分析
Technology Analysis
I G I T C W 技术
120DIGITCW
2021.01
1    电子元器件失效
一件电子成品的失效是指产品丧失规定的功能指标，不能满足规范要求，其中90%以上是可以通过更换元器件修复的，而元器件的失效往往是不可修复的。因此，要控制成品设备的可靠性，就需要对元器件的失效规律进行研究分析，控制好元器件的失效率就能提高产品的可靠性。影响一个元器件失效的因素多种多
样，不同的元器件在同一应力环境失效的模式和机理都有可能不同，同一种元器件在不同的应力环境的失效状态也会不同。因此，我们在分析元器件失效时要统计出元器件的材料、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理以及应力阶段、加电时长等。
2    名词解释
（1）失效：产品丧失规定功能指标不能满足规范要求。
（2）失效模式：失效的外在直观表现形式和过程规律，主要包括漏电、短路、开路、参数漂移及功能失效。（3）失效机理：电子元器件本身化学、物理变化，这种变化一般是机械、腐蚀、过电引起。（4）失效原因：引起器件失效的外在因素，电子元器件在材料、制造、设计、使用中引起的直接失效原因。（5）失效分析：是到产品的失效模式，根据失效模式出产品失效机理以及失效原因，制定对策防止产品再次失效的活动。
3    失效分析步骤
造成元器件失效的因素很多，必须收集器件失效的多方面要素加以比对分析才能到失效根因，主要分析过程按图1
执行。
图1 元器件失效分析过程
3.1  统计失效元器件的关键要素
损坏元器件的关键要素主要有器件类别、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理、失效阶段等。
3.1.1  电子元器件主要类别
失效电子元器件分析方法
张光强
（中电集团第十研究所，四川  成都  610036）
摘要：介绍了一种电子元器件失效分析方法，给出了失效器件失效的统计要素，并对失效要素进行分析、研究失效模式与失效机理，出失效原因，到生产过程中的薄弱环节，制定相应措施，及时有效预防器件的再次失效，提高电子元器件的使用可靠性，进而提高整机可靠性，以较小的质量成本获取较高的经济效益，避免产品出现重复性问题，最终达到控制质量成本的目的。
关键词：失效模式；质量控制；静电；应力doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2021.01.051中图分类号：TN6    文献标示码：A    文章编码：1672-7274（2020）01-0120-03
Analysis Method for Failed Electronic Components.
ZHANG Guangqiang
(The. No 10th.Institute.of. CETC, Chengdu 1610036, China)
Abstract :This paper introduces a kind of electronic components failure analysis method, discusses the failure device
statistical factors, and analyze the factors of failure, the invalidation mode failure mechanism, the failure reasons, fi nd the weak link in the process of production, make corresponding measures, timely and effective prevention device failure again, improve the using reliability of electronic components, and thus enhance the reliability, with smaller quality cost to obtain higher economic ef fi ciency, avoid repetitive problems products, eventually achieve the goal of controlling quality cost.
Keywords :failure mode; quality control; static electricity; stress
Technology Analysis
技术分析
DCW
121
数字通信世界
2021.01
元器件可以按照功能、预定用途、封装等因素进行分类。国内军用电子元器件一般按国产军用电子元器件产品手册系统分30大类，GJB/Z 299C 《电子设备可靠性预计手册》分21大类。如表1所示。
表1 国产军用电子元器件分类
国产军用电子元器件产品手册系统30大类
