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筛选与可靠性分析

【摘要】:
委托筛选方必须关注的几个问题:⒈并非所有器件均能引进国军标GJB597A所规定筛选项目。例如环氧灌封器件,塑封器件或其他非空腔非气密封装的元器件,按GJB597A的规定是不作PIND和检漏的。  平行封焊器件或其他一些外壳壁较薄的元器件,不能作恒定加速度试验,因为在规定的加速度条件下试验容易造成器件外壳变形,增加了内键合点盖板短路/外壳漏气的可能性。  一次性写入的可编程器件不能作编程/擦除验
  委托筛选方必须关注的几个问题:
  ⒈并非所有器件均能引进国军标GJB597A所规定筛选项目。例如环氧灌封器件,塑封器件或其他非空腔非气密封装的元器件,按GJB597A的规定是不作PIND和检漏的。
  平行封焊器件或其他一些外壳壁较薄的元器件,不能作恒定加速度试验,因为在规定的加速度条件下试验容易造成器件外壳变形,增加了内键合点盖板短路/外壳漏气的可能性。
  一次性写入的可编程器件不能作编程/擦除验证试验。
  熔断丝结构的保险管,断路器等不能作电流容限耐压试验。
  ⒉三温测试合格的空腔器件并不能保证在全温范围内可靠工作。
  三温测试是指在-55℃、+25℃、+125℃这三个温度点上对器件的各种电参数测量。
  实践中,偶尔会遇到某些器件三温电参数均满足规范值,但实际使用时会发现在0℃附近,该器件工作异常。进一步的水汽含量测量分析会发现是因为器件漏气或内部固有的气氛中水汽含量超标造成的。集成电路内部管芯上相邻的压焊点间距通常≤100um。在-55℃测试点上水汽凝化成冰或霜,不导电。而在0℃附近,也就是“露点”附近(各不同器件的“露点”不一样),水汽变成水珠,会造成相邻压焊点间电气绝缘下降甚至短路,造成器件工作不正常。超过“露点”温度后,水珠重新变成水汽,器件工作又恢复正常。
  这种情况是元器件厂家封装过程不规范,气氛湿度大引起的,但
  常规的测试发现不了。所以建议客户在一些重要场合使用的元器件,最好在二次筛选完成后,每批抽几只(有规定,依据每批数量而定)到有资质的单位作一个水汽含量测试。对内部水汽含量≥15000ppm的器件要慎用。超过20000ppm器件一定不能用。
  ⒊检漏和PIND合格的元器件在装配完成后并不都是合格的。
  实践中,偶尔会遇到委托方抱怨,认为怎么你单位判断的检漏和PIND均合格的器件,使用中出了问题,折下来送第三方测试,发现漏气和内部有多余物。
  这种情况要客观地,实事求是地分析。二筛过程中确实有可能误判(如操作工责任心不强,设备超过计量有效期没有按时计量等情况),但对任何一家较为规范的测试单位,误判的概率很小。
  为此建议系统使用方更应关注以下几点:
  a焊接温度和时间:
  大多数厂家在手册中的“绝对最大定额”(Absolute Maximum Ratings)中均规定了该器件外引脚的最高焊接温度和最长焊接时间。有些厂家还专门对焊接方式提出要求,明确了手工焊接∕波峰焊∕再流焊的适应性及风险评估。
  超过最高温度和最长时间的焊接,很容易造成器件外壳(陶瓷封装)或低温玻璃绝缘柱(金属外壳)的龟裂破损。造成器件漏气或产生多余物。对于SO﹑LCCC等陶瓷微封装器件尤其如此。
  实践中,在对一个器件作失效分析时,若发现器件内引线锈蚀,键合区铝氧化等情况出现,首先应考虑是漏气,使得器件内部进入了氧气和潮气所致。
  若核质谱分析结果显示器件内部含相当比例的锡和铅,则表明器件外壳已“大漏”,焊料在焊接过程中直接进入了管腔所致!
