检验心得 | 电子元器件检测类别简析
电子元器件是保证设备指标的重要组成单元。电子元器件从生产到报废为止的整个寿命周期内，其可靠性变化呈现一定的规律。大量实践证明大多数电子元器件的失效率是时间的函数，若以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标，选取失效率来描述电子元器件的可靠性特征，形状呈两头高、中间低的一条失效率通用曲线，也称为“浴盆曲线”。“浴盆曲线”具有明显的阶段性可划分为三个阶段：早期失效阶段，偶然失效阶段，严重失效阶段。依据“浴盆曲线”的阶段性特征，检测在不同阶段又分为首次筛选、二次筛选、破坏性物理分析、结构分析（适用时）、鉴定检验、质量一致性检验，在各阶段开展的检测工作，见图1所示。
图1 各类检测在“浴盆曲线”各阶段开展时机
筛选（首次筛选）
从浴盆曲线可知，在早期失效期内的失效率随时间增加而迅速下降，使用寿命期或称偶然失效期内的失效率基本不变。所以，筛选过程就是促使元器件提前进入失效率基本保持常数的使用寿命期，也即相当于纵坐标轴平行右移，去掉了失效率高的早期失效期。
元器件的失效率与筛选时间、应力量值有关。通常元器件失效率随筛选时间的增加而下降，随应力量值的增加（在合理范围内的增加，所谓“合理”是指不改变原有的失效机理，不增加新的失效模式）而下降。筛选试验不能提高电子元器件的固有可靠性，只能提高使用可靠性。从“浴盆曲线”可知筛选不能改变曲线的形状和量值，元器件的失效率曲线是设计、生产工艺决定的，但能改变元器件开始使用的起点，通过筛选可提前进入失效率较低的使用寿命期；元器件筛选的应力量值选择应能最大限度剔除早期失效，又不会产品造成损害。应力值太小造成欠筛选，应力值过大造成过筛选，改变原有的失效机理增加新的失效模式，所以对电子元器件产品具有破坏性的试验不得列为筛选项目，所施加的（电应力、机械应力、环境应力等）不得超过产品规范规定的额定应力。
筛选的总原则是根据元器件的特性参数、生产工艺状况，从设计、材料、 工艺方面可能存在的缺陷故障模式分布选择有效的筛选项目和方法。军用国产元器件开展筛选可依据GJB7243-2011《军用电子元器件筛选技术要求》进行。GJB7243-2011标准规定了电阻器、电容器、敏感元件、滤波器、熔断器、开关、电连接器、继电器、磁性元件、频率元器件、半导体分立器件、集成电路、光电子器件、电线电缆等军用电气、电子和机电元器件的筛选方法、程序和与筛选有关的其他技术要求。
标准规定了I、Ⅱ、Ⅲ三个筛选等级：Ⅰ级是最高水平的筛选等级，相当于半导体器件中的S(K、JY)级或有可靠性指标(质量等级)失效率等级不低于S级、宇航级等高可靠元件的筛选；Ⅱ级是中等水平的筛选等级,相当于半导体器件中的B(H、JCT)级或有可靠性指标(质量等级)失效率等级为R级、P级中档元件的筛选；Ⅲ级是一般水平的筛选等级，相当于半导体器件中的 B1(JT、G)级或有可靠性指标(质量等级)失效率等级为M 级以及无可靠性指标(质量等级)的一般元件的筛选。元器件生产方或使用方可根据对元器件的可靠性要求以及经济性等综合因素，选择相应的筛选等级。
筛选（二筛）
电子元器件的补充筛选（二次筛选）是电子元器件生产单位按现有标准规范所做的筛选试验不能满足装备对配套元器件质量控制要求时，采取的一种补充手段。通过补充筛选以确定元器件满足装备的要求。
对于验收合格的元器件，当供货方已做的筛选试验不能满足装备对元器件质量控制要求时，电子元器件的使用方可进行补充筛选(二次筛选)。补充筛选(二次筛选)的项目和条件，应根据装备使用要求和环境条件确定，过严的补充筛选条件，有可能对电子元器件造成损伤，留下质量隐患，甚至会淘汰能满足装备需要的元器件，过松的筛选条件，又会使一些不满足装备要求的元器件顺利通过筛选，从而降低了装备的质量与可靠性。
破坏性物理分析
破坏性物理分析（Destructive Physical Analysis）简称为 DPA ，是为验证元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足预定用途或有关规范的要求，按元器件的生产批进行抽样，对元器件样品进行解剖，以及解剖前后进行一系列检验和分析的全过程，用于判定是否有可能产生危及使用并导致严重后果的元器件批质量问题。开展破坏性物理分析可以依据GJB4027《军用电子元器件破坏性物理分析》进行。
电子元器件破坏性物理分析(DPA)技术是应工程需要，为保证电子元器件质量与可靠性而发展起来的。DPA 随机抽取同批次少量试验样品进行解剖、试验和分析，以验证元器件的材料、设计、工艺质量和结构是否满足相应规范的要求。对一个批次的元器件，抽样进行DPA是对元器件的补充筛选工作有益补充，也是及时剔除存在质量隐患元器件的一种有效技术手段。DPA一般应在元器件装机以前完成，只有当需要验证已装机元器件的质量时，可以抽取库存同一元器件生产单位生产、规格相同、生产批次相同或相近的元器件开展 DPA。当出现以下情形之一时，应考虑开展 DPA：（1）对重要仪器设备用元器件的验收、库存元器件超期复验以及需要验证已装机关键元器件质量时；（2）元器件的质量等级低于装备要求时；（3）未按装备要求进行补充筛选的元器件；（4）对发生质量问题的同批次其他元器件进行，以分析确认其失效原因；（5）超过贮存期的元器件。
