В современном обществе аэрокосмическая отрасль развивается полным ходом. Усвоив уроки, полученные ценой крови и опыта, люди все больше внимания уделяют исследованиям и разработкам в области техники надежности. Надежность электронных компонентов является основой техники надежности и самой сложной ее задачей. Обеспечение надежности электронных компонентов имеет большое значение — от производства до вторичной проверки, отладки при монтаже и окончательного применения. В данной статье в основном обобщены работы по обеспечению надежности в процессе вторичной проверки компонентов.
Вторичная проверка — важнейший процесс обеспечения надежности компонентов перед их установкой. Однако неправильная эксплуатация и защита при вторичном скрининге могут оставить скрытые опасности для применения электронных компонентов или напрямую привести к отказам. Поэтому при вторичных скрининговых испытаниях крайне важно обеспечить надежность электронных компонентов с точки зрения таких аспектов, как защита от воздействия окружающей среды, проверка эксплуатации и бережное обращение, электростатическая защита и DPA. & FA.
Электронные компоненты предъявляют особые требования к среде эксплуатации, особенно в отношении температуры, влажности, электрических и механических напряжений. Чувствительные к температуре устройства, такие как датчики температуры и термисторы, следует хранить и эксплуатировать при нормальных температурных условиях как можно дольше. При эксплуатации следует избегать их размещения в контейнерах с высоким термическим сопротивлением и плохой теплопроводностью, в противном случае резкие перепады температур могут привести к выходу устройства из строя, а длительное воздействие высоких температур может привести к усталости от термических напряжений.
С электронными компонентами следует обращаться осторожно (осторожно поднимать и класть их на место), в противном случае возможна деформация формы или изменение размеров. При установке или извлечении компонентов из испытательных приспособлений следует избегать приложения чрезмерных усилий, так как это может привести к механическим повреждениям или усталости от механических напряжений. При условии обеспечения хорошего контакта необходимо свести к минимуму нагрузку на выводы компонентов.
Влажность при хранении не должна быть слишком высокой, в противном случае может возникнуть поверхностная коррозия контактов или ухудшение электрических характеристик. QJ2227-92
Требования к хранению и просроченной повторной проверке электронных компонентов аэрокосмического назначения
(Пункт А2) определяет эффективный срок хранения и среду хранения электронных компонентов — чем выше влажность при хранении, тем короче эффективный срок хранения.
Кроме того, радиационно-чувствительные устройства, такие как оптоэлектронные приборы, следует хранить вдали от источников излучения, чтобы предотвратить радиационное повреждение.
Источники статического электричества
: Статическое электричество возникает из разных источников. В повседневной жизни распространенными источниками являются трибоэлектризация, наведенное электричество, человеческие тела и пыль. В промышленном производстве статические заряды легко возникают из-за механического движения, электромагнитной индукции и т. д., поэтому статические заряды могут присутствовать и на механических предметах.
Более того, излучение и поглощение квантов энергии также может генерировать заряды. В материалах, особенно полупроводниковых, поглощение соответствующих квантов энергии приводит к переходу зарядов из валентной зоны в зону проводимости, образуя свободные заряды. Альтернативно, кванты энергии излучения могут вызвать переход зарядов из зоны проводимости в валентную зону, что приведет к уменьшению количества зарядов в зоне проводимости и возникновению дисбаланса зарядов. Принципиальная схема выглядит следующим образом::
[Изображение]
Введение в модели и классификацию электростатического разряда (ЭСР)
: На международном уровне ЭСР можно условно разделить на три основные модели: модель человеческого тела (HBM), модель машины (MM) и модель разряда. У HBM относительно большое эквивалентное сопротивление, тогда как у MM оно немного меньше. Модель разряда относится к разряду, вызванному индуцированными статическими зарядами, которая может включать модель заряженного устройства (CDM), модель индукции электрического поля и модель заряженного чипа. С развитием наноустройств и переходом полупроводниковых процессов в наномасштабы влияние модели разряда на электронные компоненты будет становиться все более заметным.
Уровни чувствительности к электростатическому разряду классифицируются в зависимости от типов компонентов и электростатической чувствительности. Согласно GB1649-93
Схема контроля электростатического разряда в электронных изделиях
, они делятся на Уровень 1 (0–1999 В), Уровень 2 (2000 В–3999 В) и Уровень 3 (4000 В–15999 В).
-
К электростатически чувствительным компонентам уровня 1 обычно относятся микроволновые устройства, дискретные полевые МОП-транзисторы, устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ), полевые транзисторы с p-n-переходом (JFET), приборы с зарядовой связью (ПЗС), прецизионные стабилитроны, операционные усилители, тонкопленочные резисторы, интегральные схемы, гибридные схемы с использованием компонентов уровня 1 и сверхбыстродействующие интегральные схемы (VHSIC).
-
К чувствительным компонентам уровня 2 относятся компоненты и микросхемы, идентифицированные как Уровень 2 по данным испытаний, прецизионные резисторные сети, гибридные схемы с использованием компонентов уровня 2 и маломощные биполярные транзисторы (Ptot < 100 мВт, Ic < 100мА).
-
Компоненты и микросхемы уровня 3 включают те, которые идентифицированы как уровень 3 по данным испытаний, малосигнальные диоды с Ptot < 1W или Ио < 1А, кремниевые выпрямители с общими требованиями, оптоэлектронные приборы и чип-резисторы.
