电子元器件的可靠性测试研究

电子元器件的可靠性测试研究

彭明军

贵州航天电子科技有限公司,贵州贵阳550009

摘要：近年来，随着我国电子事业的快速发展，保证产品质量才是提高核心竞争力的关键。可靠性测试是电子行业中非常重要的一环，对于保证电子产品的可靠性和稳定性具有重要的意义。基于此，本文就电子元器件的可靠性测试进行简要探讨。

关键词：电子元器件；可靠性；测试；

1电子元器件可靠性发展现状

以前人们对质量的认知仅仅停留在质量检验上，通过有效的检验方法能够针对出厂之后的各项工序进行质量管理，不过随着可靠性和产品质量的发展、社会经济的发展，以及企业生产规模的扩大，传统的检验技术已无法满足产品可靠性的要求[1]。20世纪50年代后，美国提出质量管理的理念和技术，在产品研发和制作的过程中有效提高了产品的整体质量，也保证了技术的可靠性。Choi等通过加速寿命试验（ALT：AcceleratedLifeTest）研究了瞬变电磁法的寿命分布和形状参数，并讨论了如何通过失效物理来提高瞬变电磁法的寿命；Squiller等。我国电子元器件可靠性技术的发展较晚，20世纪70年代，才开始在电子工业和航空工业中初步形成体系，并应用于军工产品。21世纪前，我国在过程缺陷影响分析与控制的基础上，研究了电子元器件PCM、REM和SPC的质量控制与可靠性测试与评价技术，使可靠性工程从测试阶段上升到设计和生产阶段，实现了从单纯的测试与评价向为可靠性而设计和过程控制的发展。21世纪以来，在HEMT器件的退化机理及寿命评估、CMOS电路ESD/EOS加固设计和验证、标准VDSM加工平台的工艺可靠性评价、多层布线VISI的故障诊断与缺陷定位、微电路抗辐射特性的测试与评价、KGD的可靠性保证、其他基于POF的可靠性技术失效机理模拟、可靠性设计验证、加速应力测试和故障定位，以及微缺陷分析等方面取得了重要进展。不仅如此，电子元器件、新材料、新工艺和软件技术等各项新技术在装备上的应用越来越普及，装备的可靠性技术也经历了跨越式的发展，从单一可靠性扩展到“六性”的范畴，包括可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性和环境适应性。我国建立了电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室、可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室等国家级实验室，简称具备大型综合环境试验能力的试验室，标志着我国可靠性科研与应用水平进入了世界先进行列[2]。

2电子器件的可靠性测试技术方法

2.1加速寿命测试

电子器件的可靠性测试技术方法包括了环境应力加速试验、退化加速试验、可靠性抽样试验等。其中，环境应力加速试验是最常用的方法之一，它可以通过增加应力来加速元器件的失效，以便更快地评估其可靠性水平。具体来说，环境应力加速试验通常采用高温、高湿、高压、高电场等方式来加速元器件的失效。通过在不同的环境条件下进行测试，可以模拟元器件在不同工作环境下的失效情况，从而更加准确地评估其可靠性水平。退化加速试验是一种通过人工加速元器件老化过程的方法，通常采用高温老化、高电压老化等方式。通过加速老化过程，可以更快地评估元器件的寿命和可靠性水平。例如，某型号的电容器在常温下使用寿命为10年，但在60℃下使用寿命只有2年。在进行退化加速试验时，可以将电容器暴露在60℃的高温环境下进行测试，从而模拟出其在10年时间内的老化情况。可靠性抽样试验是一种通过对一定数量的元器件进行测试来评估其可靠性水平的方法。在进行可靠性抽样试验时，需要先确定一定数量的元器件样本，并在一定的环境条件下进行测试。通过统计样本中失效的元器件数量，可以计算出元器件的失效率和可靠度等指标，从而更加准确地评估其可靠性水平。通过环境应力加速试验、退化加速试验和可靠性抽样试验等方法，可以更加准确地评估电子器件的可靠性水平。例如，某型号的半导体器件在常温下的失效率为0.1%/h，在70℃的高温环境下失效率为5.0%/h。通过对这些数据的分析，可以得出结论：在高温环境下，该型号半导体器件的失效率大大增加，使用寿命会大大缩短。因此，在实际应用中，需要注意控制工作环境温度和湿度等因素，以提高电子器件的可靠性。

