本節(jié)書摘來自華章社區(qū)《電子元器件的可靠性》一書中的第3章，第3.3節(jié)可靠性篩選試驗，作者王守國，更多章節(jié)內(nèi)容可以訪問云棲社區(qū)“華章社區(qū)”公眾號查看

3.3　可靠性篩選試驗
3.3.1　可靠性篩選的種類
可靠性篩選是提高產(chǎn)品可靠性的一項有效措施，所謂可靠性篩選試驗（Reliability Screening Test）是指為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效產(chǎn)品而進行的試驗，其目的顯然有兩個方面：其一，從批產(chǎn)品中挑選出高可靠性的產(chǎn)品，淘汰掉那些低劣的產(chǎn)品，將批產(chǎn)品按可靠性大小分類；其二，剔除那些具有潛在缺陷的早期失效產(chǎn)品，因此，篩選可分兩大類：普通篩選——主要剔除早期失效的產(chǎn)品；精密篩選——在普通篩選的基礎(chǔ)上進行的二次篩選，剔除參數(shù)漂移大的產(chǎn)品，以便得到高度可靠的產(chǎn)品。可靠性篩選所剔除的具有潛在缺陷的早期失效產(chǎn)品一般都是工藝缺陷和工藝過程中的差錯造成的，所以可靠性篩選有時也叫工藝篩選（Processing Technology Screening）。但是，必須特別指出，在生產(chǎn)過程中一般電子元器件的特性值分布在一定范圍內(nèi)，失效機理是確定的，因而可靠性篩選不能改變其失效機理。因此，可靠性篩選不能提高單個元件的可靠性（固有可靠性），只能將早期失效產(chǎn)品剔除或?qū)a(chǎn)品可靠性分成不同水平等級，從而提高批產(chǎn)品總的可靠性水平。所以高可靠性電子元器件產(chǎn)品的獲得主要依靠對電子元器件的可靠性設(shè)計和嚴格的工藝控制，而不依靠可靠性篩選。其實，在產(chǎn)品制造過程中，各個工藝質(zhì)量的檢驗、成品和半成品的電參數(shù)測試等也可看做篩選的過程。
可靠性篩選的方法很多，可以通過簡單觀測（例如，顯微鏡觀察、電參數(shù)測量）來檢查潛在的缺陷；也可以通過施加單個和多個環(huán)境壓力，使缺陷加以暴露，或通過施加其他應力來觀測或發(fā)現(xiàn)缺陷，或通過早期壽命試驗對參數(shù)的特征值測量來決定良品和不良品。有的方法通過對樣品施加應力，觀測元器件參數(shù)的變化來判斷缺陷（通常通過觀測對缺陷敏感的參數(shù)來判別），或間接地觀察元器件的應力集中情況，如機械變形、電應力和熱應力的集中等進行判斷，應力集中者多數(shù)為缺陷所在處，是不可靠或早期失效產(chǎn)品。
非破壞性篩選試驗必須100%進行篩選；如果試驗室是破壞性的，或者會產(chǎn)生蛻化現(xiàn)象，則應根據(jù)批量大小進行抽樣試驗。最理想的方法是在不另加外應力的情況下，即在普通狀態(tài)或工作應力狀態(tài)下，進行非破壞性檢驗，如目檢、X射線檢驗及電參數(shù)測量等。采用外加應力進行篩選時，應根據(jù)要求和元器件本身的失效機理采用不同的方法，使?jié)撛谌毕菀子诒┞丁?br />對于新型的元器件和可靠性極高的元器件，篩選試驗具有重要意義。特別是在空間技術(shù)和軍事上，往往為獲得高可靠元器件在篩選上花費很多經(jīng)費和時間。
理想的篩選不錯分一個產(chǎn)品，即不把可靠的產(chǎn)品當作早期失效的產(chǎn)品篩選掉，也不把潛在的早期失效產(chǎn)品錯分為可靠的產(chǎn)品。它們應滿足：剔除次品數(shù)等于實際次品數(shù)；好品剔除數(shù)（或損壞數(shù)）等于零。
事實上，這種理想的篩選是不存在的。但是，希望選用的篩選方法盡可能接近理想狀態(tài)。
根據(jù)篩選的性質(zhì)和所加的應力或所使用的儀器設(shè)備的不同，可靠性篩選試驗大致可分為四類：檢查篩選、密封性篩選、環(huán)境應力篩選和壽命篩選，如表3.8所示。

