Фильтрация и анализ надежности

　　Несколько важных вопросов, на которые необходимо обратить внимание стороне, осуществляющей отбор образцов:

　　1. Не все компоненты подходят для проведения испытаний, указанных в стандарте GJB597A. Например, компоненты с эпоксидной заливкой, пластмассовой герметизацией или другие компоненты, не имеющие полости и негерметичные, согласно GJB597A, не подвергаются проверке на наличие внутренних дефектов и герметичности.

　　Компоненты с параллельной пайкой или другие компоненты с относительно тонкими стенками корпуса не могут подвергаться испытаниям на постоянное ускорение, поскольку при заданных условиях ускорения испытания могут привести к деформации корпуса компонента, увеличивая вероятность короткого замыкания между контактными площадками или утечки из корпуса.

　　Одноразовые программируемые компоненты не могут быть подвергнуты испытаниям на программирование/стирание.

　　Предохранители, автоматические выключатели и т.д. с плавкой структурой не могут быть подвергнуты испытаниям на допустимое напряжение тока.

　　2. Успешное прохождение трехтемпературных испытаний компонентов с полостью не гарантирует их надежной работы во всем температурном диапазоне.

　　Трехтемпературные испытания — это измерение различных электрических параметров компонентов при трех температурах: -55°C, +25°C и +125°C.

　　На практике иногда встречаются случаи, когда электрические параметры некоторых компонентов соответствуют нормативным значениям при трех температурах, но при фактическом использовании обнаруживается ненормальная работа компонента вблизи 0°C. Дальнейший анализ измерения содержания водяного пара показывает, что это вызвано утечкой компонента или превышением допустимого уровня содержания водяного пара в собственной атмосфере компонента. Расстояние между соседними точками сварки на кристалле интегральной схемы обычно ≤100 мкм. При температуре -55°C водяной пар конденсируется в лед или иней, не проводя электричество. А вблизи 0°C, то есть вблизи «точки росы» (у разных компонентов «точка росы» разная), водяной пар превращается в капли воды, что может привести к снижению электрической изоляции между соседними точками сварки или даже к короткому замыканию, что приводит к ненормальной работе компонента. После превышения температуры «точки росы» капли воды снова превращаются в водяной пар, и компонент снова начинает работать нормально.

　　Это вызвано несоблюдением стандартов упаковки производителем компонентов и высокой влажностью атмосферы, но

　　обычные испытания не могут этого обнаружить. Поэтому рекомендуется, чтобы клиенты, использующие компоненты в важных случаях, после вторичного отбора образцов из каждой партии отбирали несколько образцов (есть правила, в зависимости от количества в каждой партии) и отправляли их в аккредитованную организацию для проведения испытаний на содержание водяного пара. Компоненты с содержанием водяного пара ≥15000 ppm следует использовать с осторожностью. Компоненты с содержанием водяного пара более 20000 ppm использовать категорически запрещено.

　　3. Компоненты, прошедшие проверку на герметичность и наличие внутренних дефектов, не всегда являются качественными после сборки.

　　На практике иногда встречаются случаи, когда заказчик жалуется на то, что компоненты, проверенные на герметичность и наличие внутренних дефектов, вышли из строя в процессе эксплуатации, и после разборки и отправки на испытания в третью организацию обнаруживается утечка или наличие посторонних веществ.

　　В таких случаях необходимо объективно и беспристрастно провести анализ. В процессе вторичного отбора образцов действительно возможны ошибки (например, из-за недостаточной ответственности оператора, несоблюдения сроков поверки оборудования и т.д.), но для любой достаточно квалифицированной испытательной организации вероятность ошибки очень мала.

　　В связи с этим рекомендуется, чтобы пользователь системы уделял больше внимания следующим моментам:

　　a. Температура и время пайки:

　　В большинстве руководств производителей в разделе «Абсолютные максимальные значения» (Absolute Maximum Ratings) указаны максимальная температура пайки выводов компонента и максимальное время пайки. Некоторые производители также выдвигают особые требования к способу пайки, четко определяя пригодность и оценку рисков ручной пайки/волновой пайки/пайки с помощью конвекционного потока.

