In der modernen Gesellschaft ist die Luft- und Raumfahrtindustrie in vollem Gange. Nachdem die Menschen ihre Lektionen mit Blut und Erfahrung gelernt haben, konzentrieren sie sich zunehmend auf die Forschung und Erforschung der Zuverlässigkeitstechnik. Die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten ist die Grundlage der Zuverlässigkeitstechnik und zugleich die komplexeste Aufgabe darin. Von der Produktion über die Sekundärprüfung bis hin zur Installationsfehlerbehebung und endgültigen Anwendung ist die Gewährleistung der Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten von großer Bedeutung. Dieser Artikel fasst hauptsächlich die Arbeiten zur Zuverlässigkeitssicherung im Prozess der sekundären Komponentenprüfung zusammen.
Die Sekundärprüfung ist ein entscheidender Prozess zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Komponenten vor deren Installation. Eine unsachgemäße Bedienung und Absicherung bei der Sekundärabschirmung kann jedoch Gefahren für die Anwendung elektronischer Komponenten bergen oder direkt zu Ausfällen führen. Daher ist es bei sekundären Screening-Tests von entscheidender Bedeutung, die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten unter Aspekten wie Umweltschutz, Betriebsprüfung und sorgfältiger Handhabung, elektrostatischem Schutz und DPA sicherzustellen. & FA.
Elektronische Komponenten stellen besondere Anforderungen an ihre Betriebsumgebung, insbesondere hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit, elektrischer und mechanischer Belastung. Bei temperaturempfindlichen Geräten wie Temperatursensoren und Thermistoren sollten diese während der Lagerung und des Betriebs möglichst unter normalen Temperaturbedingungen gelagert werden. Während des Betriebs sollten sie nicht in Behältern mit hohem Wärmewiderstand und geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, da sonst abrupte Temperaturänderungen zu Geräteausfällen führen können oder anhaltende Hochtemperaturbedingungen zu thermischer Spannungsermüdung führen können.
Elektronische Bauteile sollten grundsätzlich mit Vorsicht behandelt werden (vorsichtiges Aufnehmen und Ablegen), da es sonst zu Formveränderungen oder Maßveränderungen kommen kann. Beim Einsetzen oder Entfernen von Komponenten aus Prüfvorrichtungen sollte übermäßige Kraft vermieden werden, da dies zu mechanischen Schäden oder mechanischer Spannungsermüdung führen kann. Unter der Voraussetzung, dass ein guter Kontakt gewährleistet ist, sollte die auf die Bauteilstifte ausgeübte Spannung minimiert werden.
Die Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung sollte nicht zu hoch sein, da es sonst zu Oberflächenkorrosion der Stifte oder einer Verschlechterung der elektrischen Leistung kommen kann. QJ2227-92
Anforderungen an die Lagerung und überfällige Nachprüfung elektronischer Komponenten für die Luft- und Raumfahrt
(Absatz A2) gibt die effektive Lagerdauer und Lagerumgebung für elektronische Komponenten an – je höher die Lagerfeuchtigkeit, desto kürzer die effektive Lagerdauer.
Darüber hinaus sollten strahlungsempfindliche Geräte wie optoelektronische Geräte von Strahlungsquellen ferngehalten werden, um Strahlenschäden zu vermeiden.
Quellen statischer Elektrizität
: Statische Elektrizität hat verschiedene Quellen. Zu den üblichen Quellen im täglichen Leben zählen Triboelektrifizierung, induzierte Elektrizität, menschliche Körper und Staub. In der industriellen Produktion entstehen durch mechanische Bewegungen, elektromagnetische Induktion usw. leicht statische Aufladungen, sodass auch auf mechanischen Objekten statische Aufladungen vorhanden sein können.
Darüber hinaus können durch die Abstrahlung und Absorption von Energiequanten auch Ladungen entstehen. In Materialien, insbesondere Halbleitermaterialien, führt die Absorption entsprechender Energiequanten dazu, dass Ladungen im Valenzband in das Leitungsband springen und freie Ladungen entstehen. Alternativ können Strahlungsenergiequanten dazu führen, dass Ladungen im Leitungsband in das Valenzband springen, wodurch die Anzahl der Ladungen im Leitungsband reduziert wird und ein Ladungsungleichgewicht entsteht. Das schematische Diagramm ist wie folgt:
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Einführung in Modelle und Klassifizierung elektrostatischer Entladung (ESD)
: International kann ESD grob in drei Hauptmodelle eingeteilt werden: Human Body Model (HBM), Machine Model (MM) und Discharge Model. Der HBM hat einen relativ großen äquivalenten Widerstand, während der MM einen etwas kleineren äquivalenten Widerstand hat. Das Entladungsmodell bezieht sich auf Entladungen, die durch induzierte statische Ladungen verursacht werden. Dazu können das Charged Device Model (CDM), das Electric Field Induction Model und das Charged Chip Model gehören. Mit dem Aufkommen von Nanogeräten und der Weiterentwicklung von Halbleiterprozessen im Nanomaßstab wird der Einfluss des Entladungsmodells auf elektronische Komponenten immer deutlicher.
