時(shí)間:2018-09-04 11:29:57來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
電子設(shè)備及儀器使用的電子元器件,一般需要在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)通電的情況下工作,并且受到環(huán)境條件(溫度和濕度等)的變化和各種其它因素的影響,(如是在煤礦井下惡劣的條件下工作)因此要求它必須具有高的可靠性和穩(wěn)定性。保證電子器件的質(zhì)量和焊接質(zhì)量,是整機(jī)生產(chǎn)中的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
為了保證整機(jī)使用的電子器件的質(zhì)量,必須在裝配前對(duì)它們進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)和老化篩選。一般電子器件在出廠前已進(jìn)行,叫做”出廠老化”,但由于個(gè)使用行業(yè)的特殊要求,象軍工和煤礦這樣的企業(yè),所以在使用前必須對(duì)器件進(jìn)行進(jìn)一步的老化篩選。
1、元器件失效的普遍規(guī)律和相應(yīng)對(duì)策
元器件的可靠性是指元器件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)(通常稱(chēng)為保險(xiǎn)期),規(guī)定的條件下,完成規(guī)定的功能(或任務(wù))能力。它是產(chǎn)品本身壽命和使用時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量的綜合體現(xiàn)。通常用失效率來(lái)定量的描述器件的可靠水平。失效率等于單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品的失效數(shù)和運(yùn)用產(chǎn)品總數(shù)之比:
失效數(shù)
失效率=——————————
運(yùn)用總數(shù)×運(yùn)用時(shí)間
失效率越低,說(shuō)明元器件可靠性越高。
需要指出的是,元器件的電參數(shù)指標(biāo)和性能穩(wěn)定之間并沒(méi)有直接的聯(lián)系。電參數(shù)指標(biāo)好的器件,可靠性不一定高;相反,電參數(shù)差的元器件,可靠性不一定低。元器件的電參數(shù)可以通過(guò)儀器儀表立即測(cè)量出來(lái),但是元器件的可靠性和穩(wěn)定性必須通過(guò)各種可靠性試驗(yàn),或者大量的(或長(zhǎng)時(shí)間)使用后才能判斷。
大量同類(lèi)元器件的失效可以分成三個(gè)階段:
1)早期失效期
新制造的電子器件,剛投入使用一段時(shí)間叫做早期失效。早期失效的特點(diǎn)是失效率高,但隨著工作時(shí)間的增加而迅速降低。這一段的失效原因有的是制造器件的原材料的缺陷造成;有的是元器件的生產(chǎn)過(guò)程中工藝措施不當(dāng)造成的。
總的來(lái)說(shuō),早期失效是元器件本身設(shè)計(jì)和制造的缺陷而隱藏在內(nèi)部的一種潛在故障。在使用中會(huì)繼續(xù)惡化,故障暴露出來(lái)而造成的失效。所以元器件的早期失效對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是十分有害的。在整機(jī)生產(chǎn)的工藝過(guò)程中,元器的老化篩選的主要目就是加速早期失效,使整機(jī)出廠前就進(jìn)入到正常的使用階段,篩選掉早期失效的元器件,保證整機(jī)的可靠工作。
2)偶然失效期
電子元器件在早期失效器后,就進(jìn)入到偶然失效期。這一階段的特點(diǎn)是失效率低而穩(wěn)定,而表現(xiàn)的是偶然性質(zhì)。這是元器件最好的工作階段。因?yàn)檫@一段使用時(shí)間長(zhǎng),所以也叫使用壽命期。一個(gè)好的集成電路,其偶然失效可達(dá)百萬(wàn)小時(shí)以上。
在此期間的失效原因,可以看成是在某一時(shí)刻元器件所積累的應(yīng)力(指對(duì)器件的功能有影響的各種因素,如溫度,電壓,電流和機(jī)械應(yīng)力等)超過(guò)元器件對(duì)抗這些應(yīng)力的強(qiáng)度。一般有下列三種情況:遭受突然的機(jī)械沖擊或熱沖擊引起引線斷脫等;因?yàn)榇箅娏饕鸬慕Y(jié)的損壞;環(huán)境變化超過(guò)了適用范圍,使元器件特性變化過(guò)大而不能工作,甚至失效。
對(duì)于上述情況,應(yīng)從最壞的情況出發(fā),考慮到元器件參數(shù)的可能變化的范圍進(jìn)行電路設(shè)計(jì),并考慮一些具體措施,如散熱通風(fēng)措施和防電磁干擾措施等,以避免環(huán)境變化超過(guò)適用范圍。
3)損耗失效期
元器件經(jīng)過(guò)正常使用其后,由于老化,損耗,磨損和疲勞等原因,失效率隨著工作時(shí)間的增加而上升,這一階段叫做損耗失效期,又叫晚期失效期。
損耗失效主要是由于材料的化學(xué)和物理變化引起的,如管子內(nèi)部引線鍵合點(diǎn)表面長(zhǎng)期氧化而表面氧化使電阻增大,導(dǎo)致熱量過(guò)大而使鍵合點(diǎn)開(kāi)路;又如表面化學(xué)反應(yīng),改變電子空穴的分布,產(chǎn)生反型層,形成導(dǎo)電溝道,使反向電流增大,參數(shù)變壞而使器件失效等。損耗失效是正常的自然規(guī)律,表明元器件已到額定使用期,對(duì)此采取的措施是定期更換。
2、老化篩選的作用和內(nèi)容
