电子元器件老炼二次筛选质量控制方法探究

詹家强

（天津七一二通信广播股份有限公司，天津，300000）

0 引言

二次筛选主要是指在一次筛查中，当一次筛查的内容与用户的实际使用发生了矛盾时由元件使用者为主，并根据顾客的实际使用需要对其进行检查，然后再对其进行筛选。二次筛可有效地剔除因材料和工艺等原因引起的不合格产品；按使用应力、使用环境条件排除不合格产品；发现并防止批次内不合格的电子元件混入样板产品中。排除早期失效的零件可确保所购零件的品质一致性及可靠性[1]。电子元器件采用“一次筛选”“二次筛选”其作用与测试法基本一致，不同之处在于“二次筛选”为“一次筛选”的再精简。“二次筛选”仅能改善电子元器件的使用可靠性，而不能改善元件的内在可靠性，所以，在选用元件时仍应以整机和设备的品质和可靠性为依据选择针对性的质量控制方法，选择出高品质的电子元器件，满足使用者的实际使用需求。

1 电子元器件二次筛选的应用范围

电子元器件在加工和生产后生产单位需要综合元器件的实际使用需求对其进行初步的筛选，减少不合格产品的流入。电子元器件二次筛选实质上是一种对元件品质和性能的筛选测试，在这个阶段中可以对早期故障的电气元件进行有效地筛选，从而保证整体工作的可靠性。总体而言，二次筛选具有更广泛的适用范围，主要表现为以下几个方面。第一，电子元器件通过第一轮筛选后，如果用户希望对其品质有更高的保证，则会进行第二次筛选。第二，有些零件制造商在制造出来后并没有对零件的性能进行检查，这种情况下必须强化第二遍的检查，才能确保零件的使用性能。第三，如果使用者对筛查结果有疑问，可以在加强监管的情况下重新进行筛查。二次筛选的测试工作一般都是由整机研发方或者其授权的生产单位和电子元器件厂来进行，具体的工作就是根据一次筛选的标准对早期失效的器件进行更高的品质检查，减少不合格的产品流入市场，提升产品使用的整体质量[2]。

2 电子元器件二次筛选方法及目的的设计

■2.1 电子元器件二次筛选方法

二次筛选可分为常规筛查和特定环境筛查（如耐辐照、盐雾等），其中常规筛查方式包括：第一，筛查。筛查按照检查方式的不同可以采用镜检、红外筛查、X 射线筛查等，红外筛查可排除体内或表层存在较大热损伤的元件，而X射线则可检测外壳内部是否存在异物及装片、焊接或封装时产生的质量问题和晶片的裂缝。第二，严格筛选。用于解决管道、壳体及密封工艺中出现的裂纹、微小漏孔、气孔及密封不良等问题。第三，对外部压力进行甄别。例如：振动加速、撞击加速、离心加速、温度循环和温度冲击。第四，筛选寿命。常用的有高温贮存、低温贮存、陈化筛选等。第五，电气性能的筛选[3]。

■2.2 电子元器件二次筛选的目的

在进行电子元器件二次筛选前，供方与需方要依据相关的国家标准、军工等相关标准等确定二次筛选的条件及技术要求，并依据产品总体规格的规定选取测试项目。本研究介绍了GJB360A-96《电子及电气元件试验方法[4]》中有关电阻、电容、电感、连接器、开关、继电器、变压器等电子和电子元件的测试方法和适用范围。GJB128-98《半导体分立器件试验方法》主要是用于军事领域的各类离散器件；GJB128-97《微电子器件试验方法和程序》主要是用于微电子相关设备的检测。在电子元器件二次筛选过程中不得随意变更筛选测试标准，对于静电敏感元件在选用和试验时，必须按照相关的规范做好对应的防静电处理。

■2.3 电子元器件二次筛选应力确定的原则

电子元器件二次筛选实验所需的应力是非破坏性的，也就是说，筛选过程中不会对制品的质量和可靠性造成影响，但是，测试应力也不能太小，盈利太小可能导致筛选的质量不达标[5]。原则上，要根据相关规范确定筛查项目及应力条件。在选取筛选力时，应遵循以下几个原则。第一，选用能够诱发早期破坏的应力，依据各设备所掌握的资料和破坏机制确定最优应力。第二，筛查应力的目标是能够诱发早期故障，以便尽早发现设备中的各类隐患和缺陷。第三，屏蔽应力不应该导致普通设备故障。第四，消除筛分应力后不能在装置中留有残留应力，也不能对装置的寿命产生影响。第五，应力甄别测试的期限应当以能够充分地暴露出较小的缺陷为原则。综合当前我国电子元器件二次筛选应力确定中IC中的主要筛选项目与缺陷之间的关联，具体见表1。

