行业观察 | 浅谈电子元器件的“保质期”,超期后的质量与可靠性如何保证?

2020-07-23 14:27:18 admin 151

大多数电子产品在一定的环境条件下存放一段时间后的质量通常会发生变化,元器件也不例外。当贮存超过了规定的期限,其质量和可靠性将不能保证,所以必须规定一个贮存期,也可以理解为食品安全的“保质期”。

 

元器件的贮存期是指从生产完成并检验合格至装机前在一定环境条件下存放时间,而元器件的有效贮存期是指元器件在贮存期的质量与可靠性在装机前能满足装备要求的期限,基本有效期则是指未考虑元器件质量等级的有效贮存期。

 

 

【影响元器件贮存期的因素】

 

决定元器件有效贮存期的长短与以下三个因素息息相关:(1)元器件的质量(设计、工艺和材料),是保证元器件在有效贮存期质量与可靠性不会大幅退化的基础条件;(2)元器件贮存的环境条件;(3)元器件贮存后的合格判据。

 

在大多数元器件的总规范和详细规范中均规定了元器件的贮存环境,如SJ331规定了半导体集成电路贮存的环境条件为:-10℃~+40℃、RH≤80%;美军标对于半导体集成电路贮存环境的温度范围为-65℃~+150℃。但这些标准中规定的只是不允许超过范围的贮存环境,而不是元器件贮存的最佳环境。

 

GB4798.1则规定对于存放精密仪器、元器件的仓库环境级别为最高级,环境条件为:20℃~25℃;RH为20%~70%;气压为70kPa~106kPa。

 

QJ2222A则规定了通用贮存环境和特殊贮存环境两类条件。通用贮存环境标准明确了元器件应贮存在清洁、通风、无腐蚀气体并有温度和相对湿度控制的场所,温度及相对湿度见表1所示。

表1  贮存环境条件分类 

 

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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类的环境条件各不相同。Ⅰ类,一般不需要对温度、湿度进行调节;Ⅱ类,在个别季节需要对温度、湿度进行调节;Ⅲ类,则需要对温度、湿度进行调节才能满足要求。

 

针对特殊元器件的贮存环境条件,如对静电放电敏感的元器件(如MOS器件、微波器件等),应按GJB1649的规定,采取静电放电防护措施;对磁场敏感但本身五磁屏蔽的元件,应存放在具有磁屏蔽作用的容器内;非密封片状元器件应存放在有惰性气体的密封容器内,或存放在采取有效防氧化措施;微电机等机电元器件的油封及单元包装应保持完整。

 

 

【元器件的有效贮存期】

 

美军标MIL-S-19500E《半导体分立器件总规范》在早期就规定了“积压”超过12个月的半导体分立器件交货时需要重新检验,由此可认为半导体分立器件的有效贮存期是12个月。之后发布的MIL-S-19500F则规定了超过24个月的半导体分立器件,交货时才需要重新检验;后面发布的新版本则规定了“积压”超过个36月的半导体分立器件,交货时才需要重新检验。对于集成电路,美军标MIL-M-38510《半导体集成电路总规范》规定集成电路的有效贮存期也从24个月延长为36个月。

 

国军标等效采用了美军标,因此GJB33A《半导体分立器件通用规范》及GJB597A《半导体集成电路通用规范》规定半导体分立器件和集成电路的有效贮存期也为36个月。

 

而欧空局(ESA)的ESA PSS-01-60《ESA空间系统的元器件选择、采购和控制》及欧洲空间标准化合作组织(ECSS)的ECSS-Q-60A《空间产品保证电子、电气和机电(EEE)元器件》则规定了从元器件生产完成到预计装机超过了5年的库存元器件,装机前应进行复验。由此可推断欧空局对于元器件的贮存期限为5年。

 

以上标准说明,随着半导体器件制造技术的进步以及人们对客观事物认知的提高,微电子器件的有效贮存期亦随之延长了。

 

虽然美军标及欧标都规定了有效贮存期的期限(3年或5年),但却没有说明是在什么贮存环境下的有效贮存期。对此只能推测欧美的仓库环境较好,都已达到相当于Ⅰ类的贮存环境条件,但是在国内的大多数仓库均很难都达到Ⅰ类的贮存环境条件。

