《电子元器件的可靠性》——3.3节可靠性筛选试验-阿里云开发者社区

开发者社区> 华章出版社> 正文

《电子元器件的可靠性》——3.3节可靠性筛选试验

简介:

本节书摘来自华章社区《电子元器件的可靠性》一书中的第3章,第3.3节可靠性筛选试验,作者王守国,更多章节内容可以访问云栖社区“华章社区”公众号查看

3.3 可靠性筛选试验
3.3.1 可靠性筛选的种类
可靠性筛选是提高产品可靠性的一项有效措施,所谓可靠性筛选试验(Reliability Screening Test)是指为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效产品而进行的试验,其目的显然有两个方面:其一,从批产品中挑选出高可靠性的产品,淘汰掉那些低劣的产品,将批产品按可靠性大小分类;其二,剔除那些具有潜在缺陷的早期失效产品,因此,筛选可分两大类:普通筛选——主要剔除早期失效的产品;精密筛选——在普通筛选的基础上进行的二次筛选,剔除参数漂移大的产品,以便得到高度可靠的产品。可靠性筛选所剔除的具有潜在缺陷的早期失效产品一般都是工艺缺陷和工艺过程中的差错造成的,所以可靠性筛选有时也叫工艺筛选(Processing Technology Screening)。但是,必须特别指出,在生产过程中一般电子元器件的特性值分布在一定范围内,失效机理是确定的,因而可靠性筛选不能改变其失效机理。因此,可靠性筛选不能提高单个元件的可靠性(固有可靠性),只能将早期失效产品剔除或将产品可靠性分成不同水平等级,从而提高批产品总的可靠性水平。所以高可靠性电子元器件产品的获得主要依靠对电子元器件的可靠性设计和严格的工艺控制,而不依靠可靠性筛选。其实,在产品制造过程中,各个工艺质量的检验、成品和半成品的电参数测试等也可看做筛选的过程。
可靠性筛选的方法很多,可以通过简单观测(例如,显微镜观察、电参数测量)来检查潜在的缺陷;也可以通过施加单个和多个环境压力,使缺陷加以暴露,或通过施加其他应力来观测或发现缺陷,或通过早期寿命试验对参数的特征值测量来决定良品和不良品。有的方法通过对样品施加应力,观测元器件参数的变化来判断缺陷(通常通过观测对缺陷敏感的参数来判别),或间接地观察元器件的应力集中情况,如机械变形、电应力和热应力的集中等进行判断,应力集中者多数为缺陷所在处,是不可靠或早期失效产品。
非破坏性筛选试验必须100%进行筛选;如果试验室是破坏性的,或者会产生蜕化现象,则应根据批量大小进行抽样试验。最理想的方法是在不另加外应力的情况下,即在普通状态或工作应力状态下,进行非破坏性检验,如目检、X射线检验及电参数测量等。采用外加应力进行筛选时,应根据要求和元器件本身的失效机理采用不同的方法,使潜在缺陷易于暴露。
对于新型的元器件和可靠性极高的元器件,筛选试验具有重要意义。特别是在空间技术和军事上,往往为获得高可靠元器件在筛选上花费很多经费和时间。
理想的筛选不错分一个产品,即不把可靠的产品当作早期失效的产品筛选掉,也不把潜在的早期失效产品错分为可靠的产品。它们应满足:剔除次品数等于实际次品数;好品剔除数(或损坏数)等于零。
事实上,这种理想的筛选是不存在的。但是,希望选用的筛选方法尽可能接近理想状态。
根据筛选的性质和所加的应力或所使用的仪器设备的不同,可靠性筛选试验大致可分为四类:检查筛选、密封性筛选、环境应力筛选和寿命筛选,如表3.8所示。


0cdb833e01da18cfbfec53639725f043e2d0101f

3.3.2 筛选方法的评价
为了比较各种筛选方法的优势,必须确定筛选方法好坏的标准。目前在电子元器件筛选中常使用下面三个指标来作为评价筛选方法好坏的尺度。

  1. 筛选淘汰率Q
    筛选淘汰率是表示筛选剔除的产品数与被筛选产品总数的比值,即Q=筛选剔除的产品数被筛选产品总数  显然,不能认为筛选淘汰率越高,产品越可靠;也不能认为淘汰率越低越好。但是,它是能在一定程度上表征筛选方法及产品质量优劣的尺度。如果淘汰率较高,有可能是因为筛选应力选择不当,也可能是因为元器件的设计、工艺或材料上存在较大的缺陷,从而提醒试验者的注意,并找出问题的所在。若筛选应力过大,可能将本来合格的产品误判为不合格品;如果筛选淘汰率太小,可能因为筛选应力选择过小,达不到剔除早期失效产品的目的。