3.3.2　篩選方法的評價
為了比較各種篩選方法的優(yōu)勢，必須確定篩選方法好壞的標準。目前在電子元器件篩選中常使用下面三個指標來作為評價篩選方法好壞的尺度。

篩選淘汰率Q
篩選淘汰率是表示篩選剔除的產(chǎn)品數(shù)與被篩選產(chǎn)品總數(shù)的比值，即Q=篩選剔除的產(chǎn)品數(shù)被篩選產(chǎn)品總數(shù)　　顯然，不能認為篩選淘汰率越高，產(chǎn)品越可靠；也不能認為淘汰率越低越好。但是，它是能在一定程度上表征篩選方法及產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的尺度。如果淘汰率較高，有可能是因為篩選應力選擇不當，也可能是因為元器件的設(shè)計、工藝或材料上存在較大的缺陷，從而提醒試驗者的注意，并找出問題的所在。若篩選應力過大，可能將本來合格的產(chǎn)品誤判為不合格品；如果篩選淘汰率太小，可能因為篩選應力選擇過小，達不到剔除早期失效產(chǎn)品的目的。

國外在高可靠產(chǎn)品的技術(shù)標準中，一般都規(guī)定了篩選淘汰率的上限值，如美國軍用標準MIL-D-39001A云母電容器可靠性技術(shù)總規(guī)范中規(guī)定了篩選淘汰率不能大于8%，其他相應的規(guī)范中也規(guī)定了紙質(zhì)電容器淘汰率不大于5%，陶瓷電容器也是5%，碳膜和金屬電容器是3%。
2.篩選效率η
篩選效率表征篩選剔除的早期失效產(chǎn)品數(shù)占早期失效產(chǎn)品總數(shù)的比值，即η=篩選剔除的早期失效產(chǎn)品數(shù)早期失效產(chǎn)品總數(shù)=rR　　顯然這個比值越大說明早期失效產(chǎn)品被淘汰的越多，其越接近1，表示篩選方法越好。但是，實際存在的早期失效產(chǎn)品總數(shù)是未知的，因此使用篩選效率比較困難。另外，這里只考慮了不漏掉早期失效產(chǎn)品的要求，沒有考慮到不應將非早期失效產(chǎn)品淘汰掉的要求，其改進的表達式如下：E=rR1－n－rN－R式中，N為被篩選的產(chǎn)品總數(shù)；R為早期失效產(chǎn)品數(shù)；n為被篩選淘汰的產(chǎn)品總數(shù)；r為被篩選淘汰產(chǎn)品中的早期失效產(chǎn)品數(shù)。
3.篩選效果β
篩選效果表征產(chǎn)品經(jīng)過篩選后，失效率下降的相對幅度，即β=λN－λSλN式中，λN是篩選前的產(chǎn)品失效率；λS是篩選后的產(chǎn)品失效率。
試驗結(jié)果表明，當β=0.9時，篩選后產(chǎn)品失效率比篩選前大致下降了一個數(shù)量級，如果篩選能達到這樣的水平，就得到比較滿意的篩選效果。
3.3.3　篩選方法的理論基礎(chǔ)
篩選方法按其復雜程度分為4種：分布截尾篩選、應力強度篩選、老化篩選和線性鑒別篩選。
1.分布截尾篩選
分布截尾篩選的主要目的是要獲得與設(shè)計范圍相對應的元器件主要參數(shù)的均勻性，因此，必須規(guī)定受控制的元器件參數(shù)和實際元器件參數(shù)可接收的容差極限，這種篩選就是從一批元器件中剔除掉那些超出容差極限的產(chǎn)品。
如給定某元器件母體的初始參數(shù)值是一種概率分布函數(shù)，關(guān)鍵是如何在分布函數(shù)上確定滿足容差極限的截尾點，使之偏離質(zhì)量參數(shù)標準值的百分數(shù)在可接收的容差極限范圍內(nèi)。例如，某設(shè)備給定的全部電阻器初始電阻測量值應在標稱值的0.5%以內(nèi)，因此，10kΩ電阻器的容差極限為
