核電廠儀控設(shè)備研制中元器件篩選問題的討論

北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 白濤，金成日，張春雷

核電儀控系統(tǒng)最小組成單元是電子元器件，其質(zhì)量與可靠性是保證整個(gè)儀控系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。在分析和論證核電儀控系統(tǒng)可靠性指標(biāo)時(shí)，不得不面臨元器件可靠性和質(zhì)量、元器件質(zhì)量控制等相關(guān)問題。核電廠儀表和控制設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱：核電廠儀控設(shè)備）研制過程中，是否需要對(duì)元器件進(jìn)行篩選？這個(gè)問題受到核電廠業(yè)主、設(shè)計(jì)公司和儀控設(shè)備研制單位的廣泛關(guān)注，但至今還沒有得到比較一致的共識(shí)。

本文旨從篩選的定義、目的和遵循的原則開始討論，首先讓大家對(duì)元器件篩選有一些基本的認(rèn)識(shí)，再對(duì)國內(nèi)外元器件篩選相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異進(jìn)行對(duì)比研究，并對(duì)國內(nèi)元器件篩選機(jī)構(gòu)的元器件篩選數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，讓大家對(duì)目前國內(nèi)外電子元器件篩選現(xiàn)狀有所了解。解讀2010年5月，國家能源局首次發(fā)布的NB/T 20019-2010《核電廠安全級(jí)儀表和控制設(shè)備電子元器件老化篩選和降額使用規(guī)定》，對(duì)核電廠儀控設(shè)備研制過程中是否需要開展元器件篩選進(jìn)行討論，并提出作者對(duì)元器件篩選的一些看法和建議。

1 元器件篩選

1.1 篩選的定義和主要目的

篩選，顧名思義就是根據(jù)不同使用要求，采用不同規(guī)格的“篩子”將產(chǎn)品分選。因此，篩選的定義就是“一種通過試驗(yàn)剔除不合格或有可能早期失效產(chǎn)品的方法”。篩選的試驗(yàn)種類很多，這就是各種“篩子”。

篩選的主要目的有兩點(diǎn)：第一是淘汰有缺陷的產(chǎn)品。這些缺陷可能是由于原材料、工藝、制造設(shè)備等方面潛在的不良因素造成的。第二是根據(jù)使用要求，篩選不符合要求的產(chǎn)品。使用要求可以指壽命要求或者使用環(huán)境條件，如溫度、輻射、振動(dòng)等。

一個(gè)好的篩選規(guī)范必須選擇合適種類的“篩子”，即合適的篩選項(xiàng)目，且“篩孔大小”，即試驗(yàn)應(yīng)力也應(yīng)該合理，以免篩去過多能滿足要求的產(chǎn)品，從而無謂提高元器件成本。

1.2 篩選應(yīng)遵循的原則

篩選應(yīng)遵循以下兩條原則：一，除另有規(guī)定外，對(duì)元器件具有破壞性的試驗(yàn)或檢驗(yàn)不應(yīng)列為篩選項(xiàng)目。二，除產(chǎn)品規(guī)范或篩選指導(dǎo)性文件另有規(guī)定外，篩選所加的應(yīng)力（電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力等）不應(yīng)超過產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的元器件能夠承受的極限應(yīng)力。

從以上篩選原則的第一條里可以看到篩選試驗(yàn)項(xiàng)目必須是無破壞性的。這和設(shè)備鑒定試驗(yàn)不同，因?yàn)榻?jīng)過鑒定試驗(yàn)的產(chǎn)品一般不再出售，而篩選后的合格產(chǎn)品是要交付使用的。因此確定試驗(yàn)方法有無破壞性，對(duì)制定篩選試驗(yàn)規(guī)范十分重要。