国外在高可靠产品的技术标准中,一般都规定了筛选淘汰率的上限值,如美国军用标准MIL-D-39001A云母电容器可靠性技术总规范中规定了筛选淘汰率不能大于8%,其他相应的规范中也规定了纸质电容器淘汰率不大于5%,陶瓷电容器也是5%,碳膜和金属电容器是3%。
2.筛选效率η
筛选效率表征筛选剔除的早期失效产品数占早期失效产品总数的比值,即η=筛选剔除的早期失效产品数早期失效产品总数=rR  显然这个比值越大说明早期失效产品被淘汰的越多,其越接近1,表示筛选方法越好。但是,实际存在的早期失效产品总数是未知的,因此使用筛选效率比较困难。另外,这里只考虑了不漏掉早期失效产品的要求,没有考虑到不应将非早期失效产品淘汰掉的要求,其改进的表达式如下:E=rR1-n-rN-R式中,N为被筛选的产品总数;R为早期失效产品数;n为被筛选淘汰的产品总数;r为被筛选淘汰产品中的早期失效产品数。
3.筛选效果β
筛选效果表征产品经过筛选后,失效率下降的相对幅度,即β=λN-λSλN式中,λN是筛选前的产品失效率;λS是筛选后的产品失效率。
试验结果表明,当β=0.9时,筛选后产品失效率比筛选前大致下降了一个数量级,如果筛选能达到这样的水平,就得到比较满意的筛选效果。
3.3.3 筛选方法的理论基础
筛选方法按其复杂程度分为4种:分布截尾筛选、应力强度筛选、老化筛选和线性鉴别筛选。
1.分布截尾筛选
分布截尾筛选的主要目的是要获得与设计范围相对应的元器件主要参数的均匀性,因此,必须规定受控制的元器件参数和实际元器件参数可接收的容差极限,这种筛选就是从一批元器件中剔除掉那些超出容差极限的产品。
如给定某元器件母体的初始参数值是一种概率分布函数,关键是如何在分布函数上确定满足容差极限的截尾点,使之偏离质量参数标准值的百分数在可接收的容差极限范围内。例如,某设备给定的全部电阻器初始电阻测量值应在标称值的0.5%以内,因此,10kΩ电阻器的容差极限为
R=10k±0.005×10k
即电阻值的范围是从9.95kΩ到10.05kΩ,对有数个质量参数的元器件可对每一种参数进行确定,这样可得到一批经过筛选的产品,使之所有初始参数测量值都在它们相应的容差极限范围以内。
从可靠性观点来看,这类筛选属于边界容差特性的问题:假设初始测量值在边界容差内,此批元器件经过筛选,是可靠的。
分布截尾筛选包括4个步骤:
1) 规定元器件进行筛选的质量参数;
2) 确定每一个质量参数的容差极限(以元器件预期应用的输入、输出关系为依据);
3) 筛选出有一个或几个初始参数值超出规定容差极限的元器件;
4) 求得每一个元器件的初始测量值。
2.应力强度筛选
这种筛选方法与上述方法的主要差别是,不仅要求得元器件的强度分布,而且要得出环境应力分布。当应力超过元器件强度就应该被剔除。应力强度筛选的目的是把强度测量值低于预期应用中的应力水平的元器件剔除,从而使可靠性提高。
在实际应用应力强度分析中常遇到两个突出的问题:一是环境应力分布不易得到;二是强度分布是时间的函数。此外,环境应力往往有多种应力成分组成(如温度、振动等),而各种应力成分在元器件上的效应不能简单相加,它决定于各应力成分相互作用的功能。因此,强度分布既是时间的函数,又是作用于元器件上环境应力的函数。
显然,应力强度筛选问题的实质是确定元器件强度的初始值s,使所有测量值小于s的元器件都能被剔除。筛选标准值s的选择决定于所期望的应用环境应力和所期望的强度分布变化,此强度分布变化是应力的函数。
单位应力内的可靠度可为ΔR=∫∞sf(s)dsE(s)Δs其中,f(s)为元器件强度的概率密度函数,E(s)为环境应力的概率密度函数,所以R=∫∞0∫∞sf(s)dsE(s)ds对于上述一般式很难求解,如果f(s)和E(s)是正态分布函数,R可以通过变量μ=(s2-s1)来s求解。其中,s2为元件强度,s1为应力强度。显然,当μ=s2-s1>0时,则不会发生失效。
应力强度筛选的步骤是:
1) 确定待筛选元器件的强度测量值分布;
2) 规定在预期应用中作用到元器件上的应力变量;
3) 将数个应力变量组合成等效变量;
4) 确定环境应力测量值E(s)的分布;
5) 按设定的可靠度要求,确定标准值s;
6) 剔除强度测量值小于s的元器件。
3.老化筛选
老化筛选的目的是在短期环境应力组合或负荷应力组合试验基础上消除劣等或有潜在缺陷等可靠性低的元器件(如早期失效产品)。老化筛选的理论是:假设产品在应力的作用下产生强度的变化(退化),并且通过筛选试验应力作用后的元器件由两部分组成,一部分是优等元器件,图3.7老化试验模型的基础它们具有高平均强度和小变差的强度测量值分布;一部分是劣等元器件,其具有相对较低的强度测量值分布,试验过程如图3.7所示。并且,根据其失效机理确定相应的灵敏参数作为失效指示判据。采用提高应力的办法,加速劣等元器件的失效。


