力、温度应力、机械环境应力等有密切的关系。使用应力越高，其失效机械环境应力等有密切的关系。使用应力越高，其失效率也越高。率也越高。 对于筛选应力量值的选取必须十分谨慎，应力量值太小，对于筛选应力量值的选取必须十分谨慎，应力量值太小，造成欠筛选，不能有效剔除早期失效的产品；应力量值造成欠筛选，不能有效剔除早期失效的产品；应力量值过大，造成过筛选，可能改变原有的失效机理和增加新过大，造

13、成过筛选，可能改变原有的失效机理和增加新的失效模式。的失效模式。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.4.3 9.4.3 筛选时间的确定筛选时间的确定v (1) (1) 筛选时间确定的原则筛选时间确定的原则v 选择筛选时间应是曲线转折点选择筛选时间应是曲线转折点teftef，即位于早期失效期的终端。，即位于早期失效期的终端。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.5 9.5 筛选方案的设计筛选方案的设计可靠性筛选方案设计包括两方面内容：可靠性筛选方案设计包括两方面内容：v根据元器件的失效机理和失效模式确定筛选项目和根据元器件的失效机理和失效模式确定筛

14、选项目和各项目的试验条件，包括试验应力水平、试验时间、各项目的试验条件，包括试验应力水平、试验时间、测量参数、测量周期、筛选合格判据等。测量参数、测量周期、筛选合格判据等。v筛选项目按一定先后次序排列起来，成为一个完整筛选项目按一定先后次序排列起来，成为一个完整的试验方案。的试验方案。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.6 9.6 筛选效果的评价筛选效果的评价v 筛选剔除率筛选剔除率Q Q n n通过筛选被剔除的产品数；通过筛选被剔除的产品数； N N参加筛选的产品总数。参加筛选的产品总数。在有可靠性指标的产品标准中应规定在有可靠性指标的产品标准中应规定Q Q值的上限。

15、值的上限。v 筛选效率筛选效率 被淘汰的早期失效产品的比例与未被淘汰的、非早期失效产品的比例的被淘汰的早期失效产品的比例与未被淘汰的、非早期失效产品的比例的乘积，称为筛选效率，可用数学式表达为：乘积，称为筛选效率，可用数学式表达为： 筛选效率；筛选效率； n n通过筛选被剔除的产品数；通过筛选被剔除的产品数； N N参与筛选试验的产品总数；参与筛选试验的产品总数； R R受试样品中所含早期失效产品数；受试样品中所含早期失效产品数； r r被剔除样品中所含早期失效产品数。被剔除样品中所含早期失效产品数。 %100NnQ可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.6 9.6 筛选效

16、果的评价筛选效果的评价v筛选效果筛选效果 表示元器件经过筛选后，失效率下降的相对值表示元器件经过筛选后，失效率下降的相对值 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.7 9.7 特殊使用条件下的筛选特殊使用条件下的筛选二次筛选二次筛选元器件的筛选分为元器件的筛选分为“一次筛选一次筛选”和和“二次筛选二次筛选”。v元器件生产方在交付用户使用前按元器件的产品元器件生产方在交付用户使用前按元器件的产品规范（总规范、详细规范）进行的筛选称为规范（总规范、详细规范）进行的筛选称为“一一次筛选次筛选”。v而元器件使用方在采购以后根据使用要求所进行而元器件使用方在采购以后根据使用要求所进行

17、的再次筛选称为的再次筛选称为“二次筛选二次筛选” ” 。v二次筛选的目的是使用方通过检查或试验来挑选二次筛选的目的是使用方通过检查或试验来挑选出满足使用方要求的元器件。出满足使用方要求的元器件。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部1.1. 元器件生产方未进行元器件生产方未进行“一次筛选一次筛选”，或使用方对，或使用方对“一次筛选一次筛选”的项目和应力不具体了解时的项目和应力不具体了解时2.2. 元器件生产方已进行了元器件生产方已进行了“一次筛选一次筛选”，但，但“一次筛选一次筛选”的项的项目或应力还不能满足使用方对元器件质量要求时；目或应力还不能满足使用方对元器件质量要求时

18、；3.3. 在元器件的规范中未做具体规定，元器件生产方也不具备筛在元器件的规范中未做具体规定，元器件生产方也不具备筛选条件的特殊筛选项目选条件的特殊筛选项目4.4. 对元器件生产方是否已按合同或规范的要求进行了对元器件生产方是否已按合同或规范的要求进行了“一次筛一次筛选选”或对承制方或对承制方“一次筛选一次筛选”的有效性有疑问而需要进行验的有效性有疑问而需要进行验证的元器件。证的元器件。 (二次筛选二次筛选)的适用范围的适用范围9.7 9.7 特殊使用条件下的筛选特殊使用条件下的筛选二次筛选二次筛选可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部 “ “二次筛选二次筛选”的试验项目可以