结构分析
结构分析（Constructional Analysis，CA）从元器件各部分结构方面对元器件进行验证，对元器件制备过程中的薄弱环节及空间环境适用性进行评价，是验证元器件固有可靠性的一种分析方法。由于固有可靠性在元器件封装后已经固定，由元器件结构设计和生产过程工艺控制所决定。因此，成型的元器件结构中涵盖着较多可靠性信息，包括结构设计的可靠性与合理性、生产工艺控制的合理性等。若上述方面存在问题，元器件的固有可靠性也随之降低。因此，在型号工程元器件装机前，在技术能力具备的条件下，需要对选用的元器件尤其是没有应用经历的元器件的固有可靠性进行验证，以达到降低元器件的使用风险、提高型号工程可靠性的目的。
开展结构分析可以依据GB/T 41032《宇航用元器件结构分析通用指南》进行。结构分析的工作流程一般包括确定分析对象、调查应用背景、获取产品设计信息、制定结构分析方案、实施结构分析、编制报告和评审报告等环节。结构分析的技术流程通常包含结构单元分解、要素识别、结构判别、结论分析以及建议措施五个方面。
（1）结构单元分解。结构单元指产品结构或功能的最小单元，将产品逐级分解成基础结构单元，对其开展可靠性分析与评价，同时也有利于基础结构单元的可靠性数据收集和累积技术经验，为往后类似结构单元的分析与评价，节约周期及降低成本。对产品整体结构的分解过程，按照功能单元和物理单元进行逐级分解，过程中应注意识别成熟的典型单元（不需要再分解到该部分的最小单元）及非成熟的新型单元。由于结构单元分解的正确性，将直接影响整个结构分析与否全面，同样也是后续分析工作开展的基础，所以分解过程还应注意各结构单元之间的界面及其匹配性，最后根据上诉分解的单元进行评价。
（2）要素识别。指影响产品可靠性和适用性结构单元的特征要素，而结构分析则需要把各结构单元的结构要素识别出来，如材料特性、工艺过程及物理特征等，作为后续分析与评价的关注重点。同时，每个结构单元的结构要素信息获取，都应有对应的评价方法，按照无损性检验到破坏性检验的顺序进行，从而形成结构分析的评价流程。另外，一些检验项目不是为了获取结构要素的结构信息，而是为了评价结构要素的可靠性，如耐溶剂、键合强度、芯片剪切、温度循环试验等类型的试验，所以两者务必结合起来。
（3）结构判别。对于结构的优劣评价判别，通常需要基于常见或典型结构进行，尤其是已经应用到宇航的典型结构，当与这些结构进行比对时，如符合结构特征要求，则可评价为“未见异常结构”，通过这种方式给出的判别是可信赖或是有说服力的。而典型结构的获取是依靠大量的经验积累及重组，也可参考成功应用经历产品的标准规范、结构信息、失效案例、验证试验及极限试验等方式获取。
（4）结论分析。结构分析的结论通常不能简单的给出“合格”或“不合格”，需要结合产品的结构特点及宇航应用条件，综合判断得出结论。结论一般分为以下3种：适合应用（可用）：产品结构与整机用户单位的典型结构相符，该结构有成功应用经历，风险较低，适合应用任务；特定范围可用（限用），产品结构存在一项或几项设计的结构可靠性问题，只能在特定应用条件下使用，结论中应明确限用条件或范围；不适合特定应用（禁止）：产品结构存在重大设计、结构可靠性等问题，应用在宇航型号上风险较高，需要重新设计或进行结构更改。
（5）建议措施。结构分析不仅仅限于给出结论、还应结合分析过程，把发现的问题或缺陷，向产品研制单位、保证机构及用户单位提出针对性的建议，如向研制单位提出产品需要改进和完善的具体方向；对保证机构，提出筛选、鉴定及针对性评价的方案和建议；对于用户单位，应给出产品的使用指导和建议。
鉴定检验
鉴定检验是指按照标准规定的程序和条件，对产品进行功能性能测试、封装可靠性、环境适应性和寿命可靠性等一组或多组检测试验，以验证产品的设计及生产能力是否满足标准规定的质量和可靠性要求。以半导体单片集成电路为例，开展鉴定检验可以依据GJB597《半导体集成电路通用规范》及GJB548《微电子器件试验方法和程序》进行，测试及试验项目如表2所示。
表2 鉴定检验
质量一致性检测（周期性检测）
质量一致性检测是产品提交用户前必须进行的可靠性试验，也是提交给用户产品批质量和可靠性是否符合相应采购标准或订货合同的验证试验，属于生产厂为提供用户具有一定质量和可靠性保证的产品的自主行为。以半导体单片集成电路为例，质量一致性检测规定的ABCDE五个组的测试/试验项目及要求与鉴定检验一致，用于周期性质量保证的交货验收依据。A组是对产品的功能性能进行测试；B组是对产品进行物理试验，考核封装工艺质量；C组是对产品进行稳态寿命试验，考核工作寿命可靠性。D组是对产品进行机械应力、环境应力试验，考核封装工艺质量；E组是对产品进行总剂量和单粒子试验，考核抗辐照质量。