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什么影响了电子元器件的储存可靠性

发表时间:2019-02-15 16:03

我国大多数装备电子产品的研制周期都较长,且产品使用后还需要维修,而元器件(尤其是进口元器件)更新换代是比较快的,往往装备在研制过程中,某些进口元器件已不生产,或定型后使用需要维修时,有些元器件已经“断档”。为了解决这一矛盾,通常在采购时留有足够的余量,以解决装备研制的需要;而且元器件订货量大,单价相对来说就低,也有利于节约费用。作为元器件的采购方和使用方普遍采取“一次采购、多次使用”的方式,这不仅能取得一定的经济效益,也有利于保证装备产品的研制进度。而另一方面,元器件生产厂家也希望“一次技产、多次供货”以降低生产成本。但“一次订货,多次使用”或“一次投产、多次供货”主要取决于元器件允许长期储存的期限,以及超过了规定的储存期限后,需要通过必要的检测,才能验证元器件的质量与可靠性仍能满足装备研制的要求。电子元器件恒温恒湿柜,为各类贵重芯片元件IC提供稳定的温湿度存储环境。

什么影响了电子元器件的储存可靠性

电子元器件的储存可靠性以及储存期的长短主要与下列因素有关:

1、由设计、工艺和原材料决定的元器件固有质量状况;

2、元器件储存的环境条件;

3、元器件的不同类别;

4、装备的可靠性要求。


电子元器件储存环境规范要求:

多数元器件的总规范和详细规范中规定了元器件的储存环境,SJ331《半导体集成电路总技术条件》规定了半导体集成电路储存的温度范围为-10℃-40℃,相对湿度不大于80%RH;美国军用标准和我国军用标准规定半导体器件的储存环境温度范围要宽一些。这些标准中规定的储存环境都是不允许超过的范围,并非元器件储存的最佳环境。根据国家标准GB4798.1《电工电子产品应用环境:储存》,对于某些存放精密仪器仪表、元器件的仓库环境条件的级别定为最高级别,其主要的气候环境条件为:20℃-25℃,20%-70%RH,70kPa~106kPa。这三项储存的气候环境条件中,对元器件储存可靠性影响较大的是温度和相对湿度,气压影响的程度相对较小。储存环境除了气候环境对元器件的有效储存期有影响外,GB4798.1中还规定了其他环境(如特殊气候环境(辐射等)、生物环境(霉菌、白蚁等)、化学活性物质(有害气体等)、机械活性物质(砂、尘等))。

此外,振动、冲击等机械环境对元器件储存可靠性和储存期的长短也有很大影响。GJB/Z123《宇航用电子元器件有效储存期及超期复验指南》中均规定了元器件的储存环境条件:元器件必须储存在清洁、通风、无腐蚀气体并有温度和相对湿度指示仪器的场所。储存环境条件的分类见下表。

储存环境条件的分类

分类

温度/℃

相对湿度/%RH

1

10-25

25-70

2

-5-30

20-75

3

-10-40

20-85


对于某些特殊元器件的储存应满足以下特殊的要求:

1、对静电放电敏感的元器件(如MOS器件、微波器件等),应采取静电放电防护措施;

2、对磁场敏感但本身无磁屏蔽的元件,应存放在具有磁屏蔽作用的容器内;

3、非密封片式元器件应存放在充惰性气体密封的密封容器内,或存放在采取有效去湿措施(如加吸湿剂、防氧化剂等)的密封容器内;

4、微电机等机电元件的油封及单元包装应保持完整。


电子元器件储存失效机理:

影响元器件储存可靠性和储存期长短的主要因素是元器件本身包含的各种缺陷,凡系统中含有存在缺陷的元器件都不能满足系统长期储存的要求,无缺陷或缺陷少的元器件就能满足系统十几年甚至是20年的长期储存要求。美国桑迪亚国家实验室(SNL)收集了美国国防部的部分高可靠微电子器件(如MOSLSI、双极型SSI)在非工作状态下的大量储存数据,储存期为8年-10年,甚至20年以上。数据分析表明,非工作状态下元器件的储存失效并非单纯地呈指数分布规律,其失效在较大程度上由设计、制造和生产过程的质量监控失误造成的缺陷所引起。


对长期库房储存试验和延寿试验的失效样品分析表明,失效的主要原因是由于器件内部水汽影响,其次是芯片、引线脱落。不同类别元器件常见储存失效模式和失效机理见下表。元器件储存失效包括内部结构失效和与封装、键合有关的外部结构失效,而外部结构失效在储存失效中占主要部分,包括封装漏气失效、引线焊接失效、外引线腐蚀断裂等,是由于元器件在储存温度、湿度等环境应力的作用下潜在的外壳、封装工艺缺陷而导致失效。


元器件分类

失效模式

失效机理

混合集成电路

电路开路或参数漂移

键合失效,铝金属化系统腐蚀

外引线断裂

引线腐蚀

超出公差

电阻器破损,电阻器超出公差,粘接失效,电容耦合,电参数漂移水汽影响

电阻器、电容器断路短路

元件裂纹或断线,绝缘损坏

半导体分立器件

开路

引线的缝合缺陷

参数漂移

水汽影响

漏气

密封性差

电真空器件

真空度下降

管壳漏气

灯丝断开

腐蚀或脆化

电阻器

阻值漂移

导电黏合剂膨胀和老化使得导电微粒松散

阻值增加

干燥

断路

腐蚀

短路

不绝缘

电容器

参数漂移

内部污染以及热应力导致芯组与引线接触电阻增大

绝缘材料或介质变质

潮气侵入芯组内部,介质潮解

开路

气孔和微裂缝缺陷

继电器

接触电阻不稳定

触电电化学腐蚀,有机污染物

外引线断裂

引线腐蚀

漏气

密封性差

连接器

锈蚀

绝缘材料老化,电化学腐蚀

石英晶体元件

停振

水汽影响

晶片破裂

晶片自身缺陷



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