R=10k±0.005×10k
即電阻值的范圍是從9.95kΩ到10.05kΩ，對有數(shù)個質(zhì)量參數(shù)的元器件可對每一種參數(shù)進行確定，這樣可得到一批經(jīng)過篩選的產(chǎn)品，使之所有初始參數(shù)測量值都在它們相應的容差極限范圍以內(nèi)。
從可靠性觀點來看，這類篩選屬于邊界容差特性的問題：假設(shè)初始測量值在邊界容差內(nèi)，此批元器件經(jīng)過篩選，是可靠的。
分布截尾篩選包括4個步驟：
1） 規(guī)定元器件進行篩選的質(zhì)量參數(shù)；
2） 確定每一個質(zhì)量參數(shù)的容差極限（以元器件預期應用的輸入、輸出關(guān)系為依據(jù)）；
3） 篩選出有一個或幾個初始參數(shù)值超出規(guī)定容差極限的元器件；
4） 求得每一個元器件的初始測量值。
2.應力強度篩選
這種篩選方法與上述方法的主要差別是，不僅要求得元器件的強度分布，而且要得出環(huán)境應力分布。當應力超過元器件強度就應該被剔除。應力強度篩選的目的是把強度測量值低于預期應用中的應力水平的元器件剔除，從而使可靠性提高。
在實際應用應力強度分析中常遇到兩個突出的問題：一是環(huán)境應力分布不易得到；二是強度分布是時間的函數(shù)。此外，環(huán)境應力往往有多種應力成分組成（如溫度、振動等），而各種應力成分在元器件上的效應不能簡單相加，它決定于各應力成分相互作用的功能。因此，強度分布既是時間的函數(shù)，又是作用于元器件上環(huán)境應力的函數(shù)。
顯然，應力強度篩選問題的實質(zhì)是確定元器件強度的初始值s，使所有測量值小于s的元器件都能被剔除。篩選標準值s的選擇決定于所期望的應用環(huán)境應力和所期望的強度分布變化，此強度分布變化是應力的函數(shù)。
單位應力內(nèi)的可靠度可為ΔR=∫∞sf(s)dsE(s)Δs其中，f(s)為元器件強度的概率密度函數(shù)，E(s)為環(huán)境應力的概率密度函數(shù)，所以R=∫∞0∫∞sf(s)dsE(s)ds對于上述一般式很難求解，如果f(s)和E(s)是正態(tài)分布函數(shù)，R可以通過變量μ=(s2－s1)來s求解。其中，s2為元件強度，s1為應力強度。顯然，當μ=s2－s1>0時，則不會發(fā)生失效。
應力強度篩選的步驟是：
1） 確定待篩選元器件的強度測量值分布；
2） 規(guī)定在預期應用中作用到元器件上的應力變量；
3） 將數(shù)個應力變量組合成等效變量；
4） 確定環(huán)境應力測量值E(s)的分布；
5） 按設(shè)定的可靠度要求，確定標準值s；
6） 剔除強度測量值小于s的元器件。
3.老化篩選
老化篩選的目的是在短期環(huán)境應力組合或負荷應力組合試驗基礎(chǔ)上消除劣等或有潛在缺陷等可靠性低的元器件（如早期失效產(chǎn)品）。老化篩選的理論是：假設(shè)產(chǎn)品在應力的作用下產(chǎn)生強度的變化（退化），并且通過篩選試驗應力作用后的元器件由兩部分組成，一部分是優(yōu)等元器件，圖3.7老化試驗模型的基礎(chǔ)它們具有高平均強度和小變差的強度測量值分布；一部分是劣等元器件，其具有相對較低的強度測量值分布，試驗過程如圖3.7所示。并且，根據(jù)其失效機理確定相應的靈敏參數(shù)作為失效指示判據(jù)。采用提高應力的辦法，加速劣等元器件的失效。

