电子元器件二次筛选中的质量控制和管理

姚鼎（中船重工第七一六研究所，江苏连云港，222000）

电子元器件二次筛选中的质量控制和管理

姚鼎
（中船重工第七一六研究所，江苏连云港，222000）

二次筛选是电子元器件在装机使用前可靠性的重要保障过程，文章叙述了电子元器件二次筛选的基本概念，重点对在二次筛选过程中的主要筛选工序（电功率老炼和电参数测试）的工艺质量控制方法进行了阐述。

电子元器件；二次筛选；质量控制

0 引言

筛选试验是指为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的产品而进行的试验。它是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验，通过按照一定的程序施加环境应力，激发出产品潜在的设计和制造缺陷，以便剔除早期失效产品，降低失效率。元器件的筛选一般应由元器件生产方按照军用电子元器件规范或供需双方签订的合同进行。一般将元器件制造好后进行的出厂筛选称为第一次筛选。而整机科研和生产单位为了满足整机系统对元器件的可靠性要求，对元器件按照验收流程和标准进行的第二次合格性和可靠性筛选，称为元器件二次筛选。元器件的“一次筛选”和“二次筛选”的目的与试验方法基本相同，但“二次筛选”是在“一次筛选”的基础上裁剪而成的。“二次筛选”只能提高元器件的使用可靠性，不能提高其固有可靠性，也就是说，元器件的固有可靠性是设计进去的，制造出来的，而不是筛选出来的，因此，在选择元器件时，还是应根据整机、设备的质量与可靠性要求，选择相应的高质量等级的元器件。

元器件的二次筛选一般由整机研制单位、整机生产单位（或委托元器件厂）来进行，其目的是为了淘汰早期失效的元器件，保证电子元器件的使用可靠性，确保整机的性能和可靠性。所以对电子元器件的二次筛选过程必须进行严格的质量控制和管理。

任何一个电路模块或整机的性能、可靠性都和构成它的元器件的性能、可靠性紧密相关，所以整机科研单位、整机生产单位即要在整机设计时选择合适的元器件（这时主要选择元器件的品种、型号、外形、技术参数）、还要在元器件进厂时的质量认证、质量检测方面做严格的控制。本文重点阐述元器件进厂时的电参数的检测、和二次筛选过程中的工艺质量控制。

1 二次筛选的适应范围

二次筛选主要适用于下列四种情况的元器件。

（1）元器件生产方未进行“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。

（2）元器件生产方已进行“一次筛选”，但“一次筛选”的项目或应力还不能满足使用方对元器件的质量要求。

（3）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。

（4）对元器件生产方是否已按合同规范的要求进行了“一次筛选”或对承制“一次筛选”的有效性有疑问需要进行验证的元器件。

以上前三种情况元器件的二次筛选是很难用其它措施替代的，对于第四钟情况则除了进行二次筛选外，还可采取对元器件生产方“一次筛选”进行监督等措施来替代二次筛选。

元器件二次筛选中还应该注意以下问题。

（1）对型号研制中采用的元器件应实行 100%的二次筛选，这样才能最大限度地剔除存在有某种失效模式的元器件。

（2）按元器件质量等级制定通用筛选技术条件, 由设计师根据型号产品对元器件的质量和可靠性要求参照通用规范制定或确定型号用元器件筛选技术条件, 试验人员严格按规范进行筛选。

（3）对于国内无条件进行测试、筛选的元器件, 需采取其它的控制方式来保证其质量，标识后进行板极、整机测试筛选。

（4）对元器件筛选试验室进行防静电和环境适应性建设,要严格执行防静电、测试环境要求等相关规定。

（5）加强元器件筛选失效率(PDA)的控制。

2 二次筛选试验方法及筛选项目的确定

2.1 筛选试验方法

筛选试验可分为常规筛选和特殊环境筛选（如抗辐射、盐雾等），常规筛选方法主要有以下五种。

（1）检查筛选：检查筛选可采取镜检、红外线筛选、X射线筛选，红外线筛选可以剔除体内或表面热缺陷严重的器件，X射线主要用于检查管壳内有无外来物和装片、键合或封装工序的缺陷以及芯片裂纹。

（2）密封性筛选：用于剔除管壳及密封工艺中所在的缺陷,如裂纹、微小漏孔、气孔以及封装对位欠佳。

（3）环境应力筛选：如振动加速度、冲击加速度、离心加速度、温度循环和热冲击等。

（4）寿命筛选：如高温贮存、低温贮存、老炼筛选等。

（5）电测试筛选。

2.2 筛选项目的确定

进行二次筛选之前，首先供需双方要按照有关元器件国家标准、军企标准等有关标准制定相应的二次筛选条件和技术要求，并根据产品总规范的要求来选择试验项目。以下是几种主要的试验方法及元器件的适用范围。

