电子元器件可靠性系统工程

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。是产

3、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，而是

4、“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，也总希望投资小、

5、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、能力四个要素有

6、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版本,我国的G

7、JB299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的综合学科，各企业

8、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活动同时综合起来的一

9、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）研制整机元器件的控制

10、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 T：温度应力系数V：电压应力系数

11、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质 量等 级质量要求补充说明质量系数丌Q双极晶体管二极管场效应管AA1执行GJB33-85，且经军用电子元器件质量认证合格的GCT级（超特军级）产品A2执行GBJ33-85，且经军用电子元器件质量认证合格的GT级（特军级）产品A3执行GJB33-85，且经军用电子元器件质

12、量认证合格的GP级（普军级）产品按QZJ840611A “七专”技术条件组织生产的产品0.080.1-0.30.25A4执行GB4937.1-85，且经中国电子元器件质量认证委员会认证合格的类产品。 符合GB4937.1-85 类产品。 按QZJ840611-840613“七专”技术条件组织生产的产品0.2BB1执行GB4589.1的类产品；按军用标准筛选要求进行筛选的B2质量等级的产品 按“七九零五”七专质量控制技术条件组织生产的产品0.40.4-0.70.5B2执行GB4589.1的类产品 执行SJ614-73的产品 1.01.01.0C低档产品6.0（塑封产品为10）国产单片集成电路的质

13、量等级质 量等 级质量要求补充说明质量系统单片电路AA1执行 GJB597-88，且经军用电子元器件质量认证合格的S级产品 A2执行GJB597-88，且经军用电子元器件认证合格的B级产品0.1A3A4执行GJB597-88，且经军用电子元器件认证合格的B1级产品执行GJB4589.1-84，且经中国电子元器件认证委员会认证合格的类电路；按-“七专技术条件组织生产的、类单片电路；0.25BB1按的质量等级产品；执行的类单片电路；按“七九零五”七专质量控制技术协议组织生产的产品0.5B2符合GB4589.1的类产品1CC1执行的类单片电路；4C2低档产品14混合集成电路的质量等级质 量等 级质量

14、要求补充说明质量系统混合电路AA1符合GJB2438列入鉴定合格制造厂K级产品A2符合GJB2438列入鉴定合格制造厂H级产品A3A4符合GJB2438列入鉴定合格制造厂H1级产品符谷合GB8976和GB11498质量评定水平为K级的产品按 “七专技术条件组织生产的混合电路；0.25BB1符合GB8976和GB11498质量评定水平为L级的产品按“七九零五”七专质量控制技术协议组织生产的产品0.5B2符合GB8976和GB11498质量评定水平为M级的产品1.0C低档产品14美国半导体分立元件的质量等级质量等级质量系数代号名称JANSJANJXVJANJXJAN宇航级超特军级特军级普军级民用（

15、气密封装）0.050.10.20.31.05.0美国集成电路的质量等级质量等级质量要求质量系数代号S宇航级完全符合MIL-M-38510的S级要求，列入QPL-38510的S级0.25S1完全符合MIL-STD-975或MIL-STD-1547要求，并有采购机关的规范批准0.75B军用级完全符合MIL-M-38510的B级要求，列入QPL-38510的B级1.0B1完全符合MIL-STD-883的B级要求并按照标准军用图纸（SMD）、国防电子供应中心（DESC）的图纸或政府批准的其他文件进行采购2.0B2不完全符合MIL-STD-883的1.2.1节要求，按政府批准文件，包括卖方等效的B级要求

16、进行采购5.0D民用级气密封装的具有正规可靠筛选和制造厂质量保证措施的器件，用有机材料封装的器件必须经过规定实验（包括125C、160小时老化，10次-550C+1250C温度循环等）后参数测试合格10.0D1用有机材料（如环氧树脂）封装的民用（或非军用标准）器件20.0国产元件的质量等级质量等级质量要求说明质量要求补充说明A级A1级按国家军用标准组织生产和管理的产品按QZJ8406技术条件生产和管理的产品A2级按质量认证标准经认证委员会鉴定合格的产品B级B1级经针对性筛选的B2质量等级的产品B2级按一般的国标、部标组织生产和管理的产品C级低档产品固体钽电容器的质量等级质 量等 级质量要求补充

17、说明质量系统AA1B符合GJB63A列入合格产品目录B级产品A1Q符合GJB63A列入合格产品目录Q级产品A1LA1WA2符合GJB63A列入合格产品目录L级产品符合GJB63A列入合格产品目录W级产品符合GJB1312列入合格的产品经认证委员会认定合格的产品按 “七专技术条件组织生产的混合电路；0.030.50.3BB1有附加质量妾要求的B2级产品按“七九零五”七专质量控制技术协议组织生产的产品0.5B2符合GB2693和GB7213质量的产品1.0C低档产品5液体钽电容器的质量等级质 量等 级质量要求补充说明质量系统AA1B符合GJB63A列入合格产品目录B级产品A1Q符合GJB63A列入

