试论电子元器件的可靠性与检测筛选

陈致伟

科华数据股份有限公司，福建 厦门 361000

0 引言

作为电子设备重要组成，电子元器件质量、性能直接影响到电子设备功能发挥以及稳定运行。而要想实现电子设备功能的最大化体现，必须做到对电子元器件的正确、合理筛选，从众多的电子元器件检测、筛选出具备可靠性、稳定性的电子元器件，过滤、淘汰掉存在质量问题的元器件，进而保障电子设备的稳定运行。也正因此，进行元器件可靠性筛选的研究，对提升电子设备使用寿命有着重要现实意义。

1 电子元件的可靠性

1.1 电子元件的可靠性概述

元器件可靠性是指在规定时间内，按照国家标准要求，进行元器件质量与性能的保证，确保元器件的质量与性能符合规定要求。而针对元器件可靠性的控制，需以元器件性能、角度两个方面进行有效管控。对于元器件性能而言，运行期间极易受到各种因素影响，例如因工作条件、环境以及模式的差异而影响到元器件性能的发挥[1]。相关研究表明，元器件可靠性失败比率中，功能可靠性与质量可靠性各占50%，所以通过质量、性能进行元器件的可靠性控制至关重要，在具体筛选过程中，需在保障元器件质量可靠性的前提下，进行元器件性能可靠性的筛选，达到有效排除失效元器件的目的。

1.2 电子元件的可靠性检测价值

电子元器件的可靠性与筛选检测，一般发生电子元器件大规模设计、生产或者使用安装阶段，通过可靠性与筛选检测，对电子元器件的设计质量、材料和工艺质量进行评价，同时定期或者不定期对电子元件生产质量进行控制。电子元器件的可靠性与筛选检测可以保障电子元器件的可靠性，对其设计、材料以及工艺阶段的问题进行披露，这对于设计者、生产者以及使用者都具有重要的价值；同时通过可靠性与筛选检测，对电气元器件的指标进行全面考核，这也是新电子元器件新品的设计定型的必要措施；此外通过可靠性与筛选检测可以了解电子元器件在不同工作环境和条件的表现，确定失效规律和模式，以便更加科学的使用，从而保证电子设备的安全可靠。

1.3 影响电子元件的可靠性的因素

影响电子元器件可靠性主要有设计原因、人为干扰等原因。如果电子元器件缺乏科学的设计，尤其是电路设计不合理，严重影响电子元器件的可靠性，必须要针对存在的问题进行针对性改进。同时，人为因素是影响电子元器件出现质量的问题的主要原因之一，电子元器件从设计到生产、安装很多环节都是人为控制的，因此规避人为因素的影响是保证电子元器件可靠性的方法之一。此外，其他应力也是影响电子元器件可靠性的因素之一。由于接地不良、反充电式保护不当等问题，会导致电子元器件不符合相关标准，而这些因素尚未受到人们的重视，避免其他应力的影响是电子设备使用过程中要注重的问题，尤其是一些细微的措施，必须要得到重视。

2 电子元器件的可靠性检测方法

2.1 检测方法

可靠性检测一般分为使用寿命、耐久性、可靠性增长、筛选试验等门类。通过对电气元器件的某一特质的要求水平进行检测，判断其是否符合要求范围，从而对电子元器件进行判定，剔除失效或者不合格电子元器件，以保证电子元器件的可靠性。单子元器件可靠性检测方法有很多，可以分为实验室检测、现场检测和鉴定检测三种，下文对检测方法进行具体介绍。

（1）实验室检测。根据其性质进行破坏和非破坏性检测，通过一定方式的模拟实践，实现对电子元器件的可靠性进行检测。实验剖面需要和使用的环境剖面一致，但不能受到环境限制，需要在产品研发、生产、使用的各个阶段进行模式，要具备环境应力的典型性，以保证模拟实验和真实情况的一致性，以保证检测的准确性，对检测数据进行记录，然后根据实验结果对电气元器件的可靠性进行判定，同时为产品的升级提供理论支撑。

（2）现场检测。现场检测是对电气元器件现场使用情况进行实验。特定的测试环境、测量、故障、维修等因素作为变量，对电气元器件的性能进行检测，以保证从现场检测中得到更具代表的结果。同时，为了保证评价信息的真实性，还需要进行堕胎设备进行现场检测，并对真实记录各种套件下电气元器件的可靠性变化，通过系统规划较大的现场检测，以保证电气元器件可靠性现场检测的效果。