在偶然失效期，如果長時間加熱或施加電應力，會有如圖3.7c的變化，一旦進入耗損失效期，曲線變化會很快成為⑤的形狀，不合格產(chǎn)品會大幅度增多。為了得到理想的篩選，應該通過失效分析，明確主要的失效模式，了解對此失效模式最敏感的應力，從而確定圖3.7b在哪種應力下最容易發(fā)生，在這個基礎(chǔ)上確定篩選方法和條件。其篩選步驟為：
1） 鑒別受篩選的元器件的失效機理；
2） 確定指示失效的測量參數(shù)；
3） 規(guī)定應力水平和老化試驗周期；
4） 建立篩選標準；
5） 進行試驗，篩掉參數(shù)測量值超出容差極限的元件。
4.線性鑒別篩選
線性鑒別篩選是在老化篩選基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種篩選方法，與老化篩選不同的是，它根據(jù)試驗一段時間的結(jié)果建立篩選判別式，以便對產(chǎn)品的壽命值進行判別。
線性鑒別篩選是指通過對某種元器件的子樣進行分析，找出對元器件壽命有顯著影響的參數(shù)，求出其影響的程度，得出篩選判別式，從而對母體產(chǎn)品的壽命值進行判別，其步驟如下：
1） 從母體N中抽取一部分樣品的子樣n1做試驗，根據(jù)試驗結(jié)果建立篩選判別式；
2） 從母體N中抽取另一部分樣品的子樣n2做試驗，從上面建立的篩選判別式對試驗結(jié)果進行判別，看篩選判別式是否適用；
3） 如果適用，就可用所建立的篩選判別式對母體中的所有產(chǎn)品進行判別篩選；如果不適用，分析其原因，重復1）、2）兩個步驟，建立新的篩選判別式，直到適用為止，以便對母體產(chǎn)品進行篩選判別。
線性鑒別篩選的關(guān)鍵是如何來建立線性判別式。
設(shè)某元件主要考慮3個參數(shù)，其初始參數(shù)值分別為x1、x2和x3，該參數(shù)對元件的作用可表示為y=λ1x1+λ2x2+λ3x3　　取該元件的子樣n做老化試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，對被試元件分類：參數(shù)符合規(guī)范要求的元件屬于R類，有nR個；參數(shù)超過規(guī)范要求的元件屬于F類，有nF個。顯然n=nR+nF。
權(quán)重值λi由以下方程組求解得到：d1=λ1S11+λ2S12+λ3S13
d2=λ1S21+λ2S22+λ3S23
d3=λ1S31+λ2S32+λ3S33其中Sij=∑nRK=1(xRiK－xRi)(xRjK－xRj)+∑nFK=1(xFiK－xFi)(xFjK－xFj)
di=xRi－xFi式中,xRiK表示老化試驗后好產(chǎn)品中第K個產(chǎn)品的第i個參數(shù)值；xRi表示老化試驗后好產(chǎn)品中第i個參數(shù)值的算術(shù)平均值；xFiK表示老化試驗后壞產(chǎn)品中第K個產(chǎn)品的第i個參數(shù)值；xFi表示老化試驗后壞產(chǎn)品中第i個參數(shù)值的算術(shù)平均值。
方程判別式為yΔ=∑nRK=1(λ1xR1K+λ2xR2K+λ3xR3K)+∑nFK=1(λ1xF1K+λ2xF2K+λ3xF3K)nR+nF　　此種數(shù)學模型建立在圖3.7的老化試驗的基礎(chǔ)上，權(quán)重值的確定使得R類和F類的參數(shù)線性方程值分離很大，并使好品和壞品元件各自相對其均值的離散程度較小，同時還反映相應參數(shù)對元件的影響大小。所以，y>yΔ，表示該產(chǎn)品是好的。
線性鑒別篩選這種方法，要依據(jù)元器件參數(shù)漂移的規(guī)律來確定。如果元器件參數(shù)漂移的規(guī)律性差，則不能采用。
4種不同篩選方法的特性比較參見表3.9，它們在結(jié)構(gòu)和應用中選用的最佳篩選方法如表3.10所示。

3.3.4　常見可靠性篩選試驗的作用原理及條件
可靠性篩選試驗可分為成品篩選、器件生產(chǎn)線的工藝篩選和整機出廠使用前的篩選，下面對一些常用的篩選方法做簡單的介紹。
1.目檢和鏡檢篩選
目檢或鏡檢（顯微鏡檢查）是集成電路制造中一種重要的篩選方法。多年來的經(jīng)驗公認為這種方法是最簡便易行而且效率很高的方法之一。對檢查芯片表面的各類缺陷（如金屬化層缺陷、芯片裂紋、氧化層質(zhì)量、掩模板質(zhì)量、擴散缺陷等）以及觀察內(nèi)引線鍵合、芯片焊接、封裝缺陷等都很有效。國外已有聯(lián)合使用掃描電鏡與計算機的自動鏡檢系統(tǒng)。

