行業觀察 | 淺談電子元器件的“保質期”,超期後的品質與可靠性如何保證?

2020-07-23 14:26:14 admin 171

大多數電子產品在一定的環境條件下存放一段時間後的品質通常會發生變化,元器件也不例外。當貯存超過了規定的期限,其品質和可靠性將不能保證,所以必須規定一個貯存期,也可以理解為食品安全的“保質期”。

 

元器件的貯存期是指從生產完成並檢驗合格至裝機前在一定環境條件下存放時間,而元器件的有效貯存期是指元器件在貯存期的品質與可靠性在裝機前能滿足裝備要求的期限,基本有效期則是指未考慮元器件品質等級的有效貯存期。

 

 

【影響元器件貯存期的因素】

 

決定元器件有效貯存期的長短與以下三個因素息息相關:(1)元器件的品質(設計、工藝和材料),是保證元器件在有效貯存期品質與可靠性不會大幅退化的基礎條件;(2)元器件貯存的環境條件;(3)元器件貯存後的合格判據。

 

在大多數元器件的總規範和詳細規範中均規定了元器件的貯存環境,如SJ331規定了半導體積體電路貯存的環境條件為:-10℃~+40℃、RH≤80%;美軍標對於半導體積體電路貯存環境的溫度範圍為-65℃~+150℃。但這些標準中規定的只是不允許超過範圍的貯存環境,而不是元器件貯存的最佳環境。

 

GB4798.1則規定對於存放精密儀器、元器件的倉庫環境級別為最高級,環境條件為:20℃~25℃;RH為20%~70%;氣壓為70kPa~106kPa。

 

QJ2222A則規定了通用貯存環境和特殊貯存環境兩類條件。通用貯存環境標準明確了元器件應貯存在清潔、通風、無腐蝕氣體並有溫度和相對濕度控制的場所,溫度及相對濕度見表1所示。

表1  貯存環境條件分類 

 

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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類的環境條件各不相同。Ⅰ類,一般不需要對溫度、濕度進行調節;Ⅱ類,在個別季節需要對溫度、濕度進行調節;Ⅲ類,則需要對溫度、濕度進行調節才能滿足要求。

 

針對特殊元器件的貯存環境條件,如對靜電放電敏感的元器件(如MOS器件、微波器件等),應按GJB1649的規定,採取靜電放電防護措施;對磁場敏感但本身五磁遮罩的元件,應存放在具有磁遮罩作用的容器內;非密封片狀元器件應存放在有惰性氣體的密封容器內,或存放在採取有效防氧化措施;微電機等機電元器件的油封及單元包裝應保持完整。

 

 

【元器件的有效貯存期】

 

美軍標MIL-S-19500E《半導體分立器件總規範》在早期就規定了“積壓”超過12個月的半導體分立器件交貨時需要重新檢驗,由此可認為半導體分立器件的有效貯存期是12個月。之後發佈的MIL-S-19500F則規定了超過24個月的半導體分立器件,交貨時才需要重新檢驗;後面發佈的新版本則規定了“積壓”超過個36月的半導體分立器件,交貨時才需要重新檢驗。對於積體電路,美軍標MIL-M-38510《半導體積體電路總規範》規定積體電路的有效貯存期也從24個月延長為36個月。

 

國軍標等效採用了美軍標,因此GJB33A《半導體分立器件通用規範》及GJB597A《半導體積體電路通用規範》規定半導體分立器件和積體電路的有效貯存期也為36個月。

 

而歐空局(ESA)的ESA PSS-01-60《ESA空間系統的元器件選擇、採購和控制》及歐洲空間標準化合作組織(ECSS)的ECSS-Q-60A《空間產品保證電子、電氣和機電(EEE)元器件》則規定了從元器件生產完成到預計裝機超過了5年的庫存元器件,裝機前應進行複驗。由此可推斷歐空局對於元器件的貯存期限為5年。

 

以上標準說明,隨著半導體器件製造技術的進步以及人們對客觀事物認知的提高,微電子器件的有效貯存期亦隨之延長了。

 

雖然美軍標及歐標都規定了有效貯存期的期限(3年或5年),但卻沒有說明是在什麼貯存環境下的有效貯存期。對此只能推測歐美的倉庫環境較好,都已達到相當於Ⅰ類的貯存環境條件,但是在國內的大多數倉庫均很難都達到Ⅰ類的貯存環境條件。