  b、管脚二次成形:
  元器件在使用过程中经常需要对其外引脚成形,改变原来的引线长短或形状。但还是要注意,不要太靠近器件根部成形,否则容易造成器件漏气。这也是现在许多元器件制造厂家公开申明对使用方因外引脚重新成形引起的损坏不承担责任的原因。
  c、器件外壳的耗散功率:
  在产品手册的“绝对最大额定额”中均规定了不同封装形式的功率耗散能力(Power Dissipation)。
  在+125℃下工作一定要降额使用,尤其对一些线性功率驱动器/放大器,线性调整电源、效率≤60%的DC/DC电源等。脉冲功率过高或长期使用在内部热功耗超过器件外壳能够承载的功率耗散能力,或者没有关注不同封装形式功率耗散能力的差异,均容易造成器件漏气。因为器件外壳的热膨胀或收缩是有极限的。超过极限会对器件的性能或长期可靠性造成不利影响。
  ⒋对于静态功耗较大的器件或功率器件,计算机辅助测试仪所给出的测量结果有可能与实际值不符。
  这两类器件(如OPA544、541、2541、LM143、78H05 LM137K、LM117K、一些DC/DC电源等)都存在一个加电后预热(Warm UP)问题。在这个预热过程没有结束前,这些器件的各种测量参数是不真实的。而计算机辅助测试仪对各类器件的参数测量恰好是在ms级时间间隔内完成的,所以不等效。
  当然,不同器件的预热过程的长短各有差异。因此也不是所有计算机辅助测试仪给出的结果都不正确。
  值得关注的另一个问题是,通常计算机辅助测试仪对被测器件施加安培级电流是做不到的。那么它测出的结果不能反映某个器件在较大工作电流条件下的真实参数。
  实践中,一个较为务实的做法就是自制一部分手动测试台,对静态功耗较大的器件或功率器件的部分关键参数进行二次测量。这个过程测出的部分参数若与计算机辅助测试仪给出的数据不吻合时,则要以手动测试台的结果为准。
  ⒌经过二次筛选的器件外观及可焊性可能变差。
  二次筛选过程中对器件进行测试时,需要将被测器件装入适配器,这样容易造成被测器件外引脚有压的痕迹或插拔的痕迹。
  器件高温老炼后,器件外引脚尤其是对镍鉻合金或鈀银结构的外引脚就可能氧化,影响可焊性。
  检漏过程需要将一、二批器件置于氟油压力罐中,在规定的压力下置放规定的时间。这样就很难避免一个器件的外引脚不碰到或不划伤另一个器件的表面,造成外观变差,而若考虑将器件平行的放入氟油压力罐又会使效率很低、筛选周期加长,筛选成本增大,故很难完全避免。望委托方进行二次筛选时要综合考虑。
  ⒍二次筛选条件的确定:
  按照90年代中后期可靠性界形成的共识,电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是由器件的设计和工艺水平决定的。对于设计定型的器件,固有可靠性由制造工艺决定。制造过程受材料、工艺环境和工艺条件等诸多因素的影响,故要制造百分之百合格的器件是不可能的。另外,器件的有些缺陷只有靠施加一定的环境应力和电应力才能剔除。所以元器件生产厂家对其所提供的军用产品在出厂前均经过了相当长时间,相当多项目的筛选试验。通过给器件施加一定强度的环境应力和电应力,以剔除早期失效器件,评估元器件质量状态是否达到了相应的军用标准。习惯上把生产厂家进行的这些筛选活动叫做一次筛选。
  对于军用电子元器件,一次筛选至关重要,军用元器件的成本大部分来自一次筛选。任何一种军品封装形式的元器件没有经过一次筛选就不能称其为军用元器件,只能算军温级元器件。它的固有可靠性无法保障。
  所以一次筛选是任何一家生产厂家必须进行的一道生产工序。这也是美军标MIL—M—38510中定义的合格产品优选目录QPL(QuaLified—Parts—List)走向MIL—M—38535中定义的合格生产厂家目录QML(Qualified—Manufacture—List)的原因。
  需要说明的是,一次筛选对军用器件的使用寿命,即使用的可靠性不会产生影响。
  二次筛选应该归为使用可靠性范畴。
  二次筛选指使用方在器件装调前,由于担心该批元器件采购时间,采购渠道问题,贮存环境以及运输问题等,委托第三方对该批元器件的一次筛选结果认定的活动,以确保或提高上机元器件的可靠性。通常二次筛选无论是环境应力条件或者电应力条件均不应高于一次筛选的条件。否则就会对元器件的使用可靠性产生不良影响。
  鉴于以上情况,委托方在给出二次筛选条件时,不能完全照搬原生产厂家一次筛选的条件,更不能高于一次筛的条件。加严筛选或附加条件筛选还应考虑被筛选器件的质量等级。例如美国宇航局(NASA)就元器件应用的关键性定义了三个风险水平。指出通过附加筛选可以改善风险水平。质量等级在Ⅲ级的器件通过加严筛选可以升到Ⅱ级使用,Ⅱ级可以升到Ⅱ+级使用,但不允许升到Ⅰ级使用。这点十分重要。

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