电子元器件可靠性与产品故障关系研究

杨江勤

中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） 贵州贵阳 550018

1 电子元件的可靠性概述

电子元器件不能控制和改变电流和电压，故又称无源器件。作为产品的基础组件，它是保持电子设备可靠性的关键，因此电子元器件的可靠性与电子产品的整体可靠性密切相关。为了提高系统的运行效率，必须以非破坏性筛选试验作为核心，及时发现元器件中的隐患。此外，在设备可靠性筛选中，相关设备的操作人员发现元器件的故障损坏后，需通过各工序的设计和制造方案的优化，并创新电子元器件的可靠性和质量评审制度，从而提高产品的可靠性[1]。

2 电子元器件故障问题与失效机理

2.1 电子元器件故障问题

电子元器件是电子产品的最小单元，只有控制元器件的质量，从源头上进行质量控制和筛选，才能有效地提高产品的质量和性能。但由于元器件的生产缺陷或使用过程中的应力因素，容易出现断路、短路、性能退化等故障性能。根据其在系统中的地位和作用，对电子产品的质量和可靠性有不同程度的影响。混合集成电路的失效模式主要是电路参数漂移和外部引线断裂，这是由键合失效、铝金属化腐蚀和引线腐蚀引起的。半导体分立器件的常见失效模式是真空下降和灯丝断裂，这是由气体泄漏、腐蚀和外壳脆化引起的；电阻器的常见失效模式是电路断裂和电阻漂移，这是由电极与基板之间的焊接缺陷、导电材料的膨胀和老化引起[2]。电容器常见的失效模式有参数漂移、绝缘材料或电介质劣化、开路等，失效原因是内部污染和热应力，导致芯组与导线接触电阻增大、芯组进水、绝缘电阻增大和微裂纹缺陷。常见的失效模式有接触电阻不稳定、外部引线断裂、泄漏等，失效原因有接触电化学腐蚀、有机污染物挥发、引线腐蚀和密封不良等。失败的原因是水蒸气和晶圆缺陷。射频电缆的常见故障形式是短路，其原因是绝缘老化[3]。

2.2 失效机理

（1）元器件的固有可靠性和工作可靠性受使用条件和工作环境的影响，导致元器件失效。

（2）“二次筛选”项目过多，应力过大，导致元器件可靠性降低。或检测项目较少，电子元器件未完全受力，使缺陷部件的缺陷无法暴露。

（3）过分相信进口元器件技术先进、技术过硬，不加筛选应用，结果是把中低档甚至假冒的元器件作为“军标”。

（4）一旦发现故障产品是某个部件故障造成的，用新部件更换后产品功能正常，没有进一步的故障分析就解决了问题，质量隐患无法真正消除。

（5）生产过程如在装配中的虚焊、紧固不到位，造成元器件失效。

3 提高电子元器件使用可靠性降低故障问题发生率

3.1 进行全面的可靠性试验

为了发现和分析设备部件在不同环境和应力条件下的失效问题和失效机理，应进行可靠性试验（包括环境试验、寿命试验、筛选试验、现场使用试验和鉴定试验等）和环境应力筛选试验（包括振动冲击、温度冲击等），通常在制造过程中进行。此外还应根据整机可靠性试验和环境试验形成的主要文件和记录，作为制定应力试验大纲的依据。可靠性试验应遵循以下原则：

（1）可靠性试验应在设计指标范围内进行，不得超过设计限值。对于组件级和分系统级，应进行100%的筛选，暴露各种组件缺陷后尽快解决。在组件级和分系统级的筛选中，提取样本进行通电筛选是非常必要的，这样不仅可以提高筛选失败率，而且可以大大降低后期测试的成本。为了提高整机的可靠性，保证整机的寿命周期，有必要对整机进行应力筛。

（2）高效应力筛选是在器件高度集成、模块化、质量稳定的况下，进一步提高产品质量的一项措施。经过筛选，性能测试可以很好发现器件的潜在故障。分系统级和整机的高效应力筛选，在通电的温度循环前后均进行通电的随机振动，在整机工艺、设计、电子元器件的复杂环境下，能激发产品应用中的潜在缺陷，能有效提高电子产品的质量水平。

3.2 合理规范使用元器件

电子元器件出现问题后，会对整个系统或设备产生较大的影响。因此交付使用时，还需要规范电子元器件的合理使用。每个组件都有其独特的使用方法。例如，通电时不应超过组件的电压阈值。同时，对于电子元器件，要做好故障预防工作，树立良好的预防观念，加强对电子元器件应用过程的监管。电子元器件的贮存也应满足贮存要求。只有采用正确的方法，才能避免对设备的损坏，保证设备的可靠性和稳定性。用户需要制定合理的使用维护计划，并定期对设备进行检查，对电子元器件的使用情况进行记录，及时发现隐患，记录和分析电子元器件出现故障的原因，采取有效措施进行处理，为今后的维修工作提供重要参考。

3.3 在选购和生产过程中把控电子元器件质量

了解和确认产品标识字母的含义，保证原材料符合生产标准要求。尽量选择有质量认证和良好信誉的厂家的产品。此外，在选择原材料时，还应考虑材料的使用条件、使用环境和使用方式，确保所选的规格型号符合实际需要。在生产过程中，为保证技术水平，制定电子元器件可靠性标准必须科学合理。同时，也要实行责任制，即各部门需对所产电子元器件的可靠性负责，通过相应的试验和技术，保证电子元器件的可靠性。同时，有关部门要制定统一要求，加强对电子元器件使用的监督管理，建立工作记录和故障历史数据系统，确保电子元器件的可靠性。

4 结语

总之，在当前电子行业发展的背景下，由于不同行业对电子元器件的需求量越来越大，为了避免电子元器件的损耗和出现电子设备质量问题，在具体的产品设计和生产中，以电子元器件的可靠性评估和质量控制为重点，完善电子元器件的设备管理体系。