电子元器件可靠性保障技术详解

　　一、电子元器件可靠性问题的提出
　　电子设备复杂程度增长
　　电子设备所需元件数量增多是复杂程度增长的重要标志。对于串联系统，设备可靠度为所用元器件可靠度的乘积。实际中，一个电解电容失效就可能致使整个设备系统瘫痪。
　　使用环境日益严酷
　　电子设备使用范围广泛，从实验室到野外，涵盖热带、寒带等不同环境。使用条件越严酷，设备失效可能性越大，对可靠性要求越高。例如某品牌网络控制器，常温下工作正常，但高温试验后因电源模块失效无法正常启动。
　　装置密度不断增长
　　集成电路从 SSI 发展到 ULSI，装置密度持续增高，导致集成电路内部环境温度上升，对可靠性的要求也随之提高。
　　二、电子元器件的选择
　　列入军用电子元器件合格产品清单（QPL）的元器件
　　此类元器件的生产厂家和生产线通过合格，生产过程严格受控，产品经过性能检验、可靠性试验和质量一致性检验，按要求筛选，生产和检验完全遵循军用标准规范，质量和可靠性有保障。
　　列入单位《元器件优选手册》中的元器件
　　编写适合本单位应用的元器件优选手册，对控制元器件质量、提高设备系统可靠性具有重要作用。
　　正确选择元器件的质量等级
　　元器件质量等级对可靠性影响显著。以国产集成电路为例，不同质量等级的器件失效率和价格差异较大，应根据设备系统的重要程度、使用条件和可靠性要求合理选用。军用半导体分立器件质量保证等级从低到高分为普军级（JP）、特军级（JT）和超特军级（JCT）。
　　选择标准和通用元器件
　　优先选择标准和通用元器件，谨慎选用新品种和非标准元器件，避免选用即将淘汰停产和禁用的元器件。新型元器件稳定性和可靠性一般低于成熟品种，使用前需严格试验和评审；选用即将淘汰的元器件会给设备生产和维修带来隐患。
　　弄清元器件型号标志含义，提供完整的元器件型号
　　不同生产厂的元器件命名方法和字母含义不同，标志上的字母反映型号、规格、制造商、使用环境条件、质量等级和封装型式等。提供元器件清单时需完整填写，以防采购到不符合要求的元器件。部分供应商会利用采购人员对标志含义的不了解，以民品充军品高价销售。54 系列只是温度等级，采用陶瓷封装，并非真正的军品；符合美国军标 883 条件的器件，不仅要经过军标筛选，生产线质量保证体系还需经美国军方认可。
　　封装形式
　　DIP 封装：结构形式包括多层陶瓷双列直插式、单层陶瓷双列直插式、引线框架式。适合 PCB 的穿孔安装，TO 型封装便于 PCB 布线，操作方便。
　　芯片载体封装：包括陶瓷无引线芯片载体 LCCC、塑料有引线芯片载体 PLCC、小尺寸封装 SOP、塑料四边引出扁平封装 PQFP。适合 SMT 表面安装技术在 PCB 上安装布线，操作方便；封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用，可靠性高。
　　BGA 封装：球栅阵列封装，I/O 引脚数增多但引脚间距大，提高了组装成品率；功耗增加但可用可控塌陷芯片法焊接，改善电热性能；厚度和重量减小，组装可用共面焊接，可靠性高；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高。
　　三、元器件降额设计
　　降额设计是使元器件在比额定值低的应力状态下工作的技术。为提高元器件使用可靠性和延长产品寿命，需降低施加在器件上的工作应力（如电、热、机械应力等）。降额措施根据元器件类型确定，如电阻降低使用功率与额定功率之比，电容器使工作电压低于额定电压，半导体分立器件使功耗低于额定值。应根据元器件具体应用情况确定适当的降额水平，降额不够会使元器件失效率大，降额过度会增加设备重量、体积和成本，甚至降低设备可靠性。
　　四、热设计
　　现代电子设备元器件密度高，元器件之间会产生热耦合，热应力成为影响电子元器件失效率的重要因素。对于某些电路，可靠性几乎完全取决于热环境。有资料表明，温度超过允许环境温度时，每提高 10℃，元器件寿命约降低 1/2。热设计包括散热、加装散热器和制冷三类技术，常用的是加散热器控制半导体温度。
　　五、元器件的检测与筛选
　　筛选
　　对电子元器件施加一种或多种应力试验，暴露其固有缺陷而不破坏完整性。常见筛选项目有高温存贮、高低温循环、高温功率老化等，是剔除元器件潜在故障的有效措施。
　　元器件的检测
　　集成电路的测试：包括功能测试、直流参数测试和交流参数测试。功能测试可剔除丧失基本逻辑功能的器件；直流参数测试可发现多数工艺生产过程中引入缺陷的器件；交流参数测试可反映被测器件的频率特性和开关特性。
　　电容器的检测：主要检测电容量、漏电流、耐压等指标，对于电解电容要特别检测高温状态下的漏电流。
　　半导体分立器件的检测：三极管检测电流放大倍数、击穿电压、饱和压降等指标；二极管检测正向压降、击穿电压等指标。