1.3 試驗(yàn)項(xiàng)目有無破壞性的確定

篩選試驗(yàn)規(guī)范由一系列試驗(yàn)項(xiàng)目按序組成。確定試驗(yàn)方法有無破壞性，對(duì)制定篩選規(guī)范十分重要。

IEC 61163-2-1998《電子元器件可靠性應(yīng)力篩選》標(biāo)準(zhǔn)的附錄A.1中，對(duì)于無破壞性試驗(yàn)和有破壞性試驗(yàn)有明確的分類。標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為封帽前內(nèi)部目檢、聲學(xué)顯微鏡掃描和X-射線照射屬于無破壞性試驗(yàn)，而溫度循環(huán)、高溫（包括單獨(dú)施加高溫、高溫加電、高溫加反偏電壓、高溫+電功率等）、低溫、熱沖擊、露點(diǎn)試驗(yàn)（Dew-Point test）、高溫高濕試驗(yàn)、顆粒碰撞噪聲檢測(cè)（P.I.N.D）、恒定加速度機(jī)械沖擊（Constant acceleration，mechanical shock）、振動(dòng)（包括固定頻率正弦振動(dòng)、掃描頻率正弦振動(dòng)、隨機(jī)信號(hào)正弦振動(dòng)等）、DPA（破壞性物理分析）等試驗(yàn)為有破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)于有破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目，IEC61163-2附錄A.1中指出：“由于試驗(yàn)應(yīng)力具有破壞性，可能會(huì)損壞器件，因此只能在抽樣后的樣品上施加，而不應(yīng)對(duì)全部器件施加?！?/p>

筆者認(rèn)為IEC61163-2 元器件可靠性篩選標(biāo)準(zhǔn)中給出的有破壞性試驗(yàn)和無破壞性試驗(yàn)定義，主要是從試驗(yàn)應(yīng)力本身的特點(diǎn)出發(fā)。但不能籠統(tǒng)地認(rèn)為IEC61163-2標(biāo)準(zhǔn)里提到某試驗(yàn)應(yīng)力屬于破壞性試驗(yàn)，因此不適合做元器件篩選試驗(yàn)應(yīng)力。比如：找一個(gè)有破壞性試驗(yàn)應(yīng)力，溫度循環(huán)作為舉例。-40℃～+100℃的溫度循環(huán)可能對(duì)于某些器件是有破壞性的，但+20℃～+40℃范圍的溫度循環(huán)可能對(duì)于大部分元器件來說是屬于無破壞性的。

美軍標(biāo)、國軍標(biāo)和航天企業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于無破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目和有破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目的確定與IEC 61163-2標(biāo)準(zhǔn)差距比較大。

首先，對(duì)于一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目是否具有破壞性，在《GJB 548 微電子器件試驗(yàn)方法》和《GJB 33 半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范》中是如下規(guī)定：“若某項(xiàng)試驗(yàn)在同一組樣品上重復(fù)進(jìn)行5次試驗(yàn)，然后進(jìn)行分析。當(dāng)分析數(shù)據(jù)表明，沒有一個(gè)樣品有累積退化的跡象，則認(rèn)為該試驗(yàn)是非破壞性的。否則，認(rèn)為該試驗(yàn)具有破壞性?！币虼耍贗EC61163-2中認(rèn)為有破壞性的試驗(yàn)應(yīng)力，比如：顆粒碰撞噪聲檢測(cè)（P.I.N.D）、老化篩選、高溫、低溫、溫度循環(huán)等在軍用和航空航天篩選相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均認(rèn)為是無破壞性的試驗(yàn)應(yīng)力。

1.4 元器件一次篩選和二次篩選

元器件篩選根據(jù)需要分為一次篩選和二次篩選。一次篩選（簡(jiǎn)稱篩選）是由元器件生產(chǎn)廠家進(jìn)行的篩選；二次篩選（也稱補(bǔ)充篩選）是元器件使用方、整機(jī)研制或生產(chǎn)單位在元器件制造廠商已進(jìn)行工藝篩選的基礎(chǔ)上，為滿足整機(jī)系統(tǒng)對(duì)元器件的可靠性要求，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定或技術(shù)條件要求進(jìn)行的篩選。

元器件進(jìn)行二次篩選的主要目的可歸納為以下幾種：

第一種情況，元器件使用方認(rèn)為元器件生產(chǎn)廠家進(jìn)行的一次篩選應(yīng)力不夠（包括：試驗(yàn)應(yīng)力本身和抽樣比例），不足以淘汰足夠的早期失效器件，經(jīng)篩選后的元器件失效率達(dá)不到使用可靠性要求，從而進(jìn)行二次篩選。但對(duì)某些器件，當(dāng)篩選應(yīng)力過大，反而會(huì)縮短使用壽命。因此，在選擇二次篩選的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)應(yīng)力時(shí)，需區(qū)別對(duì)待，慎重選擇。