表1 主要筛选项目与缺陷之间的关联

3 电子元器件老炼二次筛选中工艺质量的控制方法

■3.1 电功率老炼过程的质量控制方法

所谓电功率老炼就是在一定的温度下对元件施加一定的电应力，从而使元件中存在的一些潜在的缺陷得以提早曝光。通常情况下，分立元件在室温下成熟，集成电路在高温下成熟，再经过高温成熟即高温成熟，该过程是一种加速筛选，可以将早期故障排除在外。功率老化方法更接近于设备的真实工作状况，因此被公认为最高效的筛选方法。在电功率老炼工艺中主要包括：电压、电流、温度、时间等因素在内。在质量控制过程中如果出现操作不当，如：过高的电流、过高的电压应力等都会给电子元器件带来不必要的损坏，还会带来新的故障因素，造成很大的安全隐患；若电流或电压应力太低，则不能有效地反映出元件的可靠性，因而不能有效地排除有潜在缺陷的元件，同时其筛查结果也将大打折扣[6]。所以，对电子元器件功率老炼过程中的工艺参数进行合理的选取和控制具有十分重要的意义。

关于电子元器件老化的问题，当前整个半导体行业都持有不同的观点。与其他产品类似，部件也会因种种原因发生故障，老化过程中，通过超载运行来启动缺陷，从而加快缺陷的曝光速度，加快了早期失效事件的发生。图1 表示的是一条关于电子元器件的生命周期的浴盆曲线图。若全部按室温、额定功率1000 小时进行测试，则不可能也很难完成。通过实验结果表明，升高时效温度可以加快器件的过早失效。图2 为电子元器件故障活化能量、故障时间、温度以及故障活化能之间的关系。

图1 电子元器件生命周期的浴盆曲线图

图2 失效激活能关系图

通过图2 曲线参数的走向可以看出，当温度为0.5 eV，温度为50° C 时需要1000 小时，而当温度为125℃时仅需要30 小时，则会导致“早期失效”，而对于故障活化能为0.5 eV 的缺陷器件则会出现“早期失效”。该曲线走向为半导体元件进行高温时效筛选提供了理论基础。

在对元件的老化试验中发现，一些通过老化试验的装置在产品的调试中仍然会出现故障，这些装置的早期故障在筛查时不会显现，老的离散装置要按额定功率老炼，出现问题后经过多次的分析和试验，比如，通过延长老化时间、增大老化功率等方法使其达到额定功率1.2 倍，从而更好地将早期失效的器件剔除，从而减少后续装置的故障发生率。因此，针对电功率老炼过程的质量控制方法具体可以从以下几个方面进行。第一，老炼二次筛查之前必须对技术条件进行严格的控制，并对测试电压和电流等有关参数进行科学设计。第二，全面检查老炼所需要的设备和条件，并严格按照测试的操作规程进行。第三，检查有无接地、短路等问题，特别是要确认接线夹等的安装有没有松动，有没有安装极性，如有这种情况不仅会影响筛条的品质，也会有设备报废的危险。第四，为了防止外界因素对设备的外观质量产生影响，测试时要小心，不要使用太大的力，否则会对设备产生机械损坏。

■3.2 电参数测试的质量控制方法

第一，电气参数的检测要求在苛刻的环境条件下进行，尽量控制其温度在22℃～28℃之间，湿度在50%～70%之间，大气压为90kPa～106 kPa。在保证上述条件的前提下，严格按照实验参数和规程进行筛选。第二，在对电气参数进行测试之前必须对仪器进行校验，确定仪器符合测试的精度要求后方可进行测试。第三，在测试期间通过的电压和电流绝对不能超过设备的等级。首先进行样品的测试，没有任何问题之后才可以进行电气参数的测试[7]。

■3.3 失效防止

在对电子元件进行测试时应重点防范由下列因素引起的故障：程序设定不合理导致电子元件测试失败；极性接反导致元件故障；错误的信号导致元件故障；电气应力过度导致元件故障；使用不当会导致电子元件故障；不适当的拔插方法会导致机械应力破坏；在储存时不小心把一些有极性的元件放错了位置，储存湿度太大，很可能会导致引脚的表面被腐蚀或者电气性能变差。

■3.4 完善老炼二次筛选的质量控制

老炼测试是指元件在特定的电应力状态下，在特定的温度范围内工作一段时间减少元件的潜在缺陷提前出现。尽管这种测试方法可以有效地筛选出一些损坏的设备，但是有些设备经过老炼二次筛选后仍然会产生故障。在这种情况下，可以通过提高老化试验时间，增大电压和功率等方法对试验结果进行严密的筛选。具体可以从以下几个方面进行控制。第一，在老炼之前应根据技术文件中所列的电流、电压等情况，仔细检查老化情况。第二，在用旧设备之前需检查其状态是否良好，是否按照规定进行周期性的检验。第三，对设备的老化问题要仔细研究，并严格按照操作规程进行操作。第四，在上电之前必须先确认有无接地，断开或短路。在设备安装完毕后要仔细检查其安装极性；检查接线夹、接线片等的固定是否牢固，不得有任何松动、脱落，否则将导致设备报废。第五，在使用电子元器件过程中通常应轻拿轻放，不然会引起形状的扭曲和尺寸的改变。在装夹、拔夹的过程中切勿强行将其插入或取出，以免因外力过大而引起机械损坏或机械应力疲劳；在确保接触良好的条件下，应尽可能地减小对设备引脚的作用。

4 结语

电子元件的老炼二次筛是保障装备正常工作的重要前提，而二次筛查若不能有效地对其进行质量控制，则可能导致产品的品质与性能存在安全隐患。所以，在筛选的过程中应从环境、操作规范和设备质量三个方面严格把关，保证所有的质量控制方法能够达到提升元器件质量的目的，提升电子元器件的应用水平。