fc638822cea672d18ff84ed34e4af627f0a1e7cb

在偶然失效期,如果长时间加热或施加电应力,会有如图3.7c的变化,一旦进入耗损失效期,曲线变化会很快成为⑤的形状,不合格产品会大幅度增多。为了得到理想的筛选,应该通过失效分析,明确主要的失效模式,了解对此失效模式最敏感的应力,从而确定图3.7b在哪种应力下最容易发生,在这个基础上确定筛选方法和条件。其筛选步骤为:
1) 鉴别受筛选的元器件的失效机理;
2) 确定指示失效的测量参数;
3) 规定应力水平和老化试验周期;
4) 建立筛选标准;
5) 进行试验,筛掉参数测量值超出容差极限的元件。
4.线性鉴别筛选
线性鉴别筛选是在老化筛选基础上发展起来的一种筛选方法,与老化筛选不同的是,它根据试验一段时间的结果建立筛选判别式,以便对产品的寿命值进行判别。
线性鉴别筛选是指通过对某种元器件的子样进行分析,找出对元器件寿命有显著影响的参数,求出其影响的程度,得出筛选判别式,从而对母体产品的寿命值进行判别,其步骤如下:
1) 从母体N中抽取一部分样品的子样n1做试验,根据试验结果建立筛选判别式;
2) 从母体N中抽取另一部分样品的子样n2做试验,从上面建立的筛选判别式对试验结果进行判别,看筛选判别式是否适用;
3) 如果适用,就可用所建立的筛选判别式对母体中的所有产品进行判别筛选;如果不适用,分析其原因,重复1)、2)两个步骤,建立新的筛选判别式,直到适用为止,以便对母体产品进行筛选判别。
线性鉴别筛选的关键是如何来建立线性判别式。
设某元件主要考虑3个参数,其初始参数值分别为x1、x2和x3,该参数对元件的作用可表示为y=λ1x1+λ2x2+λ3x3  取该元件的子样n做老化试验,根据试验结果,对被试元件分类:参数符合规范要求的元件属于R类,有nR个;参数超过规范要求的元件属于F类,有nF个。显然n=nR+nF。
权重值λi由以下方程组求解得到:d1=λ1S11+λ2S12+λ3S13
d2=λ1S21+λ2S22+λ3S23
d3=λ1S31+λ2S32+λ3S33其中Sij=∑nRK=1(xRiK-xRi)(xRjK-xRj)+∑nFK=1(xFiK-xFi)(xFjK-xFj)
di=xRi-xFi式中,xRiK表示老化试验后好产品中第K个产品的第i个参数值;xRi表示老化试验后好产品中第i个参数值的算术平均值;xFiK表示老化试验后坏产品中第K个产品的第i个参数值;xFi表示老化试验后坏产品中第i个参数值的算术平均值。
方程判别式为yΔ=∑nRK=1(λ1xR1K+λ2xR2K+λ3xR3K)+∑nFK=1(λ1xF1K+λ2xF2K+λ3xF3K)nR+nF  此种数学模型建立在图3.7的老化试验的基础上,权重值的确定使得R类和F类的参数线性方程值分离很大,并使好品和坏品元件各自相对其均值的离散程度较小,同时还反映相应参数对元件的影响大小。所以,y>yΔ,表示该产品是好的。
线性鉴别筛选这种方法,要依据元器件参数漂移的规律来确定。如果元器件参数漂移的规律性差,则不能采用。
4种不同筛选方法的特性比较参见表3.9,它们在结构和应用中选用的最佳筛选方法如表3.10所示。