　　Пайка при температуре выше максимальной или в течение времени, превышающего максимальное, может легко привести к растрескиванию и повреждению корпуса компонента (керамический корпус) или низкотемпературных стеклянных изоляторов (металлический корпус). Это может привести к утечке компонента или образованию посторонних веществ. Это особенно актуально для керамических микросборок SO, LCCC и т.д.

　　На практике при анализе отказа компонента, если обнаруживается коррозия выводов компонента, окисление алюминия в зоне соединения и т.д., в первую очередь следует учитывать утечку, в результате которой внутрь компонента попадает кислород и влага.

　　Если результаты масс-спектрометрического анализа показывают, что внутри компонента содержится значительная доля олова и свинца, это означает, что корпус компонента «сильно протекает», и припой во время пайки попал непосредственно в полость!

　　b. Вторичная формовка выводов:

　　В процессе эксплуатации компонентов часто требуется формовка их выводов, изменение длины или формы выводов. Однако следует помнить, что формовка не должна производиться слишком близко к основанию компонента, иначе это может привести к утечке компонента. Именно поэтому многие производители компонентов открыто заявляют, что не несут ответственности за повреждения, вызванные повторной формовкой выводов.

　　c. Мощность рассеивания корпуса компонента:

　　В руководстве пользователя в разделе «Абсолютные максимальные значения» указана мощность рассеивания (Power Dissipation) для различных типов корпусов.

　　При работе при +125°C необходимо снизить мощность, особенно для линейных усилителей мощности/усилителей, линейных стабилизаторов напряжения, источников питания DC/DC с КПД ≤60%. Слишком высокая импульсная мощность или длительная работа при внутреннем тепловыделении, превышающем мощность рассеивания, которую может выдержать корпус компонента, или несоблюдение различий в мощности рассеивания для различных типов корпусов, могут легко привести к утечке компонента. Это связано с тем, что тепловое расширение или сжатие корпуса компонента ограничено. Превышение предела может негативно повлиять на характеристики или долговременную надежность компонента.

　　4. Для компонентов с большим статическим энергопотреблением или силовых компонентов результаты измерений, полученные с помощью автоматизированного испытательного оборудования, могут не соответствовать фактическим значениям.

　　Для этих двух типов компонентов (например, OPA544, 541, 2541, LM143, 78H05 LM137K, LM117K, некоторые источники питания DC/DC и т.д.) существует проблема прогрева (Warm UP) после включения питания. До завершения процесса прогрева различные измеряемые параметры этих компонентов не являются достоверными. А автоматизированное испытательное оборудование измеряет параметры различных компонентов с интервалом времени в мс, поэтому они не эквивалентны.

　　Конечно, продолжительность процесса прогрева у разных компонентов различна. Поэтому не все результаты, полученные с помощью автоматизированного испытательного оборудования, неверны.

　　Еще один важный вопрос заключается в том, что автоматизированное испытательное оборудование обычно не может подавать на испытуемый компонент ток в амперах. Таким образом, полученные результаты не отражают реальные параметры компонента при больших рабочих токах.

　　На практике более практичным подходом является создание части ручных испытательных стендов для вторичного измерения некоторых ключевых параметров компонентов с большим статическим энергопотреблением или силовых компонентов. Если некоторые параметры, измеренные в этом процессе, не совпадают с данными, полученными с помощью автоматизированного испытательного оборудования, то следует руководствоваться результатами, полученными с помощью ручного испытательного стенда.

　　5. Внешний вид и паяемость компонентов после вторичной сортировки могут ухудшиться.

　　При тестировании компонентов в процессе вторичной сортировки необходимо устанавливать тестируемые компоненты в адаптер, что может привести к появлению следов давления или следов от вставки/извлечения на внешних выводах тестируемых компонентов.