18、合格产品目录Q级产品A1LA1WA2符合GJB63A列入合格产品目录L级产品符合GJB63A列入合格产品目录W级产品符合GJB1520列入合格的产品经认证委员会认定合格的产品按 “七专技术条件组织生产的混合电路；0.030.10.3BB1有附加质量妾要求的B2级产品按“七九零五”七专质量控制技术协议组织生产的产品0.5B2符合GB2693和GB7213质量的产品1.0C低档产品5铝电解电容器的质量等级质 量等 级质量要求补充说明质量系统AA1B符合GJB63A列入合格产品目录B级产品A1Q符合GJB63A列入合格产品目录Q级产品A1LA1WA2符合GJB63A列入合格产品目录L级产品符合GJB

19、63A列入合格产品目录W级产品符合GJB1520列入合格的产品经认证委员会认定合格的产品按 “七专技术条件组织生产的混合电路；0.030.10.3BB1有附加质量妾要求的B2级产品按“七九零五”七专质量控制技术协议组织生产的产品0.5B2符合GB2693和GB7213质量的产品1.0C低档产品52、元器件的失效率等级元器件的可靠性，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。失效率等级实效率等机代表符号失效率亚五级Y310-5五级W110-5六级L110-6七级Q110-7八级B110-8九级J110-9十级S110-10 失效率等级是指在未计算环境

20、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

21、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“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

22、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QZ

23、J84061920 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

24、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

25、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.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

26、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

27、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

28、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。元器件类别有效贮存期超期测试项目继续有效期备注功率型线绕电阻器氧化膜电阻器金属膜电阻器微调电阻器5年抽样作外部目检抽样作可焊性试验100%测量电参数3年超过“继续有效期”不准使用精密型线绕电阻器5年

29、在高温下100%测量电参数；其余同上3年超过“继续有效期”不准使用碳质电阻器5年超过有效贮存期不准使用玻璃介质电容器5年抽样作外部目检抽样作可焊性试验100%测量电参数3年超过“继续有效期”不准使用陶瓷介质电容器5年125贮存4h后测量;其余同玻璃介质电容器3年固体钽电容器5年在+85 下进行充放电放老化96h(PDA10%);进行破坏性物理分析;其余同玻璃介质电容器3年液体钽电容器（钽外壳）5年同固体钽电容器3年液体钽电容器（银外壳）5年超过有效贮存期不准使用塑料薄膜电容器5年元器件类别有效贮存期超期测试项目继续有效期备注双结型半导体器件结型场效应晶体管CMOS电路MOS场效应晶体管金属外壳

30、二极管非模制的光电器件5年抽样作外部目检抽样作可焊性试验进行破坏性物理分析100%测量电参数3年超过“继续有效期”不准使用玻璃外壳二极管5年不要求进行破坏性物理分析，如适用应作密封性检查。其余同上3年非柔性绝缘连接器5年抽样作外部目检100%测量电参数5年超过“继续有效期”不准使用柔性绝缘连接器5年3年接触件5年3年微动开关5年抽样作外部目检抽样作可焊性试验进行破坏性物理分析100%测量电参数3年继电器5年如适用应作密封性检查其余同微动开关3年晶体5年抽样作外部目检抽样作可焊性试验进行破坏性物理分析100%测量电参数3年滤波器5年不要求进行破坏性物理分析，要求在25下测量绝缘电阻和电容。其余同

31、晶体。3年射频线圈5年不要求进行破坏性物理分析，要求在125下100%测量电参数。其余同晶体。3年保险丝5年超过有效贮存期不准使用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

32、与生产的可靠性通用大纲要求承制方要制定元器件大纲。 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

33、是关键元器件和新型元器件（二）电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

34、寿命有严重影响，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

35、方虽然进行了“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

36、应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

37、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。如

38、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，有可能延

39、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）微电子器件特性曲线测试筛选（1）半导体器件

40、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，但是由于微电子器件的制造技术的提高，用此项试验对淘汰

41、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试验的有关标准。温度循环筛选试验可以验证产品

42、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。常见的失效模式有：活动多余物粒子造成触点开路或短路、内部污染导

43、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。对同一检测过程，不同检测人员的判别结果出入较大，且故障有时

44、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。常见粒子分类分析粒子分类举例主要来源克服方法信号表现灰尘粒子空气中的砂粒、尘土等不清洁的加工制造环境净化环境清洁组件幅度较强时间较长非金属粒