3adf2b70cc5cfc84c896ed78521a68f019d2db14

3.3.4 常见可靠性筛选试验的作用原理及条件
可靠性筛选试验可分为成品筛选、器件生产线的工艺筛选和整机出厂使用前的筛选,下面对一些常用的筛选方法做简单的介绍。
1.目检和镜检筛选
目检或镜检(显微镜检查)是集成电路制造中一种重要的筛选方法。多年来的经验公认为这种方法是最简便易行而且效率很高的方法之一。对检查芯片表面的各类缺陷(如金属化层缺陷、芯片裂纹、氧化层质量、掩模板质量、扩散缺陷等)以及观察内引线键合、芯片焊接、封装缺陷等都很有效。国外已有联合使用扫描电镜与计算机的自动镜检系统。

  1. X射线筛选
    X射线是一种非破坏性筛选,用于检查器件密封后管壳内有无多余物、键合和封装工序的潜在缺陷以及芯片上的裂纹等。

3.红外线筛选
通过红外探测技术,检测显示芯片热分布情况,用来观察异常扩散、针孔或二氧化硅层台阶处的局部热点、PN结不均匀的击穿点、键合处裂纹、金属膜内部的小孔等,以便筛选掉存在严重体内缺陷、表面缺陷、热缺陷的器件。
4.功率老化筛选
功率老化筛选是很有效的一种筛选方法,是高可靠集成电路必须进行的筛选手段之一。功率老化通过对产品施加过电应力(电压或功率)或同时施加电应力与热应力,促使早期失效器件存在的潜在缺陷尽快暴露而被剔除。它能有效地剔除器件制备过程中产生的工艺缺陷、金属化膜过薄及划伤和表面沾污等。功率老化筛选试验所采用的温度可以是常温,也可以是高温。对于常温,通常提高电应力;对于高温,通常施加额定电力,其目的是获得足够的筛选应力。该种筛选方法比较接近产品的实际工作状态,易于暴露工艺过程中所产生的隐藏损伤和缺陷,因而它是一种比较有效的筛选方法。对于可靠性要求高的元器件常常把此筛选列入成品前的一道工艺,进行100%的筛选,但是,该筛选试验费用较大,而且需要专门的功率老化设备。
如集成电路的功率老化筛选,通常是将产品置于高温条件下,施加最大的电压,以获得足够大的筛选应力,达到剔除早期失效产品的目的。所施加的电应力,可以是直流偏压,也可以是脉冲功率应力。前者多用于小规模数字电路,而后者则用于中、大规模集成电路,使电路内的元器件在试验时能承受工作状态下的最大功耗和应力。超功率试验虽然可以缩短老化时间,但也有可能使器件瞬时负载超过最大额定值,使合格器件遭受损伤,甚至发生即时劣化或击穿。有的产品可能暂时还能工作,但寿命却缩短了。所以,对于超功率试验而言,并不是超得越多越有效果,而是应选择一个最佳的超负荷量。现在较一致的方法是对器件施加最大额定功率,适当延长老化时间。这是较合理的电功率老化筛选方法。
5.高温存储筛选
由于高温促使元器件内部或表面的化学反应加速,使早期失效的元器件提前失效,从而暴露出早期失效产品。如果在集成电路封装的管壳内含有水汽或各种有害气体,或者芯片表面不清洁,或者在键合处存在各种不同的金属成分等,都会产生化学反应,高温储存可加速这些反应。它是通过热应力来加速储存寿命的筛选试验,该种筛选方法的最大优点是操作简单易行,可以大批量进行,而且筛选效果也比较好,投资又少,因而它是最便宜的一种试验,并且是目前比较普遍采用的筛选试验。
高温储存温度,对于硅器件而言,金铝系统一般选用150℃,铝铝系统选用200℃,金金系统选用300℃,储存时间则一般为24~168小时。
6.高温工作筛选
高温工作筛选一般有高温直流静态、高温交流动态和高温反偏三种筛选方法,对于剔除器件表面、体内和金属化系统存在的潜在缺陷引起的失效十分有效。高温反偏是在高温下加反偏工作电压的试验。它是在热电应力的共同作用下进行的,与实际工作状态很接近,所以比高温储存筛选的效果好。
7.温度循环和热冲击筛选