　　После высокотемпературного отжига компонентов, внешние выводы компонентов, особенно внешние выводы из никель-хромового сплава или палладиево-серебряной структуры, могут окисляться, что влияет на паяемость.

　　Процесс проверки на герметичность требует помещения компонентов первой и второй партии в фторопластовый сосуд высокого давления, где они выдерживаются под заданным давлением в течение заданного времени. В таких условиях трудно избежать контакта или царапин внешних выводов одного компонента о поверхность другого, что приводит к ухудшению внешнего вида. Если же размещать компоненты параллельно в фторопластовом сосуде высокого давления, это значительно снизит эффективность, увеличит продолжительность и стоимость сортировки, поэтому полностью избежать этого сложно. Надеемся, что заказчик при проведении вторичной сортировки учтет все эти факторы.

　　6. Определение условий вторичной сортировки:

　　В соответствии с консенсусом, достигнутым в середине-конце 90-х годов в области надежности, надежность электронных компонентов делится на присущую надежность и эксплуатационную надежность. Присущая надежность определяется конструкцией и технологическим уровнем компонента. Для компонентов с фиксированной конструкцией присущая надежность определяется технологическим процессом производства. Производственный процесс зависит от многих факторов, таких как материалы, производственная среда и технологические условия, поэтому невозможно изготовить 100% годных компонентов. Кроме того, некоторые дефекты компонентов могут быть выявлены только при воздействии определенных нагрузок окружающей среды и электрических нагрузок. Поэтому производители компонентов перед выпуском своей продукции военного назначения проводят достаточно длительные испытания на отбраковку по многим параметрам. Путем воздействия на компоненты определенной интенсивности нагрузок окружающей среды и электрических нагрузок отбраковываются компоненты с ранними отказами, и оценивается, соответствует ли качество компонентов соответствующим военным стандартам. Традиционно эти мероприятия по отбраковке, проводимые производителем, называются первичной сортировкой.

　　Для электронных компонентов военного назначения первичная сортировка имеет решающее значение, и большая часть стоимости компонентов военного назначения приходится на первичную сортировку. Любой компонент в корпусе военного исполнения, не прошедший первичную сортировку, не может считаться компонентом военного назначения, а только компонентом военного температурного класса. Его присущая надежность не гарантируется.

　　Поэтому первичная сортировка является обязательной производственной операцией для любого производителя. Это также объясняет переход от каталога квалифицированных изделий QPL (Qualified-Parts-List), определенного в стандарте MIL-M-38510 ВС США, к каталогу квалифицированных производителей QML (Qualified-Manufacture-List), определенного в стандарте MIL-M-38535.

　　Следует отметить, что первичная сортировка не влияет на срок службы компонентов военного назначения, то есть на эксплуатационную надежность.

　　Вторичная сортировка должна относиться к категории эксплуатационной надежности.

　　Вторичная сортировка — это мероприятие по подтверждению результатов первичной сортировки партии компонентов, проводимое заказчиком перед монтажом и настройкой компонентов, из-за опасений по поводу сроков закупки, каналов закупки, условий хранения и транспортировки компонентов, с целью обеспечения или повышения надежности компонентов, устанавливаемых в оборудование. Как правило, условия воздействия нагрузок окружающей среды и электрических нагрузок при вторичной сортировке не должны быть выше, чем при первичной сортировке. В противном случае это может негативно повлиять на эксплуатационную надежность компонентов.

　　Учитывая вышеизложенное, заказчик при определении условий вторичной сортировки не должен полностью копировать условия первичной сортировки производителя, а тем более не должен устанавливать более жесткие условия, чем при первичной сортировке. При ужесточении сортировки или добавлении дополнительных условий сортировки следует также учитывать класс качества сортируемых компонентов. Например, NASA определило три уровня риска для критически важных применений компонентов. Отмечается, что дополнительная сортировка может улучшить уровень риска. Компоненты класса III после ужесточенной сортировки могут быть повышены до класса II, компоненты класса II — до класса II+, но не до класса I. Это очень важно.