电子元件可靠性保证

可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第1页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn7.1概述7.1.1质量与可靠性电子元器件的质量和其他电子产品一样，无论从承制方或使用方的角度来说，主要表现在技术性能、经济性能、安全性和可靠性等四个方面。如果产品的技术指标先进，功能又比较齐全，说明该产品的技术性能是良好的。如果经过用户使用，又能很好地发挥先进技术的作用，经过长时间使用，性能保持正常，价格上也略低于平均水平，无疑将会受到用户的欢迎，会被公认为是高质量产品。反之，若产品在使用中经常出现故障，不能很好地发挥技术性能的作用，或者尚未使用，仅经过存贮和运输就丧失了功能，这将是质量低劣的不合格产品。这种质量的概念属于广义的质量。可靠性属于质量的一部分，而且是很重要的部分，往往在军事上把可靠性提到了与技术性能同样重要的地位，甚至为了保证可靠性可以降低技术性能的要求。但是，在许多场合下，如对于出厂产品的质量，常用成品率来衡量，仅从是否达到性能指标来判断是否为合格品。这个质量的概念应属于狭义的，未包含可靠性在内，因为可靠性表征了产品的使用寿命，是时间的函数。狭义的质量只能说明是初始时刻的质量，或者称为初始质量。所以，可靠性应该是产品的一个质量指标。它具有自己的特征，即综合性、时间性和统计性。综合性是指它不是单纯从某一个性能的侧面来衡量产品的优劣，而是从整体上，从全寿命周期内能否完成预期功能来衡量产品的优劣。时间性是指产品在整个使用寿命周期内，随着时间的推移，在各种环境条件和使用条件下，能否保持产品出厂时所规定的功能，所以有人称可靠性为具有时间概念的质量。统计性是指产品的可靠性服从统计规律，衡量产品可靠性一般不能单纯用仪器仪表在很短时间内测量出来。必须通过大量统计数据的积累或通过可靠性试验才能求出具有规律性的数据。积累的数据越多，统计结果的可信度越高。在工程实践中经常提到的质量管理与可靠性管理。质量管理大多是指产品生产过程中如何保证产品达到预定技术性能指标的管理。衡量的指标主要是指产品的成品率，可表示为NrP=（7.1）式中，P为产品的成品率(%)，N为投入的管芯总数，r为不合格菅芯数。所以，这里提到的质量应是狭义的质量。可靠性管理与质量管理不同之处，在于它是在生产过程中保证产品达到预定可靠性指标的管理。衡量的指标主要是产品的失效率，可表示为)()(ttnrΔ=l（7.2）式中，l为失效率，n为被测产品数，Dt为产品使用、贮存或承受应力的时间(小时)，r为失效产品数。可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第2页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn7.1.2质量与可靠性保证的特点由于许多军用、宇航用电子元器件要求在设计与制造过程中加强对产品可靠性的保证，专门提出了可靠性保证问题。于是，出现了质量保证与可靠性保证二者关系的问题。实际上二者是统一的。从广义的质量概念出发，可靠性保证应包含在质量保证之中，是质量保证的一个重要部分。从狭义的质量概念出发，初始质量保证与可靠性保证也是紧密相关的。高可靠的电子元器件产品，产品的生产一定处于稳定的、可控的、可重复的、高成品率的基础之上。如果情况正相反，生产过程是不稳定的，不可控的晶片与晶片间，批与批间性能不均匀，难以重复，成品率很低的，就不可能制造出高可靠电子元器件产品。即使通过筛选出几个合格产品，其固有可靠性也是难以保证的。所以，往往人们提出高可靠产品一定要建立在高成品率基础上。从时间域考虑，可靠性保证应该覆盖产品的全寿命周期内，有设计保证问题、制造保证问题和使用保证问题。设计与制造保证了电子元器件产品的固有可靠性，而使用阶段的保证是保证其应用可靠性的1.设计阶段的保证：针对电子元器件产品存在的主要失效摸式与机理，根据用户和有关标准提出的可靠性指标要求，通过电路版图、工艺制造等可靠性设计，采取有针对性的措施，最大限度地消灭或控制产品的主要失效摸式，满足用户和标准规定的可靠性要求。2.制造阶段的保证：根据设计规定，通过制造工程各工序的工艺控制，最大限度地实现设计提出的可靠性指标要求。3.使用阶段的保证：在电子元器件产品固有可靠性的基础上，为了有效地延长其使用寿命，通过改善使用环境和操作规程，防止触发其潜在失效因素等来保证产品使用的最佳寿命。产品经过磨损期最终失效，应对其进行失效分析，将分析结果反馈至设计阶段或进入可靠性信息网，为今后设计改进、可靠性增长提供有用的信息。可靠性保证是可靠性物理，可靠性工程与可靠性管理的综合保证系统，三者缺一不可。可靠性物理针对电子元器件产品，为可靠性保证提出准确的失效摸式与失效机理，并根据器件物理提出消除或控制失效摸式的设计结构与可靠性评价电路的结构。