X射線篩選
X射線是一種非破壞性篩選，用于檢查器件密封后管殼內(nèi)有無多余物、鍵合和封裝工序的潛在缺陷以及芯片上的裂紋等。

3.紅外線篩選
通過紅外探測技術(shù)，檢測顯示芯片熱分布情況，用來觀察異常擴散、針孔或二氧化硅層臺階處的局部熱點、PN結(jié)不均勻的擊穿點、鍵合處裂紋、金屬膜內(nèi)部的小孔等，以便篩選掉存在嚴重體內(nèi)缺陷、表面缺陷、熱缺陷的器件。
4.功率老化篩選
功率老化篩選是很有效的一種篩選方法，是高可靠集成電路必須進行的篩選手段之一。功率老化通過對產(chǎn)品施加過電應力（電壓或功率）或同時施加電應力與熱應力，促使早期失效器件存在的潛在缺陷盡快暴露而被剔除。它能有效地剔除器件制備過程中產(chǎn)生的工藝缺陷、金屬化膜過薄及劃傷和表面沾污等。功率老化篩選試驗所采用的溫度可以是常溫，也可以是高溫。對于常溫，通常提高電應力；對于高溫，通常施加額定電力，其目的是獲得足夠的篩選應力。該種篩選方法比較接近產(chǎn)品的實際工作狀態(tài)，易于暴露工藝過程中所產(chǎn)生的隱藏損傷和缺陷，因而它是一種比較有效的篩選方法。對于可靠性要求高的元器件常常把此篩選列入成品前的一道工藝，進行100%的篩選，但是，該篩選試驗費用較大，而且需要專門的功率老化設(shè)備。
如集成電路的功率老化篩選，通常是將產(chǎn)品置于高溫條件下，施加最大的電壓，以獲得足夠大的篩選應力，達到剔除早期失效產(chǎn)品的目的。所施加的電應力，可以是直流偏壓，也可以是脈沖功率應力。前者多用于小規(guī)模數(shù)字電路，而后者則用于中、大規(guī)模集成電路，使電路內(nèi)的元器件在試驗時能承受工作狀態(tài)下的最大功耗和應力。超功率試驗雖然可以縮短老化時間，但也有可能使器件瞬時負載超過最大額定值，使合格器件遭受損傷，甚至發(fā)生即時劣化或擊穿。有的產(chǎn)品可能暫時還能工作，但壽命卻縮短了。所以，對于超功率試驗而言，并不是超得越多越有效果，而是應選擇一個最佳的超負荷量?，F(xiàn)在較一致的方法是對器件施加最大額定功率，適當延長老化時間。這是較合理的電功率老化篩選方法。
5.高溫存儲篩選
由于高溫促使元器件內(nèi)部或表面的化學反應加速，使早期失效的元器件提前失效，從而暴露出早期失效產(chǎn)品。如果在集成電路封裝的管殼內(nèi)含有水汽或各種有害氣體，或者芯片表面不清潔，或者在鍵合處存在各種不同的金屬成分等，都會產(chǎn)生化學反應，高溫儲存可加速這些反應。它是通過熱應力來加速儲存壽命的篩選試驗，該種篩選方法的最大優(yōu)點是操作簡單易行，可以大批量進行，而且篩選效果也比較好，投資又少，因而它是最便宜的一種試驗，并且是目前比較普遍采用的篩選試驗。
高溫儲存溫度，對于硅器件而言，金鋁系統(tǒng)一般選用150℃，鋁鋁系統(tǒng)選用200℃，金金系統(tǒng)選用300℃，儲存時間則一般為24～168小時。
6.高溫工作篩選
高溫工作篩選一般有高溫直流靜態(tài)、高溫交流動態(tài)和高溫反偏三種篩選方法，對于剔除器件表面、體內(nèi)和金屬化系統(tǒng)存在的潛在缺陷引起的失效十分有效。高溫反偏是在高溫下加反偏工作電壓的試驗。它是在熱電應力的共同作用下進行的，與實際工作狀態(tài)很接近，所以比高溫儲存篩選的效果好。
7.溫度循環(huán)和熱沖擊篩選
溫度循環(huán)可以加速因材料之間熱不匹配效應所造成的失效，芯片組裝、鍵合、封裝以及在氧化層上的金屬化膜等潛在缺陷都可以通過溫度循環(huán)進行篩選。溫度循環(huán)篩選的典型條件是-55～155℃或-65～200℃進行3次或5次循環(huán)。每循環(huán)一次，在最高或最低的溫度下各保持30分鐘，轉(zhuǎn)移時間為15分鐘。試驗后進行交直流電參數(shù)測試。熱沖擊篩選是判定溫度急劇變化的集成電路強度的有效方法，例如，設(shè)有100℃和0℃兩個水槽，在高溫槽浸15秒后取出，在3秒內(nèi)移入低溫槽至少浸5秒，再于3秒內(nèi)移入高溫槽，如此往復操作5次。
以上的兩個篩選試驗，也有時統(tǒng)稱為環(huán)境應力篩選。環(huán)境應力篩選主要用于挑剔對環(huán)境適應性差的產(chǎn)品，如在高低溫環(huán)境下，由于熱脹冷縮產(chǎn)生的應力易于造成元器件的失效，可以采用溫度沖擊的篩選方法將其剔除。同時，對于熱脹冷縮性能和溫度系數(shù)不匹配的各種材料，也有很好的篩選作用。機械應力（如振動、沖擊、離心等）篩選，易于挑出結(jié)構(gòu)、焊接、封裝等存在潛在裂紋、缺陷的元器件，但往往容易對好產(chǎn)品產(chǎn)生新的隱患，因此對于其篩選應力的大小選擇要尤其注意。同時，不一定要采用100%檢驗，可以抽樣進行，而且只對機械應力有特殊要求的產(chǎn)品進行這些項目的篩選。
必須指出，各制造廠或使用單位并非對上述各篩選試驗項目都要進行，也不是所有出廠的元器件都要進行100%的篩選試驗。特別是對一些帶有破壞性的試驗項目，只采用抽樣方式進行。在實際選用時，主要根據(jù)實際產(chǎn)品有關(guān)的失效模式和機理，結(jié)合可靠性的要求、實際使用條件，以及工藝結(jié)構(gòu)情況，在標準規(guī)范未形成前由制造單位和使用單位協(xié)商確定?，F(xiàn)在實際用得較多的篩選項目不一定表示篩選效果最佳，而是從設(shè)備條件、經(jīng)濟以及操作方面考慮。對一些可靠性要求高的產(chǎn)品，大多采用目視檢查、高溫儲存、高溫功率老化、溫度循環(huán)、離心加速、檢漏以及電測試等項目進行篩選，且采用100%的篩選試驗。例如，美國先鋒號衛(wèi)星計劃用的某集成電路的篩選項目如表3.11所示。

