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电子器件高温稳态寿命试验

一、前言

按照GJB 597A-96《半导体集成电路总规范》、CJB 548A-96《微电子器件试验方法和程序》、GJB33A-96《半导体分立器件总规范》和CJB 128-96《半导体分立器件试验方法》等国家军用标准的规定,对于军用电子器件的新产品必须进行“鉴定检验”,只有通过“鉴定检验”的新产品,才能进行小批量或批量生产。而且,在今后每次批量或小批量生产出来的批次产品,还必须进行“质量一致性检验”,只有通过“质量一致性检验”的产品,才能供给用户,交付使用,用到导弹、卫星等军用整机或系统上去。

 

然而,在上述多项标准规定的“鉴定检验”和“质量一致性检验”中,都有“高温1000h通电稳态寿命试验”(也称 “稳态工作寿命试验”)的要求。那末,军用电子器件为什么必须进行1000h 长时间的稳态寿命试验?如何通过试验来保证和提高产品质量?以及在不同或相同温度条件下,选择稳态寿命试验的最佳次数为多少等问题,本文拟作一分析和简述。

二、电子器件必须进行高温稳态寿命试验

1、国内外电子器件质量考核必做的试验项目据查,凡是国内外电子器件标准都对保证其质量问题提出了各种技术要求,并通过各种试验来保证和提高质量的,且这些规定都是经过实践、试验和教训取得的,有依据,符合客观规律。实践表明,按照标准的要求去做,电子器件的质量就能保证和提高。否则,器件就会出现故障,贻误战机,使整个系统失利。表1列出了国内外电子器件的寿命试验及其有关要求,以便于我们比较和分析。

从表1中可以看出,中国军标电子器件工作寿命试验及要求与美国军标的规定是相同的,而中国的加严“七专”规定2个1000h, 即功率老炼1000h,加上高温存贮1000h,比国军标还严。

再与欧洲空间局比较,它的“鉴定检验”是2000h,不过其失效判据放松了,是45 (1)、 30

(1)和22 (1)三档。其“交收检验”是1000h,判据是15 (1)、8 (1)和5 (1)三档,也是放松了。但比较分析表1中的各国标准,电子器件工作寿命试验至少要做1000h都没有变。

美国哈里斯公司于1993年首先提出小批量抽样寿命试验的方案,见表2。

由表2可见,抽样数与批量大小有关,批量大则抽样多,批量小,则抽样少。综观世界各国集成电路生产厂家,都是进行大量的稳态寿命试验。例如,哈里斯公司在1990年进行1000h、+125℃的各种CMOS器件的稳态寿命.试验共18组,22179支,失效126支: 1993 年进行1000h、 +125℃ 的高速CMOS、外延CMOS、80℃ 86RH和80℃ 85RH微型计算机的稳态寿命试验共10组,26922 支,失效24支。其目的都是为了保证器件的固有可靠性,从而提高并确保军用整机的应用可靠性。

2、通过试验可以发现问题,及时改进和提高电子器件的质量工作实践表明,电子器件在高温1000h稳态寿命试验中,能够发现问题,及时采取改进措施,从而达到提高产品质量的目的。

美国的一些公司在对电子器件作“质量一致性检验”即1000h, +125℃高温稳态寿命试验时,也有失效器件和不通过的批次。国内不通过的批次也较多。这说明125℃. 1000h 的寿命试验是很重要的。下面举几个例子可以说明这个问题。

例1:国内某厂对光敏二极管进行1000h额定功率(额定电流)寿命试验: 500h 时通过了; 750h时通过了; 1000h 时失效1支,即22 (1) 不通过。该厂对此进行认真分析,采取各种措施改进后,对新的批次,再进行1000h寿命试验,达到22 (0)合格通过了。

例2:我国某厂对瞬态电压抑制二极管进行寿命考核试验: +125℃高温反偏要求22 (0); +150℃高温存贮要求36(0)。试验结果表明,高温反偏:500h通过,750h 失效1支,1000h

又失效1支,是22(2)不通过。高温存贮: 500h 通过,750h 通过,而1000h失效1支是36 (1) 不通过。这是对一批民品进行试验,可见民品的可靠性较低。这也说明,高温寿命试验的必要性。