半导体集成电路9类、微波混合集成电路14类、混合集成电路和MCM 5类微波单片集成电路MMIC 8类、电感及磁性元器件7类、电子模块未分类、半导体分立器件5类、电容器3类、真空电子器件9类、光电子器件7类、电子功能材料5类、电阻器5类、微特电机5类、微波组件16类、电连接器6类、开关9类、继电器9类、微波元件13类、激光器3类、纤维光学器件和纤维光学互连元件5类、电路保护器件3类频率控制和选择用元器件及其组件6类、电子设备4类、敏感元器件及传感器11类、电池5类、电声器件4类、电线电缆4类、印制电路板2类、电子元器件外壳5类
GJB/Z 299C 《电子设备可靠性预计手册》21大类
连接器未分类、微电路3类、电子管3类、电阻器11类、继电器2类、滤波器未分类、电位器7类、电容器11类、电池未分类、感性元件3类、磁性器件未分类、激光器未分类、开关未分类、旋转电器3类、半导体分立器件11类、印制板、焊接点与SMT 互连3类、谐振器和震荡器2类、光纤连接器未分类、灯未分类、压电陀螺未分类
3.1.2  器件质量等级分类
3.1.2.1  国产电子元器件的生产控制质量等级分类
国产电子元器件的生产控制质量等级可以分为普军品、（七专）8406、七专（7905）（七专）84061A 、国军标等五种。对于国产电子元器件，各类分为A 、B 、C 三个质量层次，每个层次再用阿拉伯下标数字进一步划分。如表2所示。
表2 国军标（GJB ）元器件生产控制质量等级
序号元器件类别依据标准
质量保证等级（从低到高）1半导体分立元件GJB33A-1997生产控制质量等级分为：JP （普军
级）、JT （特军级）、JCT （超特军
级）、JY （宇航级）
2半导体集成电路GJB597B-1996
生产控制质量等级分为：B1级、B 级、S
级
3混合集成电路GJB2438A-2002
生产控制质量等级分为：D 级、G 级、H
级、K 级
4
可靠性指标的元件
electronic去掉ic是什么
元件规范生产控制质量等级失效率等级分为：
L 、M 、P 、R 、S 、T （亚五、五、六、
七、八、宇航级）3.1.2.2  美军标元器件质量保证等级分类
进口美军元器件的质量等级划分如表3所示。
表3 美军标元器件质量
序号元器件类别
依据标准
分级（从低到高）
1半导体分立元件MIL-S-19500生产控制质量等级分为：JAN （普军
级）、JANTX （特军级）、JANTXV
（超特军级）、JANS （宇航级）2微电路MIL-M-38510
生产控制质量等级分为：B 级（标准军
级）、S 级（宇航级）
3
混合集成电路MIL-PRF-38534生产控制质量等级分为：D 级、E 级、G
级（军级）、H 级（标准军级）、K 级
（宇航级）
4
半导体集成电路MIL-PRF-38535生产控制质量等级分为：N 级、T 级、M
级（军级）、Q 级（标准军级）、V 级
（宇航级）
5
有可靠性指标的
元件
相应的元件总规范失效率等级分为：L （亚五级）、M
（五级）、P （六级）、R （七级）、S
（八级）、T （宇航级）3.1.3  器件来源分类
器件来源分为国产器件（纳入军用电子元器件合格产品目录（QPL ）的器件）和进口器件，都在军用电子元器件合格制造厂目录（QML ）内的元器件。
3.1.4  静电敏感等级分类
根据GJB 548B-2005规定的静电放电敏感元器件/组件和设备的分级如表4所示。
表4 静电敏感器件分级
序号等级
器件类型
1Ⅰ级（0–1999V ）
微波器件、离散型MOSFET 器件、SAW 器件、结型场
效应晶体管、电耦合器件等
2
Ⅱ级（2000–3999V ）运算放大器（OPAMPS ）、离散型MOSFET 器件、结
型场效应晶体管（JFETS ）、IC 集成电路、超高速集成
电路等。
3
Ⅲ级（4000–15999V ）离散型MOSFET 器件、小信号二极管、IC 集成电路、
运算放大器（OPAMPS ）、片状电阻、超高速集成电
路、低功率双极型晶体管、硅整流器等
3.1.5  应力阶段分类以及应力类型
器件应力失效阶段大致分为存储、运输、装配、产品调试、应力实验、交付用户使用等（见图2），一般军用元器件应力类型如表5所示。
图2 器件应力失效阶段
表5 应力类型与器件失效模式或机理的关系
序号应力类型
实验方法
可能出现的失效模式或机理
1电应力静电、过电、噪声MOS 器件的栅击穿、双极型器件的PN 结
击穿、功率晶体管的二次击穿、COMS
电路的闩锁效应
2热应力高温存储
金属--半导体接触的AI-Si 互溶、欧姆接
触退化、PN 结漏电、Au-AI 键合失效
3低温应力低温存储芯片断裂4低温电应力低温工作热载流子效应5高低温应力高低温循环芯片断裂、芯片粘接失效6热电应力高温工作金属电迁移、欧姆接触退化7机械应力振动、冲击、加速度芯片断裂、引线断裂
8辐射应力
X 射线辐射、中子辐射电参数变化、软错误、CMOS 电路闩的
锁效应
9
气候应力高温、盐雾外引线腐蚀、金属化腐蚀、电参数漂移3.1.6  失效模式和失效机理分类
3.1.6.1  元器件主要的失效模式
元器件主要的失效模式包括漏电、短路、开路、参数漂移及功能失效等。常见的有管脚腐蚀折断、烧毁、芯片表面内涂树脂裂缝、管壳漏气、芯片黏接不良、键合点不牢、芯片表面铝腐蚀、铝膜伤痕、漏电流大、光刻/氧化层缺陷、电压漂移等。