3.3.5　篩選項目及篩選應力的確定原則
1.要有針對性
為了確定篩選項目，首先要根據(jù)實際使用狀態(tài)和要求來考慮，這點是顯而易見的。對于使用在固定設(shè)備上的元器件，機械應力的篩選意義不大；對于在東南亞地區(qū)使用的產(chǎn)品，潮熱和溫度變化非常厲害，因此，溫沖、溫循等應力篩選就顯得重要。其次，要結(jié)合產(chǎn)品的具體情況，分析歷年產(chǎn)品質(zhì)量存在的主要問題來加以考慮。這是因為不同使用狀態(tài)和要求的元器件，其失效機理是不同的。同時，由于所采用的材料、工藝不同，失效機理也會有所差異，早期失效和偶然失效的分界點也會隨使用狀態(tài)不同而不同，其篩選項目和應力大小也不同。因此，必須針對元器件的使用環(huán)境、工作狀態(tài)，抓住主要因素，確定其相應合理的篩選項目和應力。
2.要有大量可靠性摸底試驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)資料做依據(jù)
通過大量的可靠性試驗摸底或現(xiàn)場使用可靠性數(shù)據(jù)資料的分析，掌握產(chǎn)品的失效分布、失效形式和失效機理，確定與失效機理相對應的篩選項目、篩選應力和時間，以便確定較為合理的篩選條件。例如，對于具有早期失效可能性的產(chǎn)品必須進行篩選；對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝有保證措施，使用與試驗證明不存在早期失效可能性的產(chǎn)品不需要進行篩選；對于有明顯工藝缺陷或產(chǎn)品質(zhì)量特別低劣的元器件無法進行篩選，只有進一步改進產(chǎn)品質(zhì)量后才能考慮如何進行篩選。
3.篩選一般應是非破壞性試驗
篩選方法的確定，對于不存在缺陷而性能優(yōu)良的產(chǎn)品應該是一種非破壞性試驗；對于有潛在隱患的產(chǎn)品則起到加速暴露、篩選淘汰的目的。
4.篩選條件的適應性
篩選條件不是固定不變的，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料、工藝的不斷改進以及失效模式的變化而不同，不能隨便硬性地規(guī)定或搬用其他廠家的方法。
通過長期可靠性試驗與可靠性篩選的摸底試驗資料分析，可以找到各種電子元器件不同類型與最佳篩選參數(shù)的對應關(guān)系；找出產(chǎn)品的不同類型與失效機理的對應關(guān)系；失效機理或失效形式與篩選項目的對應關(guān)系等。例如，電阻類型與最佳篩選參數(shù)的關(guān)系如表3.12所示。