例3:我国北京某厂,进行国军标生产线考核验收、按照标准的规定,必须对该生产线生产的CMOS器件进行+125℃,1000h 的稳态寿命试验。第一次试验,500h 通过,1000h 不通过。厂内进行分析、研究和改进,再按“七专”再生产一批。第二次试验,500h 通过,1000h 不通过。召集厂内外专家进行讨论、分析和研究,再次作出改进后,按“七专”再生产一批,再试验500h通过,1000h通过了。按“七专”生产线验收规定,接着又生产了2批,这三批新产品,都是进行寿命试验,连续三批产品的寿命试验500h通过,1000h 通过,前后经过了8-9个月的攻关,在最后的验收会上,该总师认为、美国军标及中国军标,要求对电子器件进行+125℃、1000h 老炼考核很有道理也很有必要,这是因为500h考核试验,我厂早就通过多次,但器件工艺上存在的问题还没有暴露出来,只有通过1000h高温老炼才能充分暴露器件的某些内在质量问题,尽管我们的攻关耽误了进展,但是CMOS器件的内在质量提高了,我们提供用户的产品也就放心了。

通过上述三个厂对电子器件新产品的试验情况的对比和分析证明,电子器件稳态寿命试验必须在+125℃、1000h 条件下进行。如果按有的标准规定在+125℃、500h条件下进行考核试验,则不能发现电子器件深层次的问题。因此,航天用电子器件必须进行高温1000h稳态寿命试验,才能保证和提高新产品的质量。

3、可靠性试验

已经通过“鉴定检验”和“质量一致性检验"的电子器件产品,还要进行“可靠性试验”,目的是求得该批器件的失效率A,即其可靠性等级是六级可靠性(λ=10-6), 还是七级(λ=10-7) 或是八级(λ=10-8)。“可靠性试验” 要求更严、器件更多、时间更长、费用也更多。国外对电子器件的可靠性试验也很重视,美国、日本等国投人大量的经费、耗费大量的时间来进行这项工作,提出各种试验项目,来保证器件的质量。我国很多半导体器件也很重视电子器件的可靠性评价试验工作,进而促进国内电子器件质量的提高。

①美国有一种TAB工艺很先进,有许多优点,它可提高器件质量,还能提高生产能力,降低生产成本.使封装达到短、小、轻、薄,增加封装密度。但要正式使用,必须对该工艺生产的产品进行19项可靠性试验,或称"TAB 可靠性试验项目",见表3。其中,5个项目是1000h高温或低温条件下进行考核试验。

②日本日立、索尼公司生产的二极管做6项可靠性试验,而且都是在+125℃或+150℃、1000h 条件下进行额定电流下的老炼考核,从而保证了二极管的长寿命和高可靠,见表4。

③日本索尼公司对生产的5种二极管的型号产品共14000支进行4次1000h的试验,有的产品投人3000支管子进行寿命试验,取得了寿命试验数据,求出其失效率,为提高产品可靠性等级取得了依据,见表5。

④我国很多著名的“七专”半导体器件厂从1984年~1986年期间,在进行单批“七专”元器件的可靠性评价试验,大部分是六级,很少一部分是七级(如“七专”CMOS电路)。这些试验考核,大大促进了国内电子器件质量的提高。

4、在不同或相同温度条件下,选择稳态寿命试验的最佳次数问题为了保证电子器件的质量,在不同或相同温度条件下进行高温1000h稳态寿命试验几次为好呢?我们可以通过下面国内外几个单位的试验数据比较选择最佳试验次数。

①对电视机专用二片式集成电路(这是民品)通过三次100h考核试验,即:+85℃、1000h, 通电,额定功率老炼; +150℃、 1000h, 高温存贮; +40℃、85%~95%RH、1000h 高温存贮。民用电视机集成电路都要通过三次1000h的考核试验,那么军品、卫星导弹上用的集成电路要不要通过三次1000h试验呢?

②我国生产加严的“七专”器件也要进行2次1000h的考核试验,见表1所示和文中阐述。分析上述的情况,笔者认为,今后我国军用电子器件的高温稳态寿命试验至少应按加严"七专”技术条件进行2次1000h的试验考核,这样才能保证和提高电子器件的质量和高可靠。

三、结束语

电子器件的高可靠、长寿命是保证我国航天型号产品飞行成功的关键所在,是系统、分系统质量的基础。我们一定要按照标准的要求,必须进行高温1000h稳态寿命试验,保证和提高电子器件的质量,把基础打好、打牢,为促进航天技术的进一步和国防现代化做出应有的贡献。同时建议各级领导要重视这项工作,大力支持这项工作,加大投人,并通过对电子器件的“鉴定检验”、“质量一致性检验”和"可靠性试验中的1000h寿命考核试验",来提高和保证电子器件的固有可靠性。