第二種情況，元器件廠家制造的產(chǎn)品針對(duì)廣泛領(lǐng)域的用戶，因此，一次篩選的目標(biāo)帶有普遍性。當(dāng)使用方由于特定的使用環(huán)境或要消除特定失效模式時(shí)，就要進(jìn)行含針對(duì)性試驗(yàn)項(xiàng)目的二次篩選。

第三種情況，二次篩選的某些試驗(yàn)項(xiàng)目帶有檢驗(yàn)的目的，當(dāng)某批某個(gè)項(xiàng)目上的元器件失效的比例高，或出現(xiàn)不該有的失效模式時(shí)，就需要通過二次篩選來研究該批元器件的整批質(zhì)量問題。

第四種情況，目前市場(chǎng)上供應(yīng)商良莠不齊，翻新和假冒器件時(shí)有出現(xiàn)。元器件使用方無法保證元器件（特別是進(jìn)口元器件）的采購渠道和采購?fù)緩?，或者?duì)元器件生產(chǎn)方的篩選情況不明，因此為了保證所采購元器件的質(zhì)量及其可靠性，進(jìn)行元器件補(bǔ)充篩選。

2 元器件篩選統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.1 元器件篩選統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

元器件篩選技術(shù)在我國航天科技領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍，國內(nèi)也有一些專門從事元器件篩選技術(shù)研究和服務(wù)的科研單位和機(jī)構(gòu)，以下是上海航天技術(shù)基礎(chǔ)所和湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所提供的電子元器件篩選統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

根據(jù)上海航天技術(shù)基礎(chǔ)所提供的元器件篩選數(shù)據(jù)，以航天某型號(hào)為例，該型號(hào)產(chǎn)品在天正常運(yùn)行四年多，元器件補(bǔ)充篩選總數(shù)為129423只，合格129078只，不合格345只（不含整批不合格退貨產(chǎn)品），淘汰率為0.27%；其中國產(chǎn)元器件114872只，合格114624只，不合格248只，淘汰率為0.22%；進(jìn)口元器件總數(shù)14551只，合格14454只，不合格97只，淘汰率為0.67%。

其中國產(chǎn)元器件和進(jìn)口元器件的送篩總樣品數(shù)、合格、不合格數(shù)量及淘汰率，如表1所示。

表1 國產(chǎn)元器件和進(jìn)口元器件篩選數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

其中，元器件補(bǔ)充篩選批次不合格整批退貨的共有33批，計(jì)3901只。其中國產(chǎn)元器件有31批，計(jì)3834只；進(jìn)口元器件2批，計(jì)67只。

目前，在核電站儀控系統(tǒng)研制中使用很多進(jìn)口元器件，因此也收集整理了國外著名集成電路生產(chǎn)廠家的元器件篩選情況。

根據(jù)湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所反饋的數(shù)據(jù)，涉及國外著名集成電路生產(chǎn)廠家16家共119個(gè)型號(hào)，且樣品均是通過正規(guī)渠道獲得的產(chǎn)品，合格率在82.3%以上。不合格率高的產(chǎn)品主要是出現(xiàn)在較早生產(chǎn)的或已停產(chǎn)的產(chǎn)品中間，從樣品數(shù)占有量可看出，目前集成電路使用量最大的前三家是TI、NS（National Sem iconductor國辦）和FAIRCHILD（仙童），其產(chǎn)品的合格率分別為98.6%，98.6%和99.9%。表2是16家國外著名集成電路生產(chǎn)廠家119款型號(hào)產(chǎn)品的二次篩選數(shù)據(jù)。

表2 國外16家著名集成電路生產(chǎn)廠家119款型號(hào)產(chǎn)品二次篩選數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從以上的元器件篩選專門機(jī)構(gòu)反饋的數(shù)據(jù)可以了解到，即使是航空航天這種對(duì)元器件可靠性要求很高，且通過正規(guī)渠道采購的產(chǎn)品上的元器件篩選合格率平均值僅在82.3%左右。