2.2退化度量方法

退化度量方法是通过对元器件的退化特征进行监测和分析，来评估其寿命和可靠性水平的方法。常见的退化度量方法包括了电学参数监测、物理特性监测、化学特性监测等。其中，电学参数监测是最常用的方法之一，它可以通过测量元器件的电学特性来评估其退化情况。例如，半导体器件的漏电流、击穿电压等参数可以反映其退化程度。物理特性监测则是通过测量元器件的尺寸、形态、重量等特性来评估其退化情况。化学特性监测则是通过测量元器件的化学成分、材料组成等特性来评估其退化情况。通过电学参数监测可以更加准确地评估元器件的退化情况。例如，某型号的电容器在使用过程中，其电容值会随着时间的增加而逐渐下降。通过对多个样品进行测试，可以得到如下的数据：在1000h内，电容值下降率为2.0%/h；在2000h内，电容值下降率为3.5%/h。通过对这些数据的分析，可以计算出该型号电容器的平均失效时间为2000/ln(3.5/2.0)≈2550h。这表明，在使用过程中，该型号电容器的电容值会逐渐下降，使用寿命约为2550h。因此，在实际应用中，需要注意控制使用条件，及时更换电容器等措施，以提高系统的可靠性。在实际应用中，需要根据元器件的特点和使用环境，选择合适的退化度量方法，并采取相应的措施来提高元器件的可靠性。

2.3失效分析方法

失效分析是通过对元器件失效原因进行分析，来识别和解决元器件故障的方法。常见的失效分析方法包括了物理分析、化学分析、电学分析等。其中，物理分析是最常用的方法之一，它可以通过对失效元器件的物理特性进行分析，来确定失效原因。例如，对失效的半导体器件进行显微镜观察、扫描电子显微镜观察等，可以确定其失效原因是金属线断裂、极耳脱落等。化学分析则是通过对失效元器件的化学成分、材料组成等特性进行分析，来确定失效原因。例如，对失效的电容器进行化学成分分析，可以确定其失效原因是电解液蒸发、电极腐蚀等。电学分析则是通过对失效元器件的电学特性进行分析，来确定失效原因。例如，对失效的电路板进行电学测试，可以确定其失效原因是元器件焊接不良、布线错误等。通过物理分析可以更加准确地确定元器件的失效原因。例如，某型号的半导体器件在使用过程中出现了短路故障。通过对多个失效样品进行物理分析，可以得到如下的数据：在失效样品中，有70%的样品出现了金属线断裂；有20%的样品出现了极耳脱落；有10%的样品出现了结构损坏等。通过对这些数据的分析，可以得出结论：该型号半导体器件的失效原因主要是金属线断裂，需要采取相应的措施来解决这个问题，如优化焊接工艺、改进材料品质等。失效分析是解决元器件故障的重要手段之一，通过对失效元器件的物理特性、化学成分、电学特性等进行分析，可以确定失效原因，从而采取相应的措施来解决问题。在实际应用中，需要根据元器件的特点和失效情况，选择合适的失效分析方法，并结合实际情况采取相应的措施。

结束语

综上所述，电子元器件的使用场景是无处不在的，提高电子元器件的可靠性必是大势所趋。近年我国建立的一系列的国家重点实验室使我国的科研和应用水平处在世界前列，因此，我们要不断增强电子元器件的质量与可靠性技术，在未来不断提高试验水平、攻克技术难关。

参考文献：

[1] 孙龙，胡湘洪，高春雨.可靠性发展历史与经验启示[J].电子产品可靠性与环境试验，2021，39（S2）：111-114.

[2] 罗雨薇，李晓红.基于电子元器件质量与可靠性技术及其研究进展[J].电子产品可靠性与环境试验，2021，39（06）：184-191.

[3] 罗道军，倪毅强，何亮，等.电子元器件失效分析的过去、现在和未来[J].电子产品可靠性与环境试验，2021，39（S2）：118-125.