晶體管器件失效原因與老化篩選原因

電子設備及儀器使用的電子元器件,一般需要在長時間連續通電的情況下工作,并且受到環境條件(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定性。 保證電子器件的質量和焊接質量,是整機生產中的兩個關鍵環節。

為了保證整機使用的電子器件的質量,必須在裝配前對它們進行嚴格的檢驗和老化篩選。一般電子器件在出廠前已進行,叫做”出廠老化”,但由于個使用行業的特殊要求,象軍工和煤礦這樣的企業,所以在使用前必須對器件進行進一步的老化篩選。

1、元器件失效的普遍規律和相應對策

元器件的可靠性是指元器件在規定的時間內(通常稱為保險期)，規定的條件下，完成規定的功能（或任務）能力。它是產品本身壽命和使用時產品質量的綜合體現。通常用失效率來定量的描述器件的可靠水平。失效率等于單位時間內產品的失效數和運用產品總數之比：

失效數

失效率= ——————————

運用總數×運用時間

失效率越低，說明元器件可靠性越高。

需要指出的是，元器件的電參數指標和性能穩定之間并沒有直接的聯系。電參數指標好的器件，可靠性不一定高；相反，電參數差的元器件，可靠性不一定低。元器件的電參數可以通過儀器儀表立即測量出來，但是元器件的可靠性和穩定性必須通過各種可靠性試驗，或者大量的（或長時間）使用后才能判斷。

大量同類元器件的失效可以分成三個階段：

1）早期失效期

新制造的電子器件，剛投入使用一段時間叫做早期失效。早期失效的特點是失效率高，但隨著工作時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過程中工藝措施不當造成的。

總的來說，早期失效是元器件本身設計和制造的缺陷而隱藏在內部的一種潛在故障。在使用中會繼續惡化，故障暴露出來而造成的失效。所以元器件的早期失效對使用者來說是十分有害的。在整機生產的工藝過程中，元器的老化篩選的主要目就是加速早期失效，使整機出廠前就進入到正常的使用階段，篩選掉早期失效的元器件，保證整機的可靠工作。

2）偶然失效期

電子元器件在早期失效器后，就進入到偶然失效期。這一階段的特點是失效率低而穩定，而表現的是偶然性質。這是元器件最好的工作階段。因為這一段使用時間長，所以也叫使用壽命期。一個好的集成電路，其偶然失效可達百萬小時以上。

在此期間的失效原因，可以看成是在某一時刻元器件所積累的應力（指對器件的功能有影響的各種因素，如溫度，電壓，電流和機械應力等）超過元器件對抗這些應力的強度。一般有下列三種情況：遭受突然的機械沖擊或熱沖擊引起引線斷脫等；因為大電流引起的結的損壞；環境變化超過了適用范圍，使元器件特性變化過大而不能工作，甚至失效。

對于上述情況，應從最壞的情況出發，考慮到元器件參數的可能變化的范圍進行電路設計，并考慮一些具體措施，如散熱通風措施和防電磁干擾措施等，以避免環境變化超過適用范圍。

3）損耗失效期

元器件經過正常使用其后，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和物理變化引起的，如管子內部引線鍵合點表面長期氧化而表面氧化使電阻增大，導致熱量過大而使鍵合點開路；又如表面化學反應，改變電子空穴的分布，產生反型層，形成導電溝道，使反向電流增大，參數變壞而使器件失效等。損耗失效是正常的自然規律，表明元器件已到額定使用期，對此采取的措施是定期更換

2、老化篩選的作用和內容

老化篩選的作用就是在于外加應力,將早期失效的元器件的潛在故障加速暴露,并及時篩除掉,以保證正常使用的電子元器件有較高的可靠性.外加應力可以是熱的,電的,機械的,或者多種應力的綜合。外加應力不可太小，否則達不到篩選效果；但也不能太大，否則引入新的失效原因。目前廣泛采篩選項目有：高溫存儲，高低溫沖擊，高溫功率老化，機械震動，離心加速度，撿漏，濕熱等等。對于使用企業的篩選，即使用篩選，不一定要全面的進行。實踐證明，以下幾種試驗項目能有效的發現早期失效的器件，故比較常用。優其是高溫功率老化試驗使用的最為普遍。

1）高溫存儲

這是一種以熱負載作為為應力的壽命試驗。它是在不同點的情況下，把元器件存放在高溫環境中一定時間的老化篩選。高溫對電子元件的影響，主要是電參數的變化、散熱困難、軟化、熔化、熱老化、化學分解和尺寸的變化等。高溫存儲的目的就是考核高溫對電子元件的影響，確定電子元件在高溫條件下工作和存儲的適應性。

元器件放在倉庫中不用，半年或一年拿出來復測，其參數也會變化。原因是元器件雖然不工作，但內部也會產生化學變化，高溫存儲就是要這樣的過程加快。高溫存儲的具體可以有以下幾種作用：加速晶片表面化學反應的進行；加速正離子運動過程，穩定參數；加速內引線壓焊點虛焊的氧化過程等。

有人做過試驗證明：在＋175℃溫度存放一小時的過程，相當于在室溫（＋25℃）下存放1000小時。一般的講，溫度越高，時間越長，效果越好;但也不宜過高、過長，否則元器件引線鍍層也會氧化、變色，不易上錫造成虛焊。一般，高溫存放的溫度在120℃－300℃之間，存放時間可以從幾十小時到幾百小時。試驗時，視對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，把元件進行低溫、高溫的交替存放，以檢驗元器件承受由低溫到高溫或由高溫到低溫這樣一個突變（熱脹冷縮的應力）的能力。它可以檢驗元器件中不同結構材料之間熱膨脹和冷收縮性能是否匹配。例如可以發現如下幾種潛在故障：晶片有裂紋、密封不好和內部引線壓焊質量不好等。

試驗的嚴格程度，取決于所用選用的高溫和低溫、高低溫下暴露時間的長短和循環次數等因數。實例：把元器件在＋125℃和－55℃的箱子里交替存放半小時，循環5次。轉換過程越快越好，最多不超過一分鐘。一般來說，經過3、5次循環沖擊，足以暴露早期失效的元件，而無損于完好的元器件。循環次數不要過多，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，模擬元器件在實際電路中的工作條件，再加上高溫（溫度在＋80℃－＋180℃之間）進行老化。這是一種很有效的篩選方法，它對于表面沾污、引線焊接不良、漏電、晶片裂紋、氧化層缺陷、存在著局部發熱點等元器件，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，使用企業沒有統一標準,推薦幾個方法：

1）二極管可在:+100℃、 -30℃各儲藏24小時。

其阻值和常溫相差大于±30％篩去不用

2）三極管

高溫儲存

硅管： ＋125℃，存放24小時。

鍺管： ＋70℃，存放24小時。

低溫儲存：

硅、管： －40℃～-45℃, 存放24小時。

高低溫沖擊：

硅管： ＋125℃～－45℃；

鍺管： ＋70℃～－45℃；

高低溫各存放半小時，循環三次，交替時間小于一分鐘。

常溫功率老化： 滿功率通電8小時。

3）數字集成電路

直流和動態參數初測。

高溫儲存： ＋125℃，存放72小時。

高低溫沖擊： ＋125℃――45℃ 各存放半小時， 循環5次，交替時間不小于1分鐘。

高溫功率老化： 通電帶滿負荷，老化溫度＋85℃，老化時間 72小時。

高溫動態電參數測試：電路不通電，在85℃穩定后進行動態參數復測，平均延遲時間變化不得超過20％。

靜態參數復測。

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