温度循环可以加速因材料之间热不匹配效应所造成的失效,芯片组装、键合、封装以及在氧化层上的金属化膜等潜在缺陷都可以通过温度循环进行筛选。温度循环筛选的典型条件是-55~155℃或-65~200℃进行3次或5次循环。每循环一次,在最高或最低的温度下各保持30分钟,转移时间为15分钟。试验后进行交直流电参数测试。热冲击筛选是判定温度急剧变化的集成电路强度的有效方法,例如,设有100℃和0℃两个水槽,在高温槽浸15秒后取出,在3秒内移入低温槽至少浸5秒,再于3秒内移入高温槽,如此往复操作5次。
以上的两个筛选试验,也有时统称为环境应力筛选。环境应力筛选主要用于挑剔对环境适应性差的产品,如在高低温环境下,由于热胀冷缩产生的应力易于造成元器件的失效,可以采用温度冲击的筛选方法将其剔除。同时,对于热胀冷缩性能和温度系数不匹配的各种材料,也有很好的筛选作用。机械应力(如振动、冲击、离心等)筛选,易于挑出结构、焊接、封装等存在潜在裂纹、缺陷的元器件,但往往容易对好产品产生新的隐患,因此对于其筛选应力的大小选择要尤其注意。同时,不一定要采用100%检验,可以抽样进行,而且只对机械应力有特殊要求的产品进行这些项目的筛选。
必须指出,各制造厂或使用单位并非对上述各筛选试验项目都要进行,也不是所有出厂的元器件都要进行100%的筛选试验。特别是对一些带有破坏性的试验项目,只采用抽样方式进行。在实际选用时,主要根据实际产品有关的失效模式和机理,结合可靠性的要求、实际使用条件,以及工艺结构情况,在标准规范未形成前由制造单位和使用单位协商确定。现在实际用得较多的筛选项目不一定表示筛选效果最佳,而是从设备条件、经济以及操作方面考虑。对一些可靠性要求高的产品,大多采用目视检查、高温储存、高温功率老化、温度循环、离心加速、检漏以及电测试等项目进行筛选,且采用100%的筛选试验。例如,美国先锋号卫星计划用的某集成电路的筛选项目如表3.11所示。


0ebf463266fcb10be290bb02e672de9df00cd325

3.3.5 筛选项目及筛选应力的确定原则
1.要有针对性
为了确定筛选项目,首先要根据实际使用状态和要求来考虑,这点是显而易见的。对于使用在固定设备上的元器件,机械应力的筛选意义不大;对于在东南亚地区使用的产品,潮热和温度变化非常厉害,因此,温冲、温循等应力筛选就显得重要。其次,要结合产品的具体情况,分析历年产品质量存在的主要问题来加以考虑。这是因为不同使用状态和要求的元器件,其失效机理是不同的。同时,由于所采用的材料、工艺不同,失效机理也会有所差异,早期失效和偶然失效的分界点也会随使用状态不同而不同,其筛选项目和应力大小也不同。因此,必须针对元器件的使用环境、工作状态,抓住主要因素,确定其相应合理的筛选项目和应力。
2.要有大量可靠性摸底试验数据或现场使用数据资料做依据
通过大量的可靠性试验摸底或现场使用可靠性数据资料的分析,掌握产品的失效分布、失效形式和失效机理,确定与失效机理相对应的筛选项目、筛选应力和时间,以便确定较为合理的筛选条件。例如,对于具有早期失效可能性的产品必须进行筛选;对于产品结构和工艺有保证措施,使用与试验证明不存在早期失效可能性的产品不需要进行筛选;对于有明显工艺缺陷或产品质量特别低劣的元器件无法进行筛选,只有进一步改进产品质量后才能考虑如何进行筛选。
3.筛选一般应是非破坏性试验
筛选方法的确定,对于不存在缺陷而性能优良的产品应该是一种非破坏性试验;对于有潜在隐患的产品则起到加速暴露、筛选淘汰的目的。
4.筛选条件的适应性
筛选条件不是固定不变的,随着产品结构、材料、工艺的不断改进以及失效模式的变化而不同,不能随便硬性地规定或搬用其他厂家的方法。
通过长期可靠性试验与可靠性筛选的摸底试验资料分析,可以找到各种电子元器件不同类型与最佳筛选参数的对应关系;找出产品的不同类型与失效机理的对应关系;失效机理或失效形式与筛选项目的对应关系等。例如,电阻类型与最佳筛选参数的关系如表3.12所示。