目前，核電站儀控系統(tǒng)研制單位的元器件質(zhì)量及可靠性等級(jí)的控制、元器件認(rèn)證、供應(yīng)商認(rèn)證和管理、元器件檢驗(yàn)等每個(gè)環(huán)節(jié)上的管理和把控能力均與軍用、航空航天等單位相比還具有很大的差距。設(shè)計(jì)人員對(duì)元器件質(zhì)量的盲目自信、對(duì)不同元器件在應(yīng)用方面的特殊性和有關(guān)注意事項(xiàng)的不甚了解、采購人員對(duì)元器件質(zhì)量及可靠性等級(jí)不熟悉，因而僅按元器件常規(guī)性能要求進(jìn)行采購、進(jìn)口元器件的采購渠道不暢，其質(zhì)量及可靠性得不到保證等，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致元器件缺陷率的提高。

2.2 不合格樣品器件按篩選工序分布情況

根據(jù)篩選機(jī)構(gòu)反饋的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，不合格樣品器件按篩選工序分布的情況，如圖1所示。從圖1中可以看到第一道工序常溫初測(cè)中篩選出的不合格元器件數(shù)占不合格元器件總數(shù)的42.8%。占據(jù)第二位高篩選度的工序是顆粒碰撞噪聲檢測(cè)（即P.I.N.D）工序，篩選出約30.5%的不合格元器件。

圖1 篩選淘汰元器件按篩選工序分布圖

2.3 篩選淘汰元器件常見失效模式

圖2是篩選中淘汰元器件的幾種常見失效模式，占據(jù)第1位的是功能性失效，約占41.6%；第2位是封裝器件內(nèi)部腔體有多余物，約占30.5%；第3位是器件參數(shù)超差，約占13.6%；第4位是封裝的密封性失效，約占12.8%。

功能失效主要出現(xiàn)在常溫初測(cè)和老化后常溫初測(cè)中，從測(cè)試數(shù)據(jù)看主要表現(xiàn)為功能邏輯混亂、電源拉偏下功能邏輯混亂、個(gè)別管腳功能缺失、多項(xiàng)參數(shù)超差等。

PIND失效，即檢測(cè)出器件內(nèi)部有多余物，主要出現(xiàn)在質(zhì)量等級(jí)較低而加嚴(yán)篩選或生產(chǎn)廠家未做該項(xiàng)考核的器件中。

參數(shù)超差主要在常溫初測(cè)和老化后常溫測(cè)試環(huán)節(jié)，往往出現(xiàn)常溫初測(cè)失效越多，老化后常溫測(cè)試甚至常溫復(fù)測(cè)越多失效的現(xiàn)象。這與器件的靜電敏感程度密切相關(guān)。

密封性失效通常在高低溫沖擊、長時(shí)間高溫動(dòng)態(tài)老化、高低溫測(cè)試，兩次檢漏前加壓等試驗(yàn)后發(fā)生，個(gè)別器件在做密封性試驗(yàn)后，出現(xiàn)外引線斷裂、封殼破裂或帽蓋脫落等突然失效。

圖2 篩選中淘汰元器件常見失效模式

3 NB/T20019《核電廠安全級(jí)儀表和控制設(shè)備元器件老化篩選規(guī)定》的解讀

國家能源局發(fā)布的NB/T 20019-2010《核電廠安全級(jí)儀表和控制設(shè)備電子元器件老化篩選和降額使用規(guī)定》，主要是參考軍用標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電子元器件老化篩選要求，并結(jié)合我國核電廠安全級(jí)儀表和控制設(shè)備中電子元器件實(shí)際需要提出老化篩選技術(shù)要求。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適用范圍是核電廠安全級(jí)儀表和控制設(shè)備中的電子元器件。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于電子元器件老化篩選的順序和試驗(yàn)主要有10項(xiàng)，分別是：外觀檢查、常溫測(cè)試、高溫貯存、溫度循環(huán)、常溫測(cè)試、功率老煉、常溫測(cè)試、常溫反偏、外觀檢查、最終測(cè)試。