Die ESD-Empfindlichkeitsstufen werden nach Komponententyp und elektrostatischer Empfindlichkeit klassifiziert. Gemäß GB1649-93
Leitfaden zur Kontrolle elektrostatischer Entladungen in elektronischen Produkten
, sie sind in Level 1 (0–1999 V), Level 2 (2000 V–3999 V) und Level 3 (4000 V–15999 V) unterteilt.
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Zu den elektrostatisch gefährdeten Komponenten der Stufe 1 zählen im Allgemeinen Mikrowellengeräte, diskrete MOS-Feldeffekttransistoren, Oberflächenwellengeräte (SAW), Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs), ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs), Präzisions-Zenerdioden, Operationsverstärker, Dünnschichtwiderstände, integrierte Schaltkreise, Hybridschaltungen mit Komponenten der Stufe 1 und sehr schnelle integrierte Schaltkreise (VHSIC).
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Zu den empfindlichen Komponenten der Stufe 2 zählen Komponenten und Mikroschaltungen, die durch Testdaten als Stufe 2 identifiziert wurden, Präzisionswiderstandsnetzwerke, Hybridschaltungen mit Komponenten der Stufe 2 und bipolare Transistoren mit geringem Stromverbrauch (Ptot < 100 mW, Ic < 100mA).
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Zu den Komponenten und Mikroschaltungen der Stufe 3 gehören solche, die durch Testdaten als Stufe 3 identifiziert wurden, Kleinsignaldioden mit Ptot < 1W oder Io < 1A, Siliziumgleichrichter mit allgemeinen Anforderungen, optoelektronische Geräte und Chipwiderstände.
Bei Komponenten mit unterschiedlichen Antistatik-Niveaus sollte dem Antistatik-Schutz entsprechend mehr Aufmerksamkeit geschenkt und entsprechende Antistatik-Maßnahmen ergriffen werden.
Elektrostatische Schäden und Schutz
: Elektrostatische Schäden betreffen hauptsächlich die isolierten Gates von Feldeffekttransistoren, Peripheriegeräte von Schaltkreisen (wie Schutzdioden), Dünnschichtwiderstände und metallisierte Streifen. Schwere Schäden können direkt zum Ausfall oder zur Zerstörung des Geräts führen. Bei einigen durch statische Elektrizität beschädigten Schaltkreisen sind bei Sichtprüfungen oder Tests elektrischer Parameter möglicherweise keine Probleme erkennbar, und kleinere Schäden werden möglicherweise auch bei Tests und Messungen elektrischer Parameter nicht erkannt, sodass bei der Geräteanwendung verborgene Gefahren bestehen. Nach elektrostatischen Schäden können Fehlermodi wie offene Stromkreise, Kurzschlüsse, Verschlechterung der Kennlinien, erhöhter Rückstrom und verschlechterte Frequenzeigenschaften auftreten. Daher ist der elektrostatische Schutz auch in Sekundär-Screening-Laboren von entscheidender Bedeutung.
Neben der Einhaltung der Bestimmungen und Anforderungen der einschlägigen Normen und Spezifikationen sollten beim Schutz vor elektrostatischer Aufladung auch die Quellen statischer Elektrizität und die Bedingungen für elektrostatische Entladungen berücksichtigt werden.
Die zerstörende physikalische Analyse (DPA) und die Fehleranalyse (FA) sind neue technische Disziplinen, die in der Zeit gegen Ende des Zweiten Weltkriegs entstanden. Im Ausland wurde bereits in den 1950er Jahren mit der Erforschung von Zuverlässigkeitstechnologien begonnen, während China bereits in der frühen Phase der Reform und Öffnung mit der Entwicklung dieser Technologien begann.