GJB 360A-96《电子及电气元件试验方法》，适用于电阻器、电容器、电感器、连接器、开关、继电器、变压器、等电子及电气元件。

GJB 128-97《半导体分立器件试验方法》，适用于各种军用半导体分立器件。

GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》，适用于微电子器件。

筛选试验标准在执行过程中不能随意改动。

对静电敏感器件，在筛选、测试时应按有关规定进行防静电处理。

2.3 筛选试验应力的确定原则

筛选试验的应力条件首要是非破坏性的，即通过筛选不能对产品的质量与可靠性产生影响，但试验应力也不能偏低，低了起不到筛选作用。原则上，确定筛选项目和应力条件应依据相应的标准。选择筛选应力的主要原则是：

（1）筛选应力类型应选择能激发早期失效的应力，根据不同器件掌握的信息及失效机理来确定。

（2）筛选应力应以能激发出早期失效为宗旨，使器件各种隐患和缺陷尽快暴露出来。

（3）筛选应力不应使正常器件失效。

（4）筛选应力去掉后，不应使器件留下残余应力或影响器件的使用寿命。

（5）应力筛选试验持续时间应能充分暴露早期失效为原则。

表1 集成电路常见的缺陷与主要筛选试验项目的相关性分析

3 元器件在二次筛选过程中的质量控制和管理

从事二次筛选的人员首先要知道筛选流程、筛选条件、技术要求等，了解被筛选的元器件的重要技术参数的意义，了解和掌握有关标准、规范和试验的基本原理，熟练操作筛选设备，并按规定参加培训，通过考核取得上岗资格，能对试验结果做出正确的分析和评价。

元器件二次筛选的项目很多，因篇幅所限，下面主要讲二次筛选过程中主要筛选工序：电功率老炼和电参数测试过程的质量控制和管理。

3.1 电功率老炼过程中的质量控制和管理

电功率老炼是在规定的温度下给元器件通上规定时间的电应力，使器件具有的潜在缺陷提前暴露。被筛选的器件一般加额定功率，温度基本恒定，一般分立器件在常温下老炼，集成电路在高温下老炼，在高温下加功率的老炼通常称为高温电老炼，这项试验是具有加速度的筛选，它能提前暴露器件潜在缺陷，从而把早期失效的器件剔除。电功率老炼由于比较接近器件的实际工作状态，所以被认为是一种最有效的筛选手段。老炼过程中需要控制的参数有：电压、电流、温度、时间等。如果控制不好，如：电流或电压应力过大都将对产品产生不应有的损伤，甚至可能引入新的失效因子，产生不良的隐患；如果电流或电压应力过小，器件的不可靠因素难以充分暴露，也就不能剔除潜在缺陷的器件，从而无法达到预期的筛选结果。因此，功率老炼中的参数的选择控制显得尤为重要。

在半导体业界，器件的老炼问题一直存在各种争论。像其它产品一样，元器件随时可能因为各种原因而出现故障，老炼就是藉由让器件进行超负荷工作而使缺陷激活，使缺陷加速暴露而使器件产生“早期失效”。图1就是电子元器件寿命浴盆曲线。

图1 电子元器件寿命浴盆曲线

电子元器件缺陷而引起的早期失效理论上一般产生在1000h以内，之后器件的失效率将保持一个非常低的常数。如果对所有器件都进行常温和额定功率1000h试验，是不可行的，也是难以实现的。通过实践证明，如果提高老化温度，就能加速使器件产生早期失效。图二表示失效激活能、失效时间、温度和失效激活能的关系。

如：失效激活能需0.5ev，在50℃下需1000小时才能使器件产生“早期失效”，但在125℃条件下只需30h就可以使失效激活能需0.5ev的有缺陷器件产生“早期失效”。这就是半导体器件做高温老化筛选的理论依据。

我所在进行分立器件老炼试验过程中发现，有一些经老炼测试合格的器件，在产品调试过程中还会有失效的器件出现，器件的早期故障没有在筛选过程中显现，先前分立器件的老炼我所一直按额定功率进行老炼，出现问题后，我们与产品组经过多次分析研究并反复试验，比如延长老化时间，提高老化功率等，最后我们发现将其按额定功率的1.2倍进行老炼筛选并检测合格的器件，能较好的剔除早期失效的器件。在使用过程中，故障率最低。

基本上电功率老炼的质量控制还要从以下几个方面做起。（1）老炼前，依照工艺资料规定的电流和电压条件，认真核对老化条件。

（2）所用的老炼设备是否完好，是否按规定定期检定合格，并在有效的计量检定周期内使用。

（3）认真消化老化设备操作规程，并严格执行。

（4）通电前应检查是否有接地、断路和短路现象。器件安装后，应注意检查安装极性；检查接线夹、接线片等是否安装牢固可靠，绝不能有松动和脱落现象，此项操作稍有不慎就会造成器件的报废。