（3）鉴定检测。鉴定检测作为电气元器件可靠性检测的主要方法之一，根据电子元器件设计、生产、工作的原理制定出可行且具有代表性的检测方案从而保证电气元器件的质量符合要求。在进行鉴定检测时一般有三种方式。①确定产品是否和符合可靠性设计要求，选组就要选择代表性的试样，在规定条件下进行检测，实现对电气元器件的可靠性进行判定。②在规定情况下，权威机构（国家质量监督局或者具有资质第三方检测机构）选取具有代表性的电子元器件进行可靠性试验检测，以判断电子元器件的设计和生产质量是否符合国家相关标准的要求。③在制定规定下，权威机构对典型的电子元器件进行检测，判定电气元器件的可靠性是否一致，以此作为生产标准制定的依据。在进行试样检测时，最终重要的是保证试样选择的随机性和代表性，只有具备电表性的可靠性检测才能保证结果的价值，测试的相关数据具有代表性，才能为电子元器件的进一步优化和质量提升提供有效参考。

2.2 可靠性改性方法

要提升电子元器件的质量，保证电子设备的使用安全，可靠性检测是非常重要的。在电子元器件设计阶段，通过可靠性检测及时发现电子元器件新品存在的问题；同时采取针对性的措施，以及结合是市场需求，进行质量优化，以提升电气元器件的可靠性。同时，在进行可靠性检测时，要结合应用分析，总结电子元器件存在的问题，并改造存在的问题，以产品质量，保证电子元器件的可靠性。

3 电子元件筛选原则

在元器件筛选中，若应力筛选条件愈发严格、筛选项目愈发完善，劣质产品的淘汰率会不断提高，进而保障其元器件的质量与性能，确保筛选出的元器件具备高质量、可靠性。但是若筛选条件过于严苛，不仅会消耗大量的筛选时间，还会造成资源浪费，并且在产品淘汰方面未必会做到筛选出全部的劣质元器件[2]。所以，在具体筛选过程中，需遵循以下原则：①通过筛选有效剔除早期失效的元器件；②为达到提升筛选率的目的，强化开展应力筛选，但是需注意元器件中应避免再次出现新的失效模式；③选择失效暴露最合理应力元器件；④需依据对元器件封装、材料、生产技术以及特征的完全掌握，构建科学且合理的筛选方案。

4 保证选择电子元件具有可靠性的有效策略

4.1 电子元器件筛选准备工作

电子元器件筛选作为一项系统性工作，具有相当的严谨性，因此在进行电子元器件筛选检测时，必须要做好准备工作。首先，对检测的以及其设备进行检查，保证其功能和质量符合要求，以及实验室环境的防静电能力，对检测仪器设备进行接地处理，为电子元器件检测打下基础。同时，要保证检测人员具备足够的专业能力，能够适应检测工作的要求，能够熟练掌握检测仪器的使用原理和检测方法，在检测中根据电子元器件的性能要求选择参数，并记录相关数据，并形成完整的电子元器件筛选检测报告。

4.2 对外观进行检测

在进行电子元器件筛选检测时，首先要对外观进行检测，根据铭牌数据对相关参数进行符合，以保证电子元器件的可靠性，避免出现缺陷影响使用。在进行电子元器件外观检测时，需要从以下几个方面进行把控。①根据铭牌对电子元器件的生产厂家、产地、型号参数等进行符合，以保证符合要求。②检测外观是否存在缺陷，例如划痕或凹陷等，保证涂层均匀，避免出现部件脱落等问题。③电子元器件的金属电极引线如何出现褶皱，检测其是否符合要求。④电气元器件的型号和规格是否登记清晰，是否是正规厂家声场。⑤电子元器件的整体结构是否符合要求，外观是否平滑。⑥电子元器件的操作是否灵敏，例如开关键操作触感是否良好、湿度是否适度。

4.3 对冲击与振动进行监测

在元器件筛选过程中，若元器件进行冲击、振动试验，需要同时开展元器件电性能的监测，即对元器件开展振动、冲击监测试验。通过此试验开展，可对元器件的具体冲击振动环境进行有效模拟，实现在监测试验中有效剔除存在瞬时断路、虚焊故障、短路、机械结构不良等问题的元器件。分析振动、冲击监测试验的应用，在军用电子设备、接插件以及继电器筛选中常用[3]。

