提高电子元器件可靠性的探索与思考

提高电子元器件可靠性的探索与思考

冯东举,郑海玲,王刚,赵飞

西安北方光电科技防务有限公司 陕西省西安市 710043

摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，电子装置越来越趋向于复杂化，人们对电子装置的要求也越来越高。当前，可靠性高、速度快、消耗功率小和成本低等特点，已成为现代社会对电子元器件的新需要。电子元器件常指电器、仪表等设备的零部件，而电子系统一般由数量众多的电子元器件组成，通常人们通过将电子元器件进行串联来保证电子系统的稳定运行。其中，只要有一个电子元器件受到性能和环境等因素的影响发生故障，就会影响整个电子系统的运行。因此，电子系统中电子元器件的稳定性和可靠性尤为重要。

关键词：元器件；可靠性；检测维护

引言

作为电子设备重要组成，电子元器件质量、性能直接影响到电子设备功能发挥以及稳定运行。而要想实现电子设备功能的最大化体现，必须做到对电子元器件的正确、合理筛选，从众多的电子元器件检测、筛选出具备可靠性、稳定性的电子元器件，过滤、淘汰掉存在质量问题的元器件，进而保障电子设备的稳定运行。也正因此，进行元器件可靠性筛选的研究，对提升电子设备使用寿命有着重要现实意义。

1电子元器件产业链亟需融合发展

电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石，也是保障产业链供应链安全稳定的关键，广泛应用于智能终端、汽车电子、5G通信、物联网以及航空航天、能源交通、军事装备等领域，其质量、水平和可靠性直接决定了电子系统和整机产品的性能。目前，我国已成为全球电子元器件第一大生产国。“大部分产品产销量均居全球领先地位，本土供应链总体完善，产品门类较为齐全，基本可覆盖现有市场需求。”中国电子信息产业发展研究院副院长王世江介绍，近年来，我国电子元器件产业呈产销两旺态势，产业规模突破2万亿元。在政策引领下，产业构建自立自强基础电子生态的进程加快。同时，国产化步伐加快，自主保障水平明显提升。尽管如此，我国电子元器件产业大而不强的问题依然突出。王世江认为，主要表现在企业整体实力偏弱、自主创新能力不强等方面，“对标国际市场，供应链效率有待提高，供应链成本有待降低，行业集中度有待提升，产业发展缺乏有效载体；发展基础不牢，上游供应链保障能力较低；产业自主创新能力较弱，产品发展水平档次偏低”。当前，我国电子元器件产业发展瓶颈依然存在，必须突破核心技术这个难题。同时，建立电子元器件和集成电路国际交易中心、营造公平的营商环境、服务于本土产业和市场电子元器件和集成电路分销商、增强供应链的弹性和韧性等任务迫在眉睫。“交易中心更加注重加强买卖双方沟通，收集、整合、分析采购需求，打破客户和供应商之间不对称和信息延迟藩篱，交易更加透明高效。”中国电子副总经理陆志鹏表示，交易中心致力于畅通上下游对接渠道，利用大数据手段整合行业需求信息，促进上下游供需匹配。此外，交易中心将推动海关、金融、税务等数据协同与利用，联合海关、税务、银行等机构开展跨境业务，为企业提供供应链金融服务。设立电子元器件和集成电路检测认证及实验平台，加快完善相关标准体系，降低相关测试认证成本。

2提高电子元器件可靠性的探索与思考

2.1封装体材料

封装体材料指电子元器件的封装本体材料，选用要求如下：（1）对于同种封装外形的电子元器件，首先，优选塑封本体的电子元器件，其次，选择陶瓷本体的电子元器件。塑封电子元器件与印制板之间的热膨胀系数差异大小较陶瓷封装电子元器件与印制板之间的对应数值要小得多。封装体材料与印制板热膨胀系数差异越小，焊点连接的可靠性就越高，但塑封本体通常会引发吸收空气潮气最终导致内部分层、鼓包等问题，因此在选择塑封本体电子元器件时需要加强对电子元器件的潮湿敏感控制。（2）在选用陶瓷球栅阵列（ChinaBallGridArray,CBGA）器件时：1）了解器件厂家手册中各种型号的适用场合，以便根据产品的应用环境条件做出正确的选用；2）在恶劣的高低温环境中使用CBGA器件，首选器件封装体材料热膨胀系数的较高型号，避免选用热膨胀系数低的普通氧化铝陶瓷型号而导致应用恶劣环境时焊点可靠性无法满足器件的情况。

