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電子元器件老化篩選的目的和方法

發表時間:2023-01-29 11:23:39

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境的變化，元器件的規格參數發生改變，例如電阻器的阻值變大或變小，電容器的容量減小等。當它們的規格參數變化到一定限度時，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“從量變到質變”的過程。

電子元器件的失效率是時間的函數。統計數字表明，新制造出來的電子元器件，在剛剛投入使用的一段時間內，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，是由于在設計和生產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，電子元器件的失效率很低，而且在極長的時間內幾乎沒有變化，可以認為它是一個小常數。在經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曲線如圖1 所示，其變化的規律就像一個浴盆的剖面，所以這條曲線常被稱為“浴盆曲線”。

圖1 失效率函數曲線

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、機械的或者多種結合的外部應力，模擬惡劣的工作環境，使它們內部的潛在故障加速暴露出來，然后進行電氣參數的測量，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

隨著元器件生產水平的提高，在實際生產中根據不同產品的要求，根據國家標準選擇不同的老化篩選要求和工藝。通常，對那些普通民用產品和要求不是很高的低檔電子產品，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、工作環境嚴酷的產品，如航天或軍工產品，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、離心加速度、粗細檢漏、鏡檢、監控振動和沖擊、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量驗收，它是通過施加應力或者檢測的辦法來剔除早期失效（即有缺陷的）產品，所以，可靠性篩選不是檢查產品的好壞，而是假設所有產品開始時都是好的，而且，可靠性篩選是對100％的產品進行試驗。

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和表面各種物理、化學變化所引起的，和溫度有著密切的關系。溫度升高以后，化學反應速率加快，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。篩選時在熱電應力的共同作用下，能較好地暴露元器件表面和體內的潛在缺陷，它是可靠性篩選的主要項目。

3. 溫度循環

利用極端高溫和極端低溫間的熱脹冷縮應力，能有效的剔除有熱性能缺陷的產品。常用的篩選條件是-55℃至＋125℃，循環5-10次。

4. 離心加速度

通常在半導體器件上進行。它是利用高速旋轉產生的離心力作用于器件上，可以剔除鍵合強度過弱、內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品上進行。它用來剔除氣密性不好的元器件，以保證產品在長期使用中的可靠性。

6. 鏡檢

產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. 監控振動和沖擊

在對產品進行振動或沖擊試驗的同時，監測電性能，常稱為監控振動或監控沖擊試驗。

8. 精密篩選

精密篩選通常是在較低的應力條件下（接近或略高與元器件的現場使用條件）進行3000-5000h的電老化。精密篩選試驗需要專門的儀器設備，費用昂貴，周期較長，一般僅在航空、航天等長期穩定可靠的系統元器件篩選中作為必要的篩選項目。

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