84b029cf89e008280d642d60d2b7db940e79fa39

3.3.6 筛选应力大小及筛选时间的确定
可靠性筛选所施加的应力强度只加速在正常使用条件下发生的失效机理,而不出现新的失效因子,以保证工艺筛选的合理性和高效率,使得在最短时间内将早期失效的产品剔除,而对好的产品又不产生损伤。因此,应力强度过大或过小,时间过长或过短均带来不好的结果。
对于工艺过关、生产稳定的元器件,可以从大量产品的使用情况中统计出失效率与应力强度的关系曲线,如图3.8所示。从图3.8中可以看出:曲线显示出两种失效分布,区域A为正态分布,表征可靠产品的失效特性,可靠产品的平均失效应力远在产品平均使用应力之外;区域B、C、D代表使用中的不可靠产品,实际使用时的平均应力分布一般较低;因此,应在不超过筛选应力上限的情况下,选择适当的筛选应力强度,如某类型的硅半导体管,其筛选应力上限为200℃,平均使用应力在45℃左右,平均失效应力在350℃以上。
筛选时间是与筛选试验项目和应力有关的,可通过摸底试验来确定。一般来说,可以做出筛选应力下的失效率分布曲线,如图3.9所示,选择筛选时间应是曲线转折点,即早期失效期的终端。
筛选时间可以通过统计分析方法来确定,例如老化筛选,它是可靠性筛选中常用的一种方法。下面介绍通过摸底试验初步确定老化筛选时间的方法。


056fc8d0abae3997e3f7a509cae4f1c1ff256811

多数电子产品的早期失效期寿命分布是威布尔分布,有λ(t)=mt0tm-1,γ=0两边取以10为底的对数,可得lgλ(t)=lgmt0+(m-1)lgt根据摸底试验的失效率数据,在双边对数纸上,做出λ(t)~t的变化关系(递减函数),它是一条直线。利用此直线,根据以往的经验数据得出早期和偶然失效期的边界失效率λ的值,从直线上推出所需的时间t,就是筛选时间(初步)。
精确的筛选时间是经过多次筛选试验的检验得出的,并且对批量产品在常规的例行试验中将是固定的。
3.3.7 失效模式与筛选试验方法的关系
为了得到良好的筛选效果,必须了解电子元器件产品的失效模式和机理,以便选定一个有效的筛选方法,制定准确的筛选条件和失效判据。为此,必须对各种电子元器件进行大量的可靠性试验和筛选摸底试验,掌握产品的失效分布、失效模式和机理,了解筛选项目,确立应力与时间的关系。这些都是指定正确的筛选条件的前提。若筛选条件选择不当,可能使筛选强度不够,导致不合格产品漏网,达不到原定可靠性要求;或者筛选过严,剔除率太高,造成浪费;或者遗漏掉一些筛选项目,造成某些失效模式控制不住,达不到筛选的目的。
这里以集成电路为例,分析失效模式与筛选试验方法的关系。在制造方面,经过几十道、上百道工序,不可避免地产生一些工艺缺陷和工艺误差而引起失效。集成电路的主要失效模式与表面、界面缺陷(离子沾污等)、氧化膜缺陷(针孔等)、扩散缺陷、金属互连线缺陷、输入回路缺陷等有密切关系。根据这些失效模式,表3.13提出了一些相应的筛选方法。