老化篩選的作用就是在于外加應(yīng)力,將早期失效的元器件的潛在故障加速暴露,并及時(shí)篩除掉,以保證正常使用的電子元器件有較高的可靠性.外加應(yīng)力可以是熱的,電的,機(jī)械的,或者多種應(yīng)力的綜合。外加應(yīng)力不可太小,否則達(dá)不到篩選效果;但也不能太大,否則引入新的失效原因。目前廣泛采篩選項(xiàng)目有:高溫存儲(chǔ),高低溫沖擊,高溫功率老化,機(jī)械震動(dòng),離心加速度,撿漏,濕熱等等。對(duì)于使用企業(yè)的篩選,即使用篩選,不一定要全面的進(jìn)行。實(shí)踐證明,以下幾種試驗(yàn)項(xiàng)目能有效的發(fā)現(xiàn)早期失效的器件,故比較常用。優(yōu)其是高溫功率老化試驗(yàn)使用的最為普遍。
1)高溫存儲(chǔ)
這是一種以熱負(fù)載作為為應(yīng)力的壽命試驗(yàn)。它是在不同點(diǎn)的情況下,把元器件存放在高溫環(huán)境中一定時(shí)間的老化篩選。高溫對(duì)電子元件的影響,主要是電參數(shù)的變化、散熱困難、軟化、熔化、熱老化、化學(xué)分解和尺寸的變化等。高溫存儲(chǔ)的目的就是考核高溫對(duì)電子元件的影響,確定電子元件在高溫條件下工作和存儲(chǔ)的適應(yīng)性。
元器件放在倉(cāng)庫(kù)中不用,半年或一年拿出來(lái)復(fù)測(cè),其參數(shù)也會(huì)變化。原因是元器件雖然不工作,但內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化,高溫存儲(chǔ)就是要這樣的過(guò)程加快。高溫存儲(chǔ)的具體可以有以下幾種作用:加速晶片表面化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行;加速正離子運(yùn)動(dòng)過(guò)程,穩(wěn)定參數(shù);加速內(nèi)引線壓焊點(diǎn)虛焊的氧化過(guò)程等。
有人做過(guò)試驗(yàn)證明:在+175℃溫度存放一小時(shí)的過(guò)程,相當(dāng)于在室溫(+25℃)下存放1000小時(shí)。一般的講,溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),效果越好;但也不宜過(guò)高、過(guò)長(zhǎng),否則元器件引線鍍層也會(huì)氧化、變色,不易上錫造成虛焊。一般,高溫存放的溫度在120℃-300℃之間,存放時(shí)間可以從幾十小時(shí)到幾百小時(shí)。試驗(yàn)時(shí),視對(duì)元器件可靠性的要求而定。
2)高、低溫沖擊
這種方法是在不通電的情況下,把元件進(jìn)行低溫、高溫的交替存放,以檢驗(yàn)元器件承受由低溫到高溫或由高溫到低溫這樣一個(gè)突變(熱脹冷縮的應(yīng)力)的能力。它可以檢驗(yàn)元器件中不同結(jié)構(gòu)材料之間熱膨脹和冷收縮性能是否匹配。例如可以發(fā)現(xiàn)如下幾種潛在故障:晶片有裂紋、密封不好和內(nèi)部引線壓焊質(zhì)量不好等。
試驗(yàn)的嚴(yán)格程度,取決于所用選用的高溫和低溫、高低溫下暴露時(shí)間的長(zhǎng)短和循環(huán)次數(shù)等因數(shù)。實(shí)例:把元器件在+125℃和-55℃的箱子里交替存放半小時(shí),循環(huán)5次。轉(zhuǎn)換過(guò)程越快越好,最多不超過(guò)一分鐘。一般來(lái)說(shuō),經(jīng)過(guò)3、5次循環(huán)沖擊,足以暴露早期失效的元件,而無(wú)損于完好的元器件。循環(huán)次數(shù)不要過(guò)多,以免損壞好的元器件。
3)高溫功率老化
高溫功率老化是是使元器件通電,模擬元器件在實(shí)際電路中的工作條件,再加上高溫(溫度在+80℃-+180℃之間)進(jìn)行老化。這是一種很有效的篩選方法,它對(duì)于表面沾污、引線焊接不良、漏電、晶片裂紋、氧化層缺陷、存在著局部發(fā)熱點(diǎn)等元器件,都有篩選效果。
3、老化篩條件和方法
功率老化篩條件和方法,使用企業(yè)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),推薦幾個(gè)方法:
1)二極管可在:+100℃、-30℃各儲(chǔ)藏24小時(shí)。
其阻值和常溫相差大于±30%篩去不用
2)三極管
高溫儲(chǔ)存
硅管:+125℃,存放24小時(shí)。
鍺管:+70℃,存放24小時(shí)。
低溫儲(chǔ)存:
硅、管:-40℃~-45℃,存放24小時(shí)。
高低溫沖擊:
硅管:+125℃~-45℃;
鍺管:+70℃~-45℃;
高低溫各存放半小時(shí),循環(huán)三次,交替時(shí)間小于一分鐘。
常溫功率老化:滿(mǎn)功率通電8小時(shí)。
3)數(shù)字集成電路
直流和動(dòng)態(tài)參數(shù)初測(cè)。
高溫儲(chǔ)存:+125℃,存放72小時(shí)。
高低溫沖擊:+125℃――45℃各存放半小時(shí),循環(huán)5次,交替時(shí)間不小于1分鐘。
高溫功率老化:通電帶滿(mǎn)負(fù)荷,老化溫度+85℃,老化時(shí)間72小時(shí)。
高溫動(dòng)態(tài)電參數(shù)測(cè)試:電路不通電,在85℃穩(wěn)定后進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)復(fù)測(cè),平均延遲時(shí)間變化不得超過(guò)20%。
靜態(tài)參數(shù)復(fù)測(cè)。
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