 

而且,不同門類的元器件在結構、材料、工藝等方面各不相同,所以其有效貯存期也應不盡相同。但歐美將所有元器件的有效貯存期一律定為3年或5年,這種方式可能缺乏科學依據。

 

因此,針對歐美元器件有效貯存期的這些問題,標準QJ2222A及GJB/Z123則明確了不同元器件的各自有效貯存期,同時還考慮到元器件品質等級與元器件有效貯存期的關係,典型器件如表2所示。同時標準QJ2222A,還引入了與元器件品質等級以及與使用場合有關的修正係數,按照元器件的品質等級及不同的使用場合,對其有效貯存期進行了修正。

 

表2  半導體器件的基本有效貯存期(QJ2222A)

 

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【元器件的超期複驗】

 

美軍標MIL-S-19500和MIL-M-38510分別規定半導體分立器件和積體電路在倉庫存放超過了36個月,交貨時需要通過A組檢驗。不過,半導體分立器件的A組檢驗包括了電特性測試和外觀檢查,而積體電路的A組檢驗只進行電特性測試。

 

歐空局(ESA)的ESAPSS-01-60《ESA空間系統的元器件選擇、採購和控制》及歐洲空間標準化合作組織(ECSS)的ECSS-Q-60A《空間產品保證電子、電氣和機電(EEE)元器件》規定了超過5年庫存元器件,裝機前應進行複驗。複驗試驗包括:電特性測試、外觀目檢、密封試驗和破壞性物理分析(DPA)。

 

QJ2227A及GJB/Z123的超期複驗試驗則是分為A、B、C三類。各類複驗的試驗要求及條件略有不同。A類包含外部目檢、電特性測試、密封性檢查;B類包含外部目檢、電特性測試、密封性檢查、引出端可焊性試驗;C類包含外部目檢、電特性測試、密封性檢查、引出端可焊性試驗、引出端強度試驗、破壞性物理分析。以下為試驗專案簡介:

 

外部目檢,採用3~10倍放大鏡或顯微鏡對元器件進行外觀檢查。元器件引出端斷裂或外殼脫落為致命缺陷;引出端銹蝕或表面損傷為嚴重缺陷;表面鍍塗層脫落、起泡或標誌模糊不清但不影響使用為輕缺陷。有這三種缺陷的元器件為不合格。

 

電特性測試,A類除非另有規定,測試僅要求在室溫下進行。B類電測試在適用時還應按產品規範要求在高、低溫下測試元器件的電特性。對入庫已進行過電特性測試的元器件,應按入庫測試的方法進行相同參數的測試。對於入庫時未進行電特性測試的元器件,應按元器件相應的詳細規範或產品手冊測試功能和主要參數。元器件喪失規定功能為致命缺陷;參數不符合規範要求(參數超差)為非致命缺陷。

 

針對B類超期複驗,還需增加引出端可焊性試驗,半導體分立器件按GJB128方法2026、半導體積體電路按GJB548方法2003、元件按GJB360方法208。

 

密封性檢查,按有關元器件的產品(總規範、詳細規範)要求進行密封性檢查;對於無適用產品規範的元器件,半導體分立器件按GJB128方法1071、半導體積體電路按GJB548方法1014、元件按GJB360方法112。

 

針對C類超期複驗,還需增加引出端強度試驗,半導體分立器件按GJB128方法2036、半導體積體電路按GJB548方法2004、元件按GJB360方法211。

 

半導體器件、非固體鉭電容器、密封電磁繼電器、金屬殼封裝的石英諧振器和振盪器、電線進行C類複驗時,應抽樣進行破壞性物理分析(DPA)。

 

QJ2227A針對進口元器件,還給出了進口元器件有效貯存期及超期複驗要求

 

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【超期複驗後的繼續有效期】

 

繼續有效期是指超期複驗合格的元器件在規定的貯存環境條件下存放,其批品質能滿足要求的期限。超過有效貯存期的元器件,經超期複驗合格後,在不低於原貯存環境條件下存放,半導體器件的繼續有效期如表3所示(QJ2227A)

 

表3  半導體器件的繼續有效期

 

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