Fehleranalyse (FA)
Von den späten 1960er bis zu den frühen 1970er Jahren waren die USA Das Militär hat ein Programm zur Qualitätssicherung von Komponenten eingeführt, das sich auf die Fehleranalyse konzentriert. Durch die Identifizierung von Problemen bei der Herstellung und Prüfung, die Ermittlung der Ursachen durch Fehleranalyse, die Verbesserung von Design, Prozessen und Management und die anschließende Wiederholung des Zyklus aus Herstellung, Prüfung, Analyse und Verbesserung sank die Ausfallrate integrierter Schaltkreise innerhalb von 6–7 Jahren von 7×10⁻⁵/h auf 3×10⁻⁹/h – eine Reduzierung um vier Größenordnungen. Dies unterstützte erfolgreich das Interkontinentalraketenprogramm Minuteman II und das Apollo-Mondlandungsprogramm. Es ist offensichtlich, dass FA bei großen Ingenieurprojekten eine unverzichtbare Rolle spielt.
Zusammenfassend sind die Hauptrollen von FA wie folgt:
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Erhalten Sie durch FA Theorien und Ideen zur Verbesserung von Design, Prozessen oder Anwendungen.
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Leiten Sie Formeln für prädiktive Zuverlässigkeitsmodelle ab, indem Sie die physikalischen Phänomene verstehen, die zu Ausfällen führen.
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Bieten Sie theoretische Grundlagen und praktische Analysemethoden für Zuverlässigkeitstestbedingungen (wie beschleunigte Lebensdauertests und Screening).
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Bieten Sie eine Entscheidungsgrundlage für die Ablehnung einer gesamten Charge von Komponenten, wenn es in der Konstruktion um Komponentenprobleme geht.
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Durch die Implementierung von Korrekturmaßnahmen auf Basis von FA können Ertrag und Zuverlässigkeit verbessert, Ausfälle bei Systemtests und im Betrieb reduziert und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.
Zerstörende Physikalische Analyse (DPA)
DPA ist als ergänzendes Mittel zur Fehleranalyse ein Test, der von einem autorisierten Dritten oder dem Benutzer während der Abnahmeprüfungen der Produktlieferung durchgeführt wird. Seine Hauptfunktion besteht in der Analyse qualifizierter Komponenten.
Rollen der DPA
: Die Reduzierung von Defekten ist ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit zur Fabrikzuverlässigkeit. Auch qualifizierte Produkte können Mängel aufweisen. Die Analyse qualifizierter Produkte mit denselben technischen Methoden wie bei der Fehleranalyse hilft bei der Untersuchung und Bewertung von Defekten in elektronischen Komponenten mit guter Leistung. Bei sekundären Screening-Tests können durch die Entnahme von Stichproben qualifizierter Produkte zur Analyse Defekte in elektronischen Komponenten frühzeitig erkannt und den Herstellern Feedback zur Verbesserung ihrer Produktionsprozesse gegeben werden. DPA hilft bei der Identifizierung abnormaler Chargenprodukte und stellt die Zuverlässigkeit der in der Ausrüstung installierten Komponenten sicher.
Beispielsweise wurden bei der DPA-Prüfung einer Charge importierter integrierter Schaltkreise durch ein bestimmtes Luft- und Raumfahrtinstitut sowohl in den entnommenen als auch in zusätzlichen Proben Risse festgestellt, die nicht den Standardanforderungen entsprachen (siehe Abbildung 2). Bei DPA-Stichprobentests bestimmter Haushalts-Glimmerkondensatoren wurden bei vielen Geräten große Hohlräume zwischen den Anschlusselektroden und den Glimmerplatten festgestellt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, Komponenten mit Chargenfehlern auszusortieren und so die Zuverlässigkeit von Luft- und Raumfahrtprodukten besser zu gewährleisten.
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Im Allgemeinen spielt die Durchführung von DPA und FA in sekundären Screeningtests eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Qualität und Verbesserung der Zuverlässigkeit wichtiger technischer Produkte.
Bei der Komponentenprüfung und -prüfung können folgende Fehlerarten auftreten:
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Erkennungsfehler elektronischer Komponenten aufgrund falscher Programmeinstellungen;
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Komponentenfehler durch Anschluss mit falscher Polarität;
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Komponentenausfälle durch falsche Signale;
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Komponentenausfälle durch Überspannung der elektrischen Spannung;
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Ausfälle elektronischer Komponenten aufgrund unsachgemäßer Verwendung von Adaptern;
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Mechanische Belastungsfehler durch unsachgemäße Ein- und Aussteckmethoden;
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Versehentliche Umkehrung der Polarität einiger polarer Komponenten während der Lagerung.
Es gab tatsächlich Fälle dieser Phänomene. So brannte beispielsweise in einem bestimmten Institut aufgrund unzulässiger Programmeinstellungen während eines Tests eine Triode durch; eine Fabrik stellte bei der Systemfehlerbehebung Fehler in Tantal-Elektrolytkondensatoren fest und die Untersuchung ergab, dass bei einer der Komponenten in der Nähe der verwendeten während der Lagerung versehentlich die Polarität umgekehrt worden war.