3.3.6　篩選應力大小及篩選時間的確定
可靠性篩選所施加的應力強度只加速在正常使用條件下發(fā)生的失效機理，而不出現(xiàn)新的失效因子，以保證工藝篩選的合理性和高效率，使得在最短時間內(nèi)將早期失效的產(chǎn)品剔除，而對好的產(chǎn)品又不產(chǎn)生損傷。因此，應力強度過大或過小，時間過長或過短均帶來不好的結(jié)果。
對于工藝過關(guān)、生產(chǎn)穩(wěn)定的元器件，可以從大量產(chǎn)品的使用情況中統(tǒng)計出失效率與應力強度的關(guān)系曲線，如圖3.8所示。從圖3.8中可以看出：曲線顯示出兩種失效分布，區(qū)域A為正態(tài)分布，表征可靠產(chǎn)品的失效特性，可靠產(chǎn)品的平均失效應力遠在產(chǎn)品平均使用應力之外；區(qū)域B、C、D代表使用中的不可靠產(chǎn)品，實際使用時的平均應力分布一般較低；因此，應在不超過篩選應力上限的情況下，選擇適當?shù)暮Y選應力強度，如某類型的硅半導體管，其篩選應力上限為200℃，平均使用應力在45℃左右，平均失效應力在350℃以上。
篩選時間是與篩選試驗項目和應力有關(guān)的，可通過摸底試驗來確定。一般來說，可以做出篩選應力下的失效率分布曲線，如圖3.9所示，選擇篩選時間應是曲線轉(zhuǎn)折點，即早期失效期的終端。
篩選時間可以通過統(tǒng)計分析方法來確定，例如老化篩選，它是可靠性篩選中常用的一種方法。下面介紹通過摸底試驗初步確定老化篩選時間的方法。

多數(shù)電子產(chǎn)品的早期失效期壽命分布是威布爾分布，有λ(t)=mt0tm－1，γ=0兩邊取以10為底的對數(shù),可得lgλ(t)=lgmt0+(m－1)lgt根據(jù)摸底試驗的失效率數(shù)據(jù)，在雙邊對數(shù)紙上，做出λ(t)～t的變化關(guān)系（遞減函數(shù)），它是一條直線。利用此直線，根據(jù)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得出早期和偶然失效期的邊界失效率λ的值，從直線上推出所需的時間t，就是篩選時間（初步）。
精確的篩選時間是經(jīng)過多次篩選試驗的檢驗得出的，并且對批量產(chǎn)品在常規(guī)的例行試驗中將是固定的。
3.3.7　失效模式與篩選試驗方法的關(guān)系
為了得到良好的篩選效果，必須了解電子元器件產(chǎn)品的失效模式和機理，以便選定一個有效的篩選方法，制定準確的篩選條件和失效判據(jù)。為此，必須對各種電子元器件進行大量的可靠性試驗和篩選摸底試驗，掌握產(chǎn)品的失效分布、失效模式和機理，了解篩選項目，確立應力與時間的關(guān)系。這些都是指定正確的篩選條件的前提。若篩選條件選擇不當，可能使篩選強度不夠，導致不合格產(chǎn)品漏網(wǎng)，達不到原定可靠性要求；或者篩選過嚴，剔除率太高，造成浪費；或者遺漏掉一些篩選項目，造成某些失效模式控制不住，達不到篩選的目的。
這里以集成電路為例，分析失效模式與篩選試驗方法的關(guān)系。在制造方面，經(jīng)過幾十道、上百道工序，不可避免地產(chǎn)生一些工藝缺陷和工藝誤差而引起失效。集成電路的主要失效模式與表面、界面缺陷（離子沾污等）、氧化膜缺陷（針孔等）、擴散缺陷、金屬互連線缺陷、輸入回路缺陷等有密切關(guān)系。根據(jù)這些失效模式，表3.13提出了一些相應的篩選方法。

3.3.8　典型產(chǎn)品可靠性篩選方案

RJ2型精密金屬膜電阻的可靠性篩選
根據(jù)篩選項目確定的原則，首先要分析失效形式和失效機理。因為金屬膜電阻器以某種型號的合金粉為原材料，通過真空蒸發(fā)的方式，將其沉淀在絕緣瓷體上形成金屬導電膜層，由于工藝等原因，不可避免地出現(xiàn)膜層厚度不均勻，有疵點，以及刻槽區(qū)有導電沾污物，膜層與帽蓋接觸不良等毛病，導致產(chǎn)品出現(xiàn)早期失效，針對上述失效模式，選擇相應的篩選項目。