（5）对于电子元器件，一般应该轻取轻放，否则容易造成外形变形或尺寸变化。电子元器件在插入或拔出夹具时不能猛插猛取，否则会由于用力过大而造成机械损伤或机械应力疲劳；在保证接触良好的状态下，对器件管脚施加的应力应该越小越好。

3.2 电参数测试过程中的质量控制和管理

为了确保器件测试时的数据准确，且器件不至于损坏或受损伤，应进行以下质量控制管理。

（1）严格执行标准环境的测试条件：常温测试的环境温度控制在25±3℃以内；相对湿度为45～75%；大气压力：86～106KPa；高、低温测试严格按设计规定的环境温度进行测试；严格执行器件的规范条件进行参数测试，严格按设计特选的参数条件及规范进行测试。

（2）所用的检测仪器设备应按规定定期检定合格，并在有效的计量检定周期内使用，测量前应先校准仪器，仪器设备的精度应满足试验和检测的要求。

（3）测试过程中，器件所施加的电流和电压不能超过器件的最大额定值。测试仪器设备自身的漏电应远小于被测器件的反向漏电流。应该保证电信号的稳定性，否则易发生由于电浪涌等而造成的过电应力损伤。作为预防措施，应避免引线误接、反接和短路等情况的发生。还应注意防止因开启和关闭而造成的浪涌电压加到器件上。

在进行正式测试前，首先要对样片进行反复试测，如试测有问题，应立即终止检测。

我所在元器件检测中，曾发现这样问题，我们在进行54F00测试中，在进行样品试测时发现，第一次器件测试是合格的，但在第二、第三次测试中就不合格了，反复测了几只，都是这种问题，我们反复查找原因，最终发现，在进行参数ICC测量中，电源电流ICC有两个值，分别为2.8mA和10.2mA，PMU在换档测试中，由于继电器的机械动作，使PMU产生了高脉冲，使器件烧坏，后来，修改了底层测试文件，换档后不再产生高脉冲，上述情况就不再发生，所以在进行器件测试前，样片的试测也是非常重要的。

图2 失效激活能关系图

3.3 失效防止

在电子元器件的筛选检测过程中，要主要防止以下几种方面造成的失效：程序设置不当造成电子元器件的检测失效；极性接反造成元器件失效；错误信号造成元器件失效；电应力过冲造成元器件失效；适配器误用造成电子元器件失效；插拔方式不当造成机械应力失效；在存放过程中误将某些有极性的元器件放反等，贮存湿度过高，容易发生管脚表面腐蚀或许电性能恶化。

4 结束语

二次筛选是元器件装机前可靠性的重要保障过程，但是二次筛选的不当操作和防护也能给电子元器件的运用留下隐患或许直接造成失效。所以，在二次筛选检测试验中，从环境保护、操作审查与小心操作、静电防护等方面做好电子元器件的可靠性保障工作是十分关键的。二次筛选选取的应力应保证对正常器件不造成损坏、损伤及明显缩短其使用寿命，过应力条件筛选的元器件原则上不可装机。

另外整机单位要根据元器件进厂质量认证流程、二次筛选流程等质量文件对元器件供货单位进行选择、对元器件进行二次筛选，在使用过程中还要对元器件的质量和对整机的影响进行跟踪和质量反馈。每一个环节都要求操作人员按照质量管理流程、筛选标准、筛选条件和技术要求来进行，并对结果进行分析和反馈，这样才能形成一个元器件质量保证环，最大限度保证电子元器件的可靠性水平。

[1]周育才.电子元器件筛选方法与效果研究[J].航空兵器.2001（2）：26-28.

[2]董西英.元器件二次筛选中的质量控制[J].《企业技术开发》2009年第10期.

[3]廖光朝.二次筛选中电子元器件的可靠性保障[J].《电子测试》2007年第6期.

[4]李志鑫.电子元器件的降额应用和“二次”筛选.2010-1-4.

姚鼎（1987.3-），男，工程师，江苏连云港人，从事元器件检测技术研究。

Quality control and manage for electronic components & devices secondary screening

Yao Ding
(No. 716 Research Institute of China shipbuilding industry,Lianyungang Jiangsu, 222000)

the secondary screening is an important support process for reliability of electronic components & devices before installing on the machine The basic concept of secondary screening of electronic components & devices is described in the paper, with the focus on explaining processing quality control and manage for main screening sequence (burn-in test and electric parameter test) during secondary screening

Electronic components & devices；Secondary screening；Quality control