19、参照一次筛选的试验项目，并进的试验项目可以参照一次筛选的试验项目，并进行适当地剪裁。行适当地剪裁。确定二次筛选项目先后顺序的原则是：确定二次筛选项目先后顺序的原则是：v （1 1）费用低的试验项目应排在较前。因为这样可以减少高费）费用低的试验项目应排在较前。因为这样可以减少高费用试验的器件数，从而降低成本。用试验的器件数，从而降低成本。v （2 2）安排在前的筛选项目应有利于元器件在后一个筛选项目）安排在前的筛选项目应有利于元器件在后一个筛选项目中其缺陷的暴露。中其缺陷的暴露。v （3 3）密封和最终电测试两项试验谁先谁后，需要慎重考虑。）密封和最终电测试两项试验谁先谁后，需要慎重考虑。经电测

20、试合格的器件再经密封性试验，也可能会由于静电损伤经电测试合格的器件再经密封性试验，也可能会由于静电损伤等原因引起失效。如果密封试验过程的静电防护措施得当，一等原因引起失效。如果密封试验过程的静电防护措施得当，一般应把密封试验放在最后。般应把密封试验放在最后。9.7 9.7 特殊使用条件下的筛选特殊使用条件下的筛选二次筛选二次筛选可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部vPDA-“PDA-“批允许不合格率批允许不合格率”。v即为元器件检验批经受规定的二次筛选试验后，接即为元器件检验批经受规定的二次筛选试验后，接收该批时所能允许的不合格品的最大百分数。收该批时所能允许的不合格品的最

21、大百分数。vPDAPDA控制点。控制点。vPDAPDA值值 9.7 9.7 特殊使用条件下的筛选特殊使用条件下的筛选二次筛选二次筛选可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部半导体分立器件的二次筛选项目、顺序及PDA 项项 目目目目器件类别器件类别常温常温初测初测温度温度循环循环恒定恒定加速加速度度颗粒颗粒碰撞碰撞噪声噪声检测检测常温常温中测中测高温高温反偏反偏老炼老炼功率功率老炼老炼常温常温终测终测高低高低温测温测试试密封密封性试性试验验外部外部目检目检1234567891011半导体二极管整流、检波二极管按需要选做开关二极管其它二极管双极型晶体管闸流晶体管场效应晶体管光电晶体

22、管光电耦合器项目PDA(%)10*12总的PDA(%)15可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部半导体集成电路的二次筛选项目、顺序及PDA 常温常温初测初测温度温度循环循环恒定恒定加速加速度度颗粒颗粒碰撞碰撞噪声噪声检测检测常常温温中中测测高高温温功功率率老老炼炼常常温温终终测测高低温高低温测试测试密封密封性试性试验验外部外部目检目检12345678910单片微电路按需 要选 做混合微电路项目PDA(%)512总的PDA(%)*15可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部9.7.2 9.7.2 升级筛选升级筛选v升级筛选是通过一系列的试验验证，证明该批器件升级

23、筛选是通过一系列的试验验证，证明该批器件可以用于较高质量等级的应用并淘汰有缺陷的产品。可以用于较高质量等级的应用并淘汰有缺陷的产品。它是解决低质量等级的元器件用于高可靠性领域的它是解决低质量等级的元器件用于高可靠性领域的一种可靠性保证手段。一种可靠性保证手段。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部5.5.6.26.2补充筛选补充筛选( (二次筛选二次筛选) )的局限性的局限性 v一方面筛选不可能将有缺陷的早期失效元器件一方面筛选不可能将有缺陷的早期失效元器件全部剔除；全部剔除；v另一方面筛选虽能改善元器件的批质量但不能另一方面筛选虽能改善元器件的批质量但不能提高元器件的固有质

24、量等级。提高元器件的固有质量等级。 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部NASA-塑封微电路升级筛选项目和程序筛选筛选试验方法和条件试验方法和条件1级级2级级3级级1外部目检和外部目检和编序列号编序列号MIL-STD-883方法方法 2009，检查封装、引线变形，检查封装、引线变形，外引线和镀层及标记易读性和正确性。外引线和镀层及标记易读性和正确性。2温度循环温度循环MIL-STD-883方法方法1010，条件，条件B（或制造商规定的（或制造商规定的贮存温度范围，取较小者）贮存温度范围，取较小者）温度循环最少次数温度循环最少次数2020203X射线检查射线检查MIL-STD-883方法方法2012，检查引线偏移，外来物、，检查引线偏移，外来物、空洞等。空洞等。4声学显微镜声学显微镜检查检查检查模塑化合物与引线框架、芯片或芯片压焊点之检查模塑化合物与引线框架、芯片或芯片压焊点之间的分层间的分层(分别从顶部