可靠性工程根据以上提出的失效模式和解决的构思，进行工程化的工作，通过设计与制造，使用各种技术途径对失效摸式进行最有效的控制来进行可靠性保证。由于产品的失效分析、设计、研制、生产和使用都是由人来操作和掌握的，势必要在全寿命周期内，通过计划、组织、协调、控制等最大程度地调动人的积极性，来做好各个环节的可靠性工作。这就是可靠性管理的保证职能。技术、工程、管理在各项工作中都是紧密相连，有机结合在一起。例如，电子元器件的可靠性设计是可靠性工程的重要环节，它还要依靠可靠性物理，而且也受可靠性管理的指导与制约。可靠性管理为设计提供各种信息与技术标准，开展设计评审、设计定型鉴定等。调动一切积极性，共同保证达到预定的可靠性目标。据此，质量与可靠性保证的特点归纳如下：(1)质量保证与可靠性保证是统一的、相辅相成的，高可靠电子元器件产品的获得，一定建立在稳定生产的高成品率基础上；(2)质量与可靠性保证是产品全寿命周期的保证，是通过对产品进行全系统、全过程、全因可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第3页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn素、全信息的控制与管理来保证达到预期可靠性目标；(3)质量与可靠性保证的行动指南是可靠性标准；(4)可靠性保证是可靠性物理、可靠性工程与可靠性管理的综合保证系统，三者贯穿在产品全寿命周期的始终。7.1.3质量与可靠性保证体系既然质量与可靠性保证是相辅相成的统一体，是工程技术与管理的综合系统工程，必然要以保证体系的形式，来保证产品达到额定的质量与可靠性目标。这种保证体系可以有总体的保证体系，也可以有分体的保证体系，如材料与部件的质量保证体系、成品的质量保证体系等，还可以根据产品研制开发和批量生产不同特点而形成的质量保证体系。下面将对总体的质量与可靠性保证体系，原材料与部件的质量与可靠性保证体系，成品的质量与可靠性保证体系，以及产品研制开发阶段与批量生产阶段各自不同的质量与可靠性保证体系分别做介绍。1．质量与可靠性保证体系从半导体集成电路试制计划阶段到设计研制、批量生产及使用前都要建立完备的质量与可靠性保证体系。2．新产品开发时期的质量与可靠性保证体系电子元器件新品开发研制时期的质量与可靠性保证体系如图7.1所示，预先要充分调查并掌握用户对产品的要求，如希望达到的初期质量与可靠性的指标要求。3．批量生产制造工艺过程的质量保证体系以半导体器件为例，批量生产制造电子元器件工艺过程的质量保证体系如图7.2所示。针对已设计定型的电子元器件制造方案进行批量生产。制造中的质量保证，要按照经过严密论证过的工艺管理程序，对材料、设备、仪表、条件、环境和半成品的特性定期进行监测，以防止不可靠因素的混入。来自这些工艺管理网络的质量情况，可作为改善质量的数据，也可以起到提高质量使制造工艺达到设计预定的质量和可靠性指标要求的作用。要做到这一点，操作者的质量与可靠性意识是很重要的，这就需要对操作管理者经常进行教育。4．材料、部件的质量保证体系材料、部件的质量保证和质量管理的监测点的实例如图7.3所示。随着半导体器件的高性能化与高可靠化，硅衬底、引线框架、导线焊点、封装、化学试剂等在制造过程中所需材料的质量管理的重要性也增加了。此外，制造工艺中使用的材料如高纯气体、各类化学试剂、纯水等，也必须使用适应其用途的质量合格产品。制造过程中使用的氢、氧等各类气体，要由专门规定的高纯度规格进行控制管理。这些原材料一定要经过验收，验收要按照进货的验收标准进行连续管理。5．成品的质量保证体系成品质量保证体系如图7.4所示。在生产部门的最后工序中，要对产品进行100％的全数检查，特别是对要求高质量和高可靠的产品。必须按照合同和相关标准规定的实验条件进行筛选，剔除有制造缺陷、初期不合格的产可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第4页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn品。在最终检查之后，还要定期将批量生产情况下的可靠性水平，与新品评价时的可靠性水平的对照检查，以保证批生产产品的质量与可靠性水平。图7.1新品开发时期的质量与可靠性保证体系可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第5页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn图7.2批量生产工艺过程的质量与可靠性保证体系可靠性技术资料—概述深圳市松填科技发展有限公司提供第6页地址：深圳市福田区中航路国利大厦2739-2742室电话：0755-8256682013652442013www.sttech.cn图7.3材料、部件的质量保证图7.4成品的质量与可靠性保证体系