3.1.6.2  元器件主要的失效机理
典型的失效机理包括静电放电（ESD ）、过电应力（EOS ）、工艺缺陷及封装缺陷等。按照引起的原因可将失效机理分为6种：（1）设计问题：电路、图纸、结构等方面的设计缺陷。（2）器件内劣化：指CMOS 闭锁效应、二次击穿、材料缺陷引起的结构性能退化、瞬间功率过载等。（3）表面劣化：指表面击穿、沟道漏电、辐射损伤等。（4）金属劣化：指铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口、铝化伤、过电应力烧毁等。（5）封装劣化：指管脚腐蚀、壳内引起漏电或短路等。（6）使用问题：指电浪涌损伤、静电损伤、机械应力损伤、温度应力破坏、干扰信号故障、焊剂腐蚀管腿等。
3.2  统计及分析
对表6统计的要素数据进行分析（见图1），研究产品失效机理，出失效原因，发现元器件（下转第94页）
技术
Special Technology
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2021.01
特征是指在在正弦函数的基础上确定输入与输出的函数关系。频域分析法就是指利用频率特征来分析信号的一种传统方法。
频域分析法有如下特点：
（1）频率特征能够让低阶信号的时域频域参数完全相互对应，也能让高阶信号的时域频域参数基本对应。因此，频域分析既能够减小噪声的影响，又能增强系统响应的灵敏度。
（2）将原始信号拆开成不同频的正弦信号，再将其叠加。这样可以有备无患，防止信号损失。除此之外，还能减少所需的存储空间，提高传输的效率。
（3）对故障诊断的频域分析法是一种将频率组成和与之对应的幅值大小以直观的图表展现出来，进而得到初始时域频率组成与相位信息的分析方法。根据对频率组成的分析，对比滚动轴承运行时各组成部分的特征频率，精确得定位故障的发生位置及性质。
常用的频域分析方法有如下几种：频谱分析；包络谱分析；功率谱分析。
4.2.4  故障诊断
滚动轴承经常发生的部分缺陷有内外环与滚子的脱落、点状腐蚀和磨损（包含裂纹）变形，而无论哪种损伤都能引起对应的脉冲频率信号，从中可以得到特征频率。滚动轴承的精密诊断通常利用频谱分析来看是否有产生滚动轴承的故障特征频率，而故障特征频率是可以由速度关系和经验公式求得，特征频率（Hz ）的表达式：
（1）内环旋转频率：；（2）内环故障特征频率
；
（3
（4）钢球公转频率
（5）钢球自转频率（6）；
：
；
r/min ）；D 是轴承的截圆的直径（mm ）；n 是滚子的个数；d 是滚子的直径（mm ）；
β是接触角（o
）。
5    结束语
通过对轴承的故障研究分析，不难看出，轴承在日常运行过程中会传出相应运行状态的信号，根据这些信号，可以较好的分析出轴承的运行特性。
目前实际生产中，轴承的状态判断手段仍然较为原始，设备管理不够先进，设备管理者可在生产过程中，结合轴承的相关理论研究，定期定量的对斗轮机回转轴承进行数据检测，理论分析，从一段时间的
数据趋势，可以发现回转轴承的运行状态，及早发现问题，研究解决方案，制定解决措施，避免事故扩大。
参考文献
[1]  李娜.滚动轴承的常见故障及其分析.科技资讯，2011.[2]  D Q1500/3840•40型悬臂式斗轮堆取料机使用说明书.
（上接第121页）生产单位和使用单位在管理上、技术上存在的问题，从而采取有效的改进措施，及时有效预防
器件的再次失效，提高电子元器件的使用可靠性和固有可靠性，进而提高整机可靠性，以较小的质量成本获取较高的经济效益，避免产品出现重复性问题，最终达到控制质量成本的目的。
表6 失效器件统计要素表
序号型号名称厂家单价使用数量质量等级复验方式静电等级失效阶段加电时长失效模式失效机理应力阶段
12
3.3  措施及对策
对总结分析结果制定对策要素（见表7）
表7 统计分析对策表
序号失效模式
失效机理
失效原因
改进措施
下一步打算
12
4    结束语
总之，元器件失效是不可避免的，但失效的原因是可以预防的。只要有有效防护设施，并且人员培训、
管理到位，器件失效数量就可以大幅减少，电子装备的可靠性就可以提高。元器件的失效分析工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都有可能导致元器件的失效分析工作的失败，只有从根本上了解元器件的失效模式，到失效原因，并且采取准确有效的改进措施，才能降低元器件失效数量，达到降低生产成本的目的。
参考文献
[1]  G B4365-95 电磁兼容术语[S].北京：中国标准出版社，1995.[2]  樊会灵.电子产品工艺[M].北京：机械工业出版社，2002.[3]  吴宗汉.基础静电学[M].北京：北京大学出版社，2010.[4]  陈邦媛.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2006.

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