NB/T 20019中規(guī)定對(duì)于半導(dǎo)體分立器件，主要的老化篩選試驗(yàn)項(xiàng)目有高溫存儲(chǔ)、溫度循環(huán)、功率老煉和高溫反偏等，共4種試驗(yàn)項(xiàng)目；集成電路器件主要的老化篩選試驗(yàn)項(xiàng)目有高溫存儲(chǔ)、溫度循環(huán)和功率老煉等，共3種試驗(yàn)項(xiàng)目；電容器主要的老化篩選試驗(yàn)項(xiàng)目有溫度循環(huán)和功率老煉；電阻器和電位器、電感器的老化篩選項(xiàng)目是溫度循環(huán)。對(duì)于二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、光敏器件、發(fā)光器件、光電耦合器等，NB/T 20019也規(guī)定了相應(yīng)的老化篩選試驗(yàn)項(xiàng)目和參數(shù)。

筆者認(rèn)為，核電廠安全級(jí)儀控設(shè)備研制單位應(yīng)參照該標(biāo)準(zhǔn)，要求元器件制造商提供相應(yīng)的篩選報(bào)告，并且對(duì)于部分元器件除標(biāo)準(zhǔn)中要求的老化篩選項(xiàng)目以外，為了驗(yàn)證是否存在實(shí)際應(yīng)用中可能發(fā)生的特定失效模式，還需要讓元器件廠家補(bǔ)充做一些篩選項(xiàng)目，并提交相應(yīng)報(bào)告。并且對(duì)于在NB/T 20019標(biāo)致中未規(guī)定的進(jìn)口元器件，可參考航天工業(yè)部QJ 10003-2008《進(jìn)口元器件篩選指南》，結(jié)合器件廠家已進(jìn)行的篩選工藝和實(shí)際使用中可能會(huì)出現(xiàn)的失效模式，要求廠家在出廠前補(bǔ)充進(jìn)行篩選項(xiàng)目。

4 元器件篩選的有效性和必要性問題的討論

從國內(nèi)元器件篩選專門機(jī)構(gòu)提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和元器件篩選在我國軍用武器裝備和航空航天領(lǐng)域近三十年的應(yīng)用中發(fā)揮的重要作用來看，其有效性和必要性是不容置疑的。迄今為止，元器件篩選技術(shù)是元器件質(zhì)量和可靠性保障的最有效控制手段，也是器件廠家驗(yàn)證和改進(jìn)制造工藝的重要手段。

因此，關(guān)于元器件生產(chǎn)廠家進(jìn)行的元器件一次篩選的有效性和必要性問題，元器件廠家、元器件使用方、元器件篩選機(jī)構(gòu)（通常是元器件二次篩選機(jī)構(gòu)）均無任何異議，認(rèn)為元器件一次篩選是非常有效且必要的。

但對(duì)于元器件二次篩選（即元器件使用方或整機(jī)生產(chǎn)單位對(duì)元器件的補(bǔ)充篩選）的有效性和必要性問題，目前元器件篩選機(jī)構(gòu)和元器件使用方（除軍用或航空航天歸口單位）之間的意見分歧還比較大。

元器件篩選機(jī)構(gòu)以篩選淘汰率和不合格樣品數(shù)量、對(duì)于篩選出的器件開展失效分析的結(jié)果等數(shù)據(jù)力證元器件二次篩選的有效性和必要性問題。

然而元器件使用方或者整機(jī)制造單位從昂貴的元器件二次篩選或老化篩選費(fèi)用考慮，對(duì)于元器件二次篩選的有效性和必要性問題持否定態(tài)度，主要觀點(diǎn)如下：

第一，隨著元器件制造水平和制造工藝的不斷提高，當(dāng)今元器件質(zhì)量和可靠性水平已有很大提升，不可與十幾年前同日而語；

第二，篩選的局限性問題，即：元器件二次篩選不可能將所有的缺陷全部剔除，也不可能提高元器件的質(zhì)量等級(jí)。只要選用知名品牌和正規(guī)渠道采購的元器件缺陷率就已足夠保證元器件質(zhì)量和可靠性，其缺陷率應(yīng)非常低，再投入巨大的人力、物力和財(cái)力來進(jìn)行元器件二次篩選，卻又無法保證將所有的缺陷全部剔除，那么開展二次篩選的成效就不是很明顯；