2.2加强元器件的检测与筛选

即使元器件装配工艺科学、产品设计合理，但其安全性、可靠性仍受到诸多因素的制约。对元器件进行筛选与测试，可以有效剔除早期失效元器件。在测试电路功能时，可采用功能测试、交流参数测试、直流参数测试，增加高温参数测试、低温参数测试、温度循环测试、电老炼测试或高温电老炼测试等方法确保器件的可靠性。同时，元器件使用方应与生产方增进沟通，使生产方了解自身使用要求及条件，增进对元器件的测试覆盖性，以确保元器件的可靠性。在电子元器件的筛选中，要注意质量控制，统筹兼顾，科学选择，简化设计，合理运用元器件的性能参数，发挥电子元器件的功能作用。在进行元器件的老化筛选时，应人为制造元器件早期工作条件，使元器件处在模拟的工作状态下，把早期失效的产品在使用前剔除，以提高产品的可靠性。检测前，应对电子元器件检测中常见问题及解决方案有一个全面的了解。要求有多种通用或专门测试仪器，针对一般性的电子设计或电子设备中使用的元器件，应运用万用表等普通仪表检测。在使用万用表进行检测时，要注意万用表的使用要求，正确地使用。

2.3采取温度控制法

分析元器件运行期间性能变化，大部分元器件失效的成因在于内部与表面发生物理化学反应而产生的。而针对物理化学反应的产生，与元器件温度变化存在直接联系，若在元器件运行期间，出现自身温度升高现象，会导致化学反应速度的加快，进而使得元器件失效的速度加快。所以，借助温度控制可加速元器件问题故障的暴露，进而达到有效筛选元器件的目的。当前温度控制法的应用，在半导体元器件中得到广泛应用，具体试验过程中利用温度控制可实现对元器件氧化层缺陷、键合不良、表面沾污等现象的体现。具体检测方式就是在高温环境下，将元器件存贮24~168h即可。因其温度控制法具有操作便捷、灵活、成本低等特点，所以成为现阶段元器件筛选的常用方式之一。另外，经过高温存贮后，元器件的各项参数可得到一定的稳定与强化。此外，在具体筛选期间进行温度应力与筛选时间的合理控制，可实现避免出现新的失效机理。

结语

电子产品的可靠性很大程度取决于电子元器件的可靠性。由于电子元器件的种类繁多，因此加强规范电子元器件的设计选型和质量控制具有极其重要的作用。电子元器件的选型是质量保证的源头，应尽量选用那些技术成熟、质量可靠、供货稳定的电子元器件。从促进电子产品装联可靠性的角度对电子元器件的选型提出了一套具体的要求，可供设计人员在选型时参考借鉴，对提升电子电子元器件的使用质量、确保电子产品研制生产任务顺利进行具有重要意义。

参考文献

[1]宋芳芳,恩云飞,吕东亚,等.一种基于试验和理论推导的金属材料高温弹性模量的提取方法[J].真空电子技术,2017(01):14-17.

[2]张倩.封装形式对电子元器件长期储存可靠性研究[J].电子元件与材料,2017,36(06):99-104.

[3]陈俊光,谷专元,何春华,等.MEMS惯性器件的主要失效模式和失效机理研究[J].传感器与微系统,2017,36(03):1-5+13.

[4]章晓文,吕红杰,何小琦,等.DC/DC电源模块可靠性评价方法研究[J].微电子学,2017,47(06):872-875.