针对振动、冲击监测试验开展，具体标准为：振动条件包括1～2周期扫描；加速度范围控制在2～20；频率控制为20～2000Hz，延长共振点停留时间。针对冲击筛选条件，包括冲击次数控制在3～5次；1500～3000g。需注意，该项筛选试验只适用于元器件检测。

4.4 采取温度控制法

分析元器件运行期间性能变化，大部分元器件失效的成因在于内部与表面发生物理化学反应而产生的。而针对物理化学反应的产生，与元器件温度变化存在直接联系，若在元器件运行期间，出现自身温度升高现象，会导致化学反应速度的加快，进而使得元器件失效的速度加快。所以，借助温度控制可加速元器件问题故障的暴露，进而达到有效筛选元器件的目的[4]。

当前温度控制法的应用，在半导体元器件中得到广泛应用，具体试验过程中利用温度控制可实现对元器件氧化层缺陷、键合不良、表面沾污等现象的体现。具体检测方式就是在高温环境下，将元器件存贮24～168h即可。因其温度控制法具有操作便捷、灵活、成本低等特点，所以成为现阶段元器件筛选的常用方式之一。另外，经过高温存贮后，元器件的各项参数可得到一定的稳定与强化。此外，在具体筛选期间进行温度应力与筛选时间的合理控制，可实现避免出现新的失效机理。

4.5 采取测试电参数法

电参数测试也是当前常用试验方法，而为保障电参数测试结果达到标准要求，必须按照标准规定要求，满足以下元器件筛选检测的环境条件：其湿度需结合实际情况控制在45%～75%之间；试验环境的温蒂需要控制在25℃±3℃之内；结合实际情况控制试验环境大气压力保持在86～106Kpa之间[5]。

针对电参数测试的应用，可实现对元器件特性曲线的精准检测，以此为依据对元器件输出、输入特征进行科学评价。通过利用特性曲线来分析元器件，具备无损、高效、便捷的特点。需要注意，在具体测试过程中，必须先对元器件外观进行检测，确保其外观达到标准要求后方可开展电参数测试。而因元器件种类、规格的差异，所以电参数测试方法同样存在一定差异。实际测试过程中针对元器件的失效问题可借助PN结特性异常情况进行体现，通过测试元器件特殊曲线，达到分析判断早期失效元器件的目的。测试期间需控制电信号处于始终稳定的状态，避免因电浪涌的产生造成电应力损害。

因元器件工艺以及结构等方面有一定不同，所以会呈现出差异化的失效机理，进行问题曲线的分析，在同工艺的前提下，部分问题缺陷的出现存在一定内在关系，例如层错、金属腐蚀程度、电荷陷阱、表面杂质、位错、扩散不均匀等问题的产生[6]。这些失效模式的存在会严重影响到元器件的可靠性，所以需侧重对上述问题的解决。通过对元器件电特性的分析，将其特性曲线进行呈现并分析，实现对失效问题的分析。此外，需避免因以下情况出现而造成失效检测：①因程序设置不合理而导致检测失效；②因接反极性而影响到元器件性能；③出现过大电应力；④因插拔方式不合理导致机械应力产生影响到检测效果；⑤因测试期间错用适配器使得检测失效。

4.6 老化程度的筛选

在具体元器件筛选期间，可借助人工形式开展元器件老化程度筛选，为元器件测试创设良好条件。通过对元器件测试开展，模拟元器件运行环境，实现对元器件失效问题的精准判断，为元器件老化筛选可靠性提供保障。分析元器件老化问题的存在，在元器件生产制造过程中，因高温因素的影响，使得元器件的存储能力、功率受到影响，或者因高低温因素而产生的循环、冲击老化。而针对功率老化问题的测试，需要创设温度为80～100℃的测试环境，然后借助通电检测的形式对元器件进行高温老化，具体维持时间结合实际情况控制，然后测试元器件在老化后的具体参数性能，进而达到可靠筛选早期老化元器件的目的。

5 结语

综上所述，电子元器件筛选与检测的强化开展，有助于提升电子设备运行寿命，保障电子设备可靠性。所以，在具体筛选期间，需在遵循标准筛选原则的条件下，采用合理筛选检测方式来强化元器件可靠性筛选，保障电气元器件质量与性能。