0引言

　　电子信息技术是当今新技术革命的核心，其技术基础是电子元器件(以下简称元器件)，其中大部分是微电子器件。元器件是电子设备和系统的基本单元，为了提高系统的可靠性，必须首先保证元器件的可靠性，但是即使高可靠性的元器件，在最好的生产工艺和生产控制下，仍然不可避免地会产生一些有缺陷、质量不符合要求的产品。所以在装机前对元器件进行测试筛选就显得尤其重要。

　　元器件的筛选测试是为了在施加各种环境和电的应力，从而将元器件中的各种缺陷激发出来，以便确定元器件电性能是否失效。电性能失效可以分为连结性失效、功能性失效和电参数失效。每种失效所反映的现象各不相同，元器件在测试时，每种测试方法所引起的失效模式是不同的，所以元器件测试筛选先后次序对最终的测试结果会产生影响。本文将提出安排元器件测试筛选先后次序的原则。

　　1原理

　　元器件是整机的基础，它在制造过程中可能会由于本身固有的缺陷或制造工艺的控制不当，在使用中形成与时间或应力有关的失效。为了保证整批元器件的可靠性，满足整机要求，必须把使用条件下可能出现初期失效的元器件剔除。

　　元器件的失效率随时间变化的过程可以用类似"浴盆曲线"的失效率曲线来描述，早期失效率随时间的增加而迅速下降，使用寿命期(或称偶然失效期)内失效率基本不变。筛选的过程就是促使元器件提前进入失效率基本保持常数的使用寿命期，同时在此期间剔除失效的元器件。

　　事物的好与坏的判别必须要有标准去衡量。判断元器件的失效与否是由失效判别标准一一失效判据所确定的。失效判据是质量和可靠性的指标，有时也有成本的内涵，所以元器件失效不仅指功能的完全丧失，而且指电学特性或物理参数降低到不能满足规定的要求。简而言之，产品失去规定的功能称为失效。

　　20世纪60年代以来，我国陆续制定、修订了一系列标准，开发各种试验方法，开拓了旨在研究失效机理的可靠性物理这门新的学科，发展了失效模式、影响及危害性分析和故障树两种有效的分析方法。这些方法的使用，为提高元器件筛选的有效性和准确性提供了强大的理论工具。

　　失效一般分为现场失效和试验失效。现场失效一般是在装机以后出现的失效，因此，我们在元器件测试筛选过程中只考虑试验失效。试验失效主要是封装失效和电性能失效。封装失效主要依靠环境应力筛选来检测。所谓环境应力筛选，即在筛选时选择若干典型的环境因素，施加于产品的硬件上，使各种潜在的缺陷加速为早期故障，然后加以排除，使产品可靠性接近设计的固有可靠性水平，而不使产品受到疲劳损伤。在正常情况下是通过在检测时施加一段时问的环境应力后，对外观的检查(主要是镜检，根据元器件的质量要求，采用放大10倍对元器件外观进行检测；也可以根据需要安排红外线及X射线检查)，以及气密性筛选来完成，当有特殊需要时，可以增加一些DPA(破坏性物理分析)等特殊测试；这些筛选项目对电性能失效模式不会产生触发效果。所以，一般将封装失效的筛选放在前面，电性能失效的筛选放在后面。

　　电性能失效可以分为连结性失效、功能性失效和电参数失效。连结性失效指开路、短路以及电阻值大小的变化，这类失效在元器件失效中占有较大的比例。因为在元器件筛选测试过程中，由于过电应力所引起的大多为连结性失效，同时，连结性失效可以引发功能性失效和电参数失效，但是功能性失效和电参数失效不会引发连结性失效。主要原因是，当连结性失效模式被特定的筛选条件触发时，往往出现的现象为元器件封装涂覆发生锈蚀、外壳断裂、引线熔断、脱落或者与其他引线短路，主要表现为机械和热应力损伤，但是有时并不表现为连结性故障，而是反映为金属疲劳、键合强度不够等问题，这些本身不会引发连结性失效，但是会引发功能性失效和电参数失效，需要通过功能性和电参数监测才能发现。但是，电路的功能性失效和电参数失效被特定的的筛选条件触发时，出现的现象是某些特定的功能失效、电参数超差等。造成这些失效的主要原因在于：制造、设计中的缺陷以及生产工艺控制不严，使生产过程中各种生产要素如空气洁净度等级、超纯水的质量监测、超纯气体和化学试剂达不到规定的要求；在运输转运过程中由于防静电措施不到位也会发生静电损伤。这些因素作用下半导体晶体会受到各种表面污染物的玷污，会使产品不能达到规定的质量等级要求。当受到特定的外部条件激发的情况下，就会产生功能性失效和电参数失效，但是这些功能性失效和电参数失效造成的影响往往只能造成元器件部分的功能失去作用，还不能使芯片的封装和各部分的连结线出现烧毁、短路、开路等现象，所以电路的功能性失效和电参数失效与连结性失效不产生引发效果。