 

而且,不同门类的元器件在结构、材料、工艺等方面各不相同,所以其有效贮存期也应不尽相同。但欧美将所有元器件的有效贮存期一律定为3年或5年,这种方式可能缺乏科学依据。

 

因此,针对欧美元器件有效贮存期的这些问题,标准QJ2222A及GJB/Z123则明确了不同元器件的各自有效贮存期,同时还考虑到元器件质量等级与元器件有效贮存期的关系,典型器件如表2所示。同时标准QJ2222A,还引入了与元器件质量等级以及与使用场合有关的修正系数,按照元器件的质量等级及不同的使用场合,对其有效贮存期进行了修正。

 

表2  半导体器件的基本有效贮存期(QJ2222A)

 

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【元器件的超期复验】

 

美军标MIL-S-19500和MIL-M-38510分别规定半导体分立器件和集成电路在仓库存放超过了36个月,交货时需要通过A组检验。不过,半导体分立器件的A组检验包括了电特性测试和外观检查,而集成电路的A组检验只进行电特性测试。

 

欧空局(ESA)的ESAPSS-01-60《ESA空间系统的元器件选择、采购和控制》及欧洲空间标准化合作组织(ECSS)的ECSS-Q-60A《空间产品保证电子、电气和机电(EEE)元器件》规定了超过5年库存元器件,装机前应进行复验。复验试验包括:电特性测试、外观目检、密封试验和破坏性物理分析(DPA)。

 

QJ2227A及GJB/Z123的超期复验试验则是分为A、B、C三类。各类复验的试验要求及条件略有不同。A类包含外部目检、电特性测试、密封性检查;B类包含外部目检、电特性测试、密封性检查、引出端可焊性试验;C类包含外部目检、电特性测试、密封性检查、引出端可焊性试验、引出端强度试验、破坏性物理分析。以下为试验项目简介:

 

外部目检,采用3~10倍放大镜或显微镜对元器件进行外观检查。元器件引出端断裂或外壳脱落为致命缺陷;引出端锈蚀或表面损伤为严重缺陷;表面镀涂层脱落、起泡或标志模糊不清但不影响使用为轻缺陷。有这三种缺陷的元器件为不合格。

 

电特性测试,A类除非另有规定,测试仅要求在室温下进行。B类电测试在适用时还应按产品规范要求在高、低温下测试元器件的电特性。对入库已进行过电特性测试的元器件,应按入库测试的方法进行相同参数的测试。对于入库时未进行电特性测试的元器件,应按元器件相应的详细规范或产品手册测试功能和主要参数。元器件丧失规定功能为致命缺陷;参数不符合规范要求(参数超差)为非致命缺陷。

 

针对B类超期复验,还需增加引出端可焊性试验,半导体分立器件按GJB128方法2026、半导体集成电路按GJB548方法2003、元件按GJB360方法208。

 

密封性检查,按有关元器件的产品(总规范、详细规范)要求进行密封性检查;对于无适用产品规范的元器件,半导体分立器件按GJB128方法1071、半导体集成电路按GJB548方法1014、元件按GJB360方法112。

 

针对C类超期复验,还需增加引出端强度试验,半导体分立器件按GJB128方法2036、半导体集成电路按GJB548方法2004、元件按GJB360方法211。

 

半导体器件、非固体钽电容器、密封电磁继电器、金属壳封装的石英谐振器和振荡器、电线进行C类复验时,应抽样进行破坏性物理分析(DPA)。

 

QJ2227A针对进口元器件,还给出了进口元器件有效贮存期及超期复验要求

 

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【超期复验后的继续有效期】

 

继续有效期是指超期复验合格的元器件在规定的贮存环境条件下存放,其批质量能满足要求的期限。超过有效贮存期的元器件,经超期复验合格后,在不低于原贮存环境条件下存放,半导体器件的继续有效期如表3所示(QJ2227A)

 

表3  半导体器件的继续有效期

 

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