Для компонентов с разным уровнем антистатичности следует уделять соответственно больше внимания антистатической защите и принимать соответствующие антистатические меры.
Электростатические повреждения и защита от них
: Электростатическому повреждению в основном подвергаются изолированные затворы полевых транзисторов, периферийные устройства схем (например, защитные диоды), тонкопленочные резисторы и металлизированные полосы. Серьезные повреждения могут напрямую привести к поломке или разрушению устройства. В некоторых схемах, поврежденных статическим электричеством, проблемы могут не проявляться при визуальном осмотре или проверке электрических параметров, а незначительные повреждения могут не быть обнаружены даже при испытаниях и измерении электрических параметров, что создает скрытые опасности для применения устройства. После электростатического повреждения могут возникнуть такие виды отказов, как обрывы цепи, короткие замыкания, ухудшение характеристик, увеличение обратного тока и ухудшение частотных характеристик. Поэтому электростатическая защита также имеет решающее значение в лабораториях вторичного скрининга.
Помимо соблюдения положений и требований соответствующих стандартов и спецификаций, электростатическая защита должна также учитывать источники статического электричества и условия возникновения электростатических разрядов.
Разрушающий физический анализ (DPA) и анализ отказов (FA) — это новые инженерные дисциплины, зародившиеся в конце Второй мировой войны. Зарубежные страны начали исследовать технологии повышения надежности в 1950-х годах, тогда как Китай начал разрабатывать их на раннем этапе реформ и открытости.
Анализ отказов (FA)
С конца 1960-х до начала 1970-х годов в США военные приняли программу обеспечения качества компонентов, основанную на анализе отказов. Благодаря выявлению проблем в процессе производства и испытаний, поиску причин с помощью анализа отказов, совершенствованию конструкции, процессов и управления, а затем повторению цикла производства, испытаний, анализа и усовершенствования интенсивность отказов интегральных схем снизилась с 7×10⁻⁵/ч до 3×10⁻⁹/ч в течение 6–7 лет, то есть на четыре порядка. Это успешно поддержало программу создания межконтинентальных ракет Minuteman II и программу высадки на Луну «Аполлон». Очевидно, что ФА играет незаменимую роль в крупных инженерных проектах.
Подводя итог, можно сказать, что основные роли ФА заключаются в следующем::
-
Получите теории и идеи по улучшению дизайна, процессов или приложений с помощью ФА.
-
Выведите формулы модели прогностической надежности, поняв физические явления, вызывающие отказы.
-
Предоставить теоретическую основу и практические методы анализа условий испытаний на надежность (таких как ускоренные испытания на долговечность и скрининг).
-
Обеспечить основу для принятия решения о том, следует ли отбраковывать целую партию компонентов при решении проблем с компонентами в проектировании.
-
Реализация корректирующих мер на основе FA может повысить производительность и надежность, сократить количество сбоев во время тестирования и эксплуатации системы, а также достичь значительных экономических выгод.
Разрушающий физический анализ (DPA)
DPA, как дополнительное средство анализа отказов, представляет собой тест, проводимый авторитетной третьей стороной или пользователем во время приемочных испытаний продукции. Его главная особенность — анализ квалифицированных компонентов.
Роли DPA
: Сокращение количества дефектов является ключевой частью работы по обеспечению надежности завода. Даже сертифицированная продукция может иметь дефекты. Анализ квалифицированной продукции с использованием тех же технических методов, что и анализ отказов, помогает исследовать и оценивать дефекты в электронных компонентах с хорошими характеристиками. При вторичных скрининговых испытаниях отбор проб сертифицированной продукции для анализа позволяет легко обнаружить дефекты в электронных компонентах на ранней стадии, предоставляя производителям обратную связь для улучшения их производственных процессов. DPA помогает выявлять нестандартные партии продукции, обеспечивая надежность компонентов, установленных в оборудовании.
Например, в ходе испытаний партии импортных интегральных схем, проводимых одним из аэрокосмических институтов, на контрольных и дополнительных образцах были обнаружены трещины, не соответствующие нормативным требованиям, как показано на рисунке 2. В ходе выборочных испытаний DPA некоторых отечественных слюдяных конденсаторов было обнаружено, что во многих устройствах имеются большие пустоты между клеммными электродами и листами слюды, как показано на рисунке 3. Эти результаты помогают отбраковывать компоненты с дефектами партии, тем самым лучше обеспечивая надежность аэрокосмической продукции.
[Изображения]
В целом, проведение DPA и FA при вторичных скрининговых испытаниях играет значительную роль в обеспечении качества и повышении надежности основных видов продукции машиностроения.
В процессе проверки и тестирования компонентов могут возникнуть следующие типы неисправностей::
-
Обнаружение сбоев электронных компонентов из-за неправильных настроек программы;
-
Неисправности компонентов, вызванные подключением с обратной полярностью;
-
Отказы компонентов, вызванные неправильными сигналами;
-
Отказы компонентов, вызванные превышением допустимого электрического напряжения;
-
Выход из строя электронных компонентов из-за неправильного использования адаптеров;
-
Механические повреждения, вызванные неправильными методами подключения/отключения;
-
Случайное изменение полярности некоторых полярных компонентов во время хранения.
Были реальные случаи подобных явлений. Например, в неком институте из-за необоснованных настроек программы при испытаниях сгорел триод; на заводе при отладке системы были обнаружены неисправности в танталовых электролитических конденсаторах, а расследование показало, что у одного из компонентов рядом с отработанными случайно перепутали полярность во время хранения.