　　在安排测试筛选先后次序时，有两种方案：

　　a)方案1：将不产生连环引发效果的失效模式筛选放在前面，将可以与其他失效模式产生连环引发效果的失效模式筛选放在后面。

　　b)方案2：将可以与其他失效模式产生连环引发效果的失效模式筛选放在前面，将不产生连环引发效果的失效模式筛选放在后面。

　　如果选择方案1，会发现将可以与其他失效模式产生连环引发效果的失效模式筛选放在后面时，出现本身失效模式没有被触发、其他关联的相关失效模式被触发的情况时，这种带有缺陷的元器件不能被准确地定位、剔除，因为该类失效模式的检测已经在前面做过了。而选择方案2就可以非常有效地避免上述问题的发生，使筛选过程优质、经济和高效。

　　因此，决定元器件测试筛选先后次序的原则是：

　　a)失效概率最大的筛选方法首先做。

　　b)当一种失效模式可以与其他失效模式产生关联时，应将此失效模式的筛选放在前面。

　　c)使用不同方法对同一种失效模式进行筛选时，首先考虑失效概率的分布，容易触发失效的筛选方法首先进行。

　　d)考虑经济性，便宜的先做。

　　e)考虑时间性，时间长的后做。

　　f)测试顺序的安排是后面的参数能够检查元器件经前面参数测试后可能产生的变化。对有耐电压、绝缘电阻测试要求的元器件，耐压在前、绝缘在后，功能参数最后测试；对有击穿电压和漏电流测试要求的元器件，击穿电压在前，漏电流在后，功能参数最后测试。

　　2实现

　　目前国内使用的主要筛选方法如下：

　　a)外观检查：用10倍放大镜检查外形、引线及材料有无缺陷。

　　b)温度循环：使元器件交替暴露在规定的极限高温和极限低温下，连续承受规定条件和规定次数的循环，由冷到热或由热到冷的总转移时问不超过1 min，保持时间不小于10 min。

　　c)高温寿命(非工作：按照国家标准规定的寿命试验要求，使元器件在规定的环境条件下(通常是最高温度)存储规定的时间。

　　d)电功率老炼：按降额条件达到最高结温下的老炼目的，老炼功率按元器件各自规定的条件选取。

　　e)密封性试验：有空腔的元器件，先细检漏，后粗检漏。

　　f)电参数测试(包括耐压或漏电流等测试)：按产品技术规范合同规定进行。

　　g)功能测试：按产品技术规范合同规定进行。

　　基于以上原理，优化了元器件测试筛选先后次序，按照失效模式的分类，对检测筛选手段依据元器件测试筛选先后次序的原则进行排序，首先按照失效概率进行排序：排序结果如表1所示。

　　表1中：失效概率等级是依据各种检测手段下可能触发缺陷的概率比较所得，由于元器件到达使用厂家时经过各种运输、存储过程，所以外观破裂、锈蚀等情况发生比较多见，一般占元器件失效总数的40％左右，所以将外观的失效概率等级放置在第1位；温度循环和高温寿命(非工作)失效概率等级相同，考虑经济性和时间性，所以温度循环放置在第2位；高温寿命(非工作)放置在第3位。

　　按照原则排序后，还加上一次外观检查，主要是为了防止测试筛选过程中由于在不同实验室之间转运而发生外观破损等现象，保证检验结束后的元器件外观合格。这样就得到图1所示的筛选工作流程图。

　　由图1可以看出，依据决定元器件测试筛选先后次序的原则优化以后的筛选顺序能够及时判别各种失效的发生，同时，当元器件产生失效时，通过失效时元器件所处的阶段准确判定元器件的失效模式，为元器件和整机系统的可靠性设计提供了准确的依据。

　　3结束语

　　本文通过对元器件失效模式的讨论，结合各种测试筛选手段的分析，提出了决定元器件测试筛选先后次序的原则，这个原则对平时的工作有很大的指导作用。通过这个原则的使用，可以迅速判断元器件的失效原因和模式，节省分析的时间和成本，从而提高产品的可靠性。

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