（1） 電流噪聲篩選
因為金屬膜的微觀結(jié)構(gòu)是由不同尺寸的晶粒通過邊界連接起來的多晶體，如果金屬膜結(jié)構(gòu)均勻一致，則其電流噪聲很小，而且在數(shù)值上也大致相等。但是當金屬膜存在疵點或缺陷，或膜層與帽蓋接觸不良時，這些缺陷部位的質(zhì)量變差，而使電流噪聲變大。因此，通過測試電流噪聲，判別異常產(chǎn)品，作為剔除存在潛在缺陷的早期失效產(chǎn)品或可靠性低的產(chǎn)品的一種方法。
（2） 脈沖負荷篩選
電阻器在脈沖負荷下工作時，若脈沖電壓的幅值很高，寬度很小，而周期又較長，則在脈沖電壓通過的瞬間，在電阻體上將產(chǎn)生較大的電位梯度和局部過熱。雖然其平均功率不大，但對于那些存在膜層厚度不均勻、膜層中包含疵點或與帽蓋接觸不良等缺陷處，將出現(xiàn)電場集中、局部過熱現(xiàn)象，造成導電膜層燒毀；或者發(fā)生膜層氧化加速，引起阻值的顯著漂移；或者以至于引起器件燒毀；或者燒蝕后消除缺陷，使電阻器的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定下來，成為正品。因此，可以根據(jù)產(chǎn)品在通過脈沖負荷后的阻值漂移情況來進行篩選。
還有前面的功率老化篩選。根據(jù)上述分析，某廠進行多次反復試驗摸底，提出了如下篩選試驗方案：電阻噪聲值的一致性篩選——剔除電流噪聲異常的產(chǎn)品；脈沖負荷篩選——脈沖功率1500PH（額定功率），寬度0.5μs；周期10分鐘；脈沖平均功率2PH；功率老化篩選——70℃、1.5PH、240小時。

CB14型精密聚苯乙烯電容器的可靠性篩選
某廠生產(chǎn)的精密聚苯乙烯電容器在生產(chǎn)中經(jīng)過2.5～3VH（額定電壓）的工藝篩選，但試驗和使用時仍發(fā)現(xiàn)早期電擊穿短路失效現(xiàn)象，經(jīng)過逐步解剖擊穿試樣分析，發(fā)現(xiàn)擊穿主要原因基本是：輔助硬引線安置不當造成頭與頭之間的距離太近；打偏引線尾部產(chǎn)生氣隙；打偏引線由于電焊引起毛刺或金屬濺射導致電場集中；介質(zhì)薄膜有缺陷等。這些諸多因素中，尤其以引線頭部存在尖端和毛刺，　

電容器電壓擊穿分布試驗以及薄膜材料的缺陷造成早期失效的居多。因此，根據(jù)損壞原因，主要從材料和工藝上采取措施來解決。同時，也可采用電壓篩選的方法來剔除早期失效產(chǎn)品。通過一批樣品進行電擊穿試驗，做出樣品擊穿電壓分布，如圖3.11所示，從圖3.11中可以發(fā)現(xiàn)，擊穿分布屬于兩個正態(tài)分布，第一個正態(tài)分布曲線主要針對由于引線頭部擊穿所導致的早期失效產(chǎn)品；第二個正態(tài)分布曲線針對屬于產(chǎn)品的正常損壞。對于CB14-100V-8000pF±0.5%規(guī)格的樣品，試驗表明兩正態(tài)分布的相交處所對應的擊穿電壓是2000V。根據(jù)這樣的分析，可以確定電壓篩選方案：室溫、2000V直流電壓、1分鐘。
按照上述分析方法，可以確定不同廠家、不同產(chǎn)品的篩選工藝方案，如表3.15所示，注意金屬化紙介電容器存在自愈特性，在1.5VH下電容器自愈效果最好，這樣既可以起到篩選作用，又可以起到穩(wěn)定電性能的作用。而早期失效產(chǎn)品可以通過在低負荷下無法自愈來加以暴露，達到篩選的目的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《电子元器件的可靠性》——3.3节可靠性筛选试验的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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