38cb4bd07eaf2e4b4730df997fddd318ae799f4d


4cde7fe9e023c9415b05936877ab9c84c252d315

3.3.8 典型产品可靠性筛选方案

  1. RJ2型精密金属膜电阻的可靠性筛选
    根据筛选项目确定的原则,首先要分析失效形式和失效机理。因为金属膜电阻器以某种型号的合金粉为原材料,通过真空蒸发的方式,将其沉淀在绝缘瓷体上形成金属导电膜层,由于工艺等原因,不可避免地出现膜层厚度不均匀,有疵点,以及刻槽区有导电沾污物,膜层与帽盖接触不良等毛病,导致产品出现早期失效,针对上述失效模式,选择相应的筛选项目。

(1) 电流噪声筛选
因为金属膜的微观结构是由不同尺寸的晶粒通过边界连接起来的多晶体,如果金属膜结构均匀一致,则其电流噪声很小,而且在数值上也大致相等。但是当金属膜存在疵点或缺陷,或膜层与帽盖接触不良时,这些缺陷部位的质量变差,而使电流噪声变大。因此,通过测试电流噪声,判别异常产品,作为剔除存在潜在缺陷的早期失效产品或可靠性低的产品的一种方法。
(2) 脉冲负荷筛选
电阻器在脉冲负荷下工作时,若脉冲电压的幅值很高,宽度很小,而周期又较长,则在脉冲电压通过的瞬间,在电阻体上将产生较大的电位梯度和局部过热。虽然其平均功率不大,但对于那些存在膜层厚度不均匀、膜层中包含疵点或与帽盖接触不良等缺陷处,将出现电场集中、局部过热现象,造成导电膜层烧毁;或者发生膜层氧化加速,引起阻值的显著漂移;或者以至于引起器件烧毁;或者烧蚀后消除缺陷,使电阻器的结构和性能稳定下来,成为正品。因此,可以根据产品在通过脉冲负荷后的阻值漂移情况来进行筛选。
还有前面的功率老化筛选。根据上述分析,某厂进行多次反复试验摸底,提出了如下筛选试验方案:电阻噪声值的一致性筛选——剔除电流噪声异常的产品;脉冲负荷筛选——脉冲功率1500PH(额定功率),宽度0.5μs;周期10分钟;脉冲平均功率2PH;功率老化筛选——70℃、1.5PH、240小时。

  1. CB14型精密聚苯乙烯电容器的可靠性筛选
    某厂生产的精密聚苯乙烯电容器在生产中经过2.5~3VH(额定电压)的工艺筛选,但试验和使用时仍发现早期电击穿短路失效现象,经过逐步解剖击穿试样分析,发现击穿主要原因基本是:辅助硬引线安置不当造成头与头之间的距离太近;打偏引线尾部产生气隙;打偏引线由于电焊引起毛刺或金属溅射导致电场集中;介质薄膜有缺陷等。这些诸多因素中,尤其以引线头部存在尖端和毛刺, 


335214bc62f1365e98dceec6c1b49df2f31c1bd8

电容器电压击穿分布试验以及薄膜材料的缺陷造成早期失效的居多。因此,根据损坏原因,主要从材料和工艺上采取措施来解决。同时,也可采用电压筛选的方法来剔除早期失效产品。通过一批样品进行电击穿试验,做出样品击穿电压分布,如图3.11所示,从图3.11中可以发现,击穿分布属于两个正态分布,第一个正态分布曲线主要针对由于引线头部击穿所导致的早期失效产品;第二个正态分布曲线针对属于产品的正常损坏。对于CB14-100V-8000pF±0.5%规格的样品,试验表明两正态分布的相交处所对应的击穿电压是2000V。根据这样的分析,可以确定电压筛选方案:室温、2000V直流电压、1分钟。
按照上述分析方法,可以确定不同厂家、不同产品的筛选工艺方案,如表3.15所示,注意金属化纸介电容器存在自愈特性,在1.5VH下电容器自愈效果最好,这样既可以起到筛选作用,又可以起到稳定电性能的作用。而早期失效产品可以通过在低负荷下无法自愈来加以暴露,达到筛选的目的。


ac116f0c2819fe24bbfd196f3f74fa147129de67

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享:

华章出版社

官方博客
官网链接