研发过程中电子元件可靠性设计

Posted 2021-04-19 可靠性试验技术

电子元器件（以下简称元器件）是电子产品的重要组成部分，是电子产品的最基本单元。元器件的可靠性直接关系到整个系统的可靠性。

因此，元器件的可靠性是型号研制过程中保证产品可靠性的重要环节之一，同时也对加快型号研制进度、保证研制质量、节约研制经费、降低综合保障费用和寿命周期费用都有重要意义。

元器件二次筛选

元器件的筛选分为“一次筛选”和“二次筛选”两类。元器件在交付用户使用前按元器件的产品规范(总规范、详细规范)进行的筛选称为“一次筛选”。使用方在采购以后根据使用要求进行的再次筛选称为“二次筛选”。

目前，国内元器件的生产水平，总体上与研制产品的使用要求相比或多或少地存在着一些差异，厂家进行的一次筛选的筛选项目和应力要求也不一定能满足产品研制的需要。

进口元器件中真正的“军标”产品不是很多，大部分还是中低档产品，其中还可能存在许多假冒伪劣品。

而研制产品往往针对性很强，对存在某种失效模式的元器件必须严格剔除，否则不能保证产品可靠地进行工作。这些都要求我们通过二次筛选来保证元器件的质量。元器件的二次筛选是元器件质量控制工作中的重要措施之一，对产品的可靠性保证有着重要意义。

二次筛选时应注意的几个问题：

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、针对产品的用途进行有选择性的筛选。例如：抗幅照能力的考核就是一个特例。对宇航电子设备是必须考虑的，对地面电子设备则基本上可以不考虑。

3、对由于手段问题不能进行筛选的元器件，须采取其它的控制方式来保证其质量。例如在使用的电路上进行了一些试验或者委托其它单位进行试验等等。

4、考虑到二次筛选的局限性，必须严格控制它的批允许失效百分比(PDA)。

二次筛选的通用项目：

温度循环：检查结构缺陷

恒温加速度：检查内引线

颗粒碰撞噪声检测：检查有无杂质

电老炼：检查早期失效

高低温测试：检查参数漂移

常温初测和终测：检查产品是否合格

检漏：检查漏气与否

外观目检

元器件的破坏性物理分析（DPA）

破坏性物理分析(DPA)技术是应工程需要，为保证元器件的高可靠性要求而发展起来的，它能反映出元器件二次筛选过程中不可能发现的一些缺陷。

大量数据统计中表明：能通过筛选淘汰的不合格品项目如外部目检、PIND和检漏所占的比例在36.9%，而通过筛选不能剔除的缺陷入内部目检、剪切力、键合力等比例达到63.1%，可见无法通过筛选提出的数量之多。

开展DPA一般原则：

1、重要型号或一般型号的重要电子产品所选用的元器件需作DPA；

2、器件的等级低于型号要求的元器件；

3、未能按型号要求逆行能够补充筛选的元器件；

4、在试验中曾发生故障的同批次元器件；

5、超过贮存期的元器件，做DPA试验时要合理选择项目、选择有关部门认证的DPA试验室进行。

元器件的贮存和保管

元器件的贮存与保管必须符合其规定的贮存保管条件，特别对需要防潮、防腐、防老化、防静电等电子元器件更应妥善保管，存放元器件的库房存放应做到不同品种和不同批次分类存放，库房内应标志明显、排列有序、安全稳妥、存放合理、库房整洁、温湿度有记录。并对库存放过程中对有定期测试要求的电子元器件进行定期质量检验，发现不合格品及时隔离出库，并记录在案。

元器件的电装和调试

当元器件的固有可靠性和使用可靠性为一定值时，则电装工艺的可靠性决定了电子产品的可靠性。因此，我们必须重视电子元器件的电装可靠性，以保证电子元器件的使用可靠性。

元器件进入生产车间，依据图纸和工艺要求，进行电装焊接。电装工艺对各种元器件的焊接时间，焊接温度以及元器件对防静电的要求都应明确给出。

如某CMOS集成电路焊接时间小于4s，焊接温度小于240℃，应在静电防护区内焊接。对于某些集成电路为更换方便或不宜直接焊接，应明确先焊接集成电路插座，对有散热要求的，应明确焊接高度。

生产车间的电装工人应经过培训，能完成元器件抽检中未尽事宜，如元器件是否混装，标识是否正确，焊脚或插针是否变形，外观是否有破损等。

通电调试印制板前，主要检查元器件方向，以及印制板焊接有无短路、虚焊等。调试过程是否带电作业，应特别注意静电防护和调试工具。调试工具是否符合防静电要求，直接影响静电敏感器件在调试过程中静电放电通路的顺畅。调试更换元器件或发现问题，应有详细记录，并通知设计人员，查找原因。

例如：计使用500Ω偏差不超过10%的电位器，批质量临界461Ω，判合格，电装调试发现预定功能难调，设计人员根据调试记录，分析电路，具体到哪一种元器件参数不合适则更换，以提高元器件的使用可靠性。

元器件失效分析

失效分析是发现问题并解决问题的重要途径，在产品测试，系统联调等过程中发现元器件失效时，对于典型失效或批次质量问题的元器件，元器件质量控制部门应组织有关技术人员和质量控制人员共同进行失效分析，明确失效机理，查明失效原因；

关键的、重要的元器件失效、重复多次出现失效而原因不明的元器件以及选用的质量等级不明或偏低的元器件，应将其作为重点，可由专业的失效分析实验室进行。通过试销分析可以改进设计，加强关键工序的管理，使产品的可靠性不断提高；

同时，也提高了设计、制造和相关人员的业务技术水平。 失效分析后确认属批次性质量问题的，至少应在本研制型号的范围内发出通报和警示，以避免类似情况的再次发生。

建立元器件质量数据库

建立元器件质量数据库能够比较综合地反映出元器件的质量状态，从中可以看出厂家的生产水平、工艺水平，对型号研制所选用元器件可提供相应的质量数据，为一些决策提供依据。

据此也可调整供货厂家，有选择地委托特定厂家进行新型元器件研制工作和提出资助技改的建议，从而进一步保证元器件的质量与可靠性。型号研制单位应建立从元器件选用、订购、监制验收、二次筛选、DPA、保管和失效分析全过程的信息存入信息库，并建立能检索元器件去向包括装机元器件和失效元器件信息的信息库。

数据库应该由质量检验部门建立，采购、试验和研制等部门配合，并提供相应的数据。质量部门利用计算机对数据库进行统计和分析，再将结果反馈至采购、试验和研制部门，据此对元器件的采购、试验、采用进行调整，提高元器件的可靠性。

为提高电子元器件的使用可靠性，必须做好元器件的设计选用、检验、测试、筛选、储存保管、电装等工作；它将为提高电子产品可靠性提供坚实基础。根据上面的论述和一些型号研制的经验可见：

1、编制型号元器件优选目录是开展元器件工作的基石，必须予以充分重视。  

2、二次筛选是装机元器件必须进行的，重点型号要求100%进行二次筛选。  

3、失效分析和DPA是发现元器件质量问题的重要手段，从长远来看，它们大大减少了装备的寿命周期费用。