45、子塑料屑、阻焊剂颗粒加工与焊料环节清洗、改进焊料工艺幅度强、时间长非磁性金属粒子铁屑、银泥、锡球加工环节与焊封环节清洗、改进焊封工艺幅度强、时间长磁性金属粒子焊接飞溅物电弧焊接去磁清洗短时出现（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

46、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

47、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

48、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

49、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

50、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

51、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

52、.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(VR1GHZ）薄

53、膜电阻器无保护电路的大规模集成电路(微处理器、存储器等)含有类器件的混合电路类(敏感器件)2000-3999 有保护电路的MOS器件肖特基二极管精密电阻网络ECL电路TTL电路运算放大器有保护电路的大规模集成电路(微处理器、存储器等)含有类器件的混合电路(中等敏感器件)4000-15999小功率斩波电阻器片状电阻器小信号二极管(额定值1W，不含齐纳二极管)通用二极管和快速恢复二极管硅小功率晶体管（额定值5W）未列入类和类的其它微电路压电晶体含有类器件的混合电路 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

54、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

55、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

56、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元器件时，只能在静电放电保护面积内，而且只能由经过训练的人员进行。 c操作静电放电敏感元器件的人员，应该避免在静电放电敏感元器件附近作产生静电的活动，如穿脱工作服等； d清洁手指，应使用浸沾有酒精或加水的洗净剂棉花球来清洁，不允许使用橡皮、化学纤维等易产生放电材料来清洁。 e操作静电放电敏感元器件的人员，应该穿静电保护衣服。这种衣服应该定期地用静电计监测。为防止衣服直接接触静电放电元器件，防止腕带从衣服上放电，除长袖衫应该卷起外，还应用静电放电保护长手套套住。长

57、手套绑扎在裸露腕上，并向上伸展到肘部。静电放电保护工作服、手套和手指套，应用棉织品，含有1%金属纤维等保护材料制作。不允许使用普通塑料、橡胶或化学纤维等易产生静电的材料制作。 f在不能使用人体接地扣带的地方，维护静电放电敏感设备的人员，在静电放电敏感元器件从其保护包装移出之前应该把自己接地。当在静电放电保护包装外面操作静电放电敏感元器件时，应该通过分路装置操作静电放电敏感元器件，而不接触静电放电敏感元器件或电路的走线。对静电敏感器件电装的要求电装车间基本要求如下：所有电装工作台必须是防静电工作台；必须配备导电清洗液或溶剂；必须配备空气离子发生器；必须埋没专用地线（电子地）；必须配备温度和温度调

58、节器，一般温度控制在255，相对湿度控制在30%-70%；配备防尘装置，保持室内清洁整齐。电装基本要求如下：电烙铁及仪器、设备必须良好接地；电装必须在防静电工作台上进行；不准在印制电路板组装件或整机通电状态下进行电装；电烙铁头必须与电烙铁壳体连接，避免电烙铁头感应带电；静电敏感器件在手工焊接时，先焊器件的电源正端，再焊器件的电源负端，最后焊各输入、输出端，场效应管应按源、栅、漏依次焊接；每次焊接时间不超过3S 对设计人员的防静电要求 a识别所推荐的设计用全部静电放电敏感元器件及其敏感电平。 b在符合性能要求的同时，选择能提供最高抗静电放电能力的元器件。例如使用MOS器件，选择含有最大内部保护的

59、元器件。 c在设计新产品时，应把静电敏感性降到最低程度。对于类或较低敏感性满足性能要求的绝不使用类敏感元器件。 d组件内电路在保护设计时，应在组件的最低实用电平上实现保护。 e尽可能使用静电抑制技术。 f进行电路分析，确定含有静电放电敏感元器件的组件是否充分地给予保护。 g全部设计审查应符合某项标准要求。(3).温度应力对微电子器件造成的损伤在选择和使用器件时，一定要针对器件对温度敏感的特点，采用热设计技术，把温度的影响降到最低程度，以保证器件的电性能和可靠得到充分发挥。对于要求在超低温工作状态的器件，在电路设计时，要对器件的增益进行较大幅度的降额。因晶体管在低温下H 一般平均要下降50%左右

60、，并要选择低温性能好的器件。FE(4).机械过应力对器件的损伤、器件的引线形成与切断、在印制板上安装器件、在功率器件上安装散热片、运输4、微电子器件的降额使用 微电子器件的降额系指使用中承受的应力低于其额定值. 以达到延缓参数退化,增加寿命提高可靠性的目的. (1)微电子器件的最大额定值概念 (2)最大额定值的类型 (3)合理降额使用 (4)在降额使用时应注意的问题(1)微电子器件的最大额定值概念 微电子器件的最大额定值是用来表明工艺. 材料能达到的极限值,超过这个值器件就会受到损伤或失效. 微电子器件的最大额定值是以大气环境温度为25度的连续直流条件为基础给定的,是为设计人员定提供在任何条件