第三，篩選過程中施加的試驗(yàn)應(yīng)力或控制程序的不當(dāng)會(huì)引起元器件失效率的提升。且國內(nèi)部分研究機(jī)構(gòu)已對(duì)篩選前后電容器、二極管、晶體管等分立器件性能和參數(shù)影響進(jìn)行了分析和研究，有器件參數(shù)在篩選前后有明顯老化的證據(jù)和結(jié)論。因此，對(duì)于需要交付的產(chǎn)品不宜進(jìn)行元器件二次篩選，包括老化篩選。

第四，通過整機(jī)老化和應(yīng)力篩選（比如：定量環(huán)境應(yīng)力篩選、HASS等應(yīng)力篩選）可篩選出元器件早期失效或潛在缺陷和工藝缺陷，因此可替代元器件二次篩選，包括老化篩選。

對(duì)于以上兩種分歧，需要客觀研究和辯證分析。首先，元器件二次篩選機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不可全信。不能排除施加破壞性應(yīng)力導(dǎo)致對(duì)器件的損傷。第二，元器件使用方的部分觀點(diǎn)是正確的，比如：篩選的缺陷性和老化篩選帶來的器件參數(shù)退化，和整機(jī)應(yīng)力篩選可篩選出一定的元器件潛在缺陷。然而不能將這些觀點(diǎn)片面的夸張和放大，進(jìn)而否定元器件二次篩選的有效性和必要性。

因此，筆者對(duì)元器件二次篩選的觀點(diǎn)是：

第一，不能首先從老化篩選費(fèi)用的多少出發(fā)來討論元器件老化篩選的有效性或必要性問題。主要還是看元器件篩選是否真的必要，若必要就應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選，若不必要?jiǎng)t可以不進(jìn)行篩選。

第二，作為驗(yàn)證元器件生產(chǎn)廠家篩選有效性的補(bǔ)充篩選，元器件二次篩選有其必要性，但不能成為常規(guī)手段或不加甄別的套用篩選標(biāo)準(zhǔn)。特別是不主張對(duì)全部元器件100%進(jìn)行二次篩選（包括由使用方進(jìn)行的元器件老化篩選）。元器件二次篩選應(yīng)對(duì)部分項(xiàng)目和不同種類的元器件可抽樣進(jìn)行，且篩選之前必須對(duì)元器件失效機(jī)理和特定應(yīng)力對(duì)元器件的失效模式清楚，且提前收集元器件廠家是否在出廠前已做過篩選、都做過哪些篩選等資料。然后，對(duì)于核電儀控系統(tǒng)中對(duì)于功能安全和可靠性影響比較大，元器件失效可能影響執(zhí)行器停堆或誤動(dòng)或關(guān)鍵設(shè)備中使用的元器件，或?yàn)榱颂蕹撤N特定的缺陷，要求廠家進(jìn)行補(bǔ)充篩選或可針對(duì)具體缺陷采取的有效方法，委托專門的元器件篩選機(jī)構(gòu)進(jìn)行篩選，當(dāng)不合格時(shí)再作全部篩選。如果已經(jīng)確定滿足整機(jī)要求的元器件應(yīng)盡量不作電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力的篩選項(xiàng)目，只作一些必要的檢查性和測(cè)試性的篩選項(xiàng)目即可。

5 開展元器件篩選面臨的困難

作為元器件使用方或者整機(jī)設(shè)備制造商，若開展元器件篩選相關(guān)工作，可能會(huì)面臨以下幾種困難：

第一，需要投入巨大的成本，有時(shí)還需要投入額外的人力、物力和時(shí)間。目前，國內(nèi)主要的元器件篩選服務(wù)機(jī)構(gòu)的元器件篩選價(jià)格一般是電阻、電容、電感等無源器件的老化篩選價(jià)格為幾元/只至二十元/只，半導(dǎo)體分立器件的老化篩選價(jià)格一般為十幾元/只至幾十元/只，小規(guī)模、中規(guī)模集成電路、電源模塊等的篩選價(jià)格則更貴，一般為幾十元/只至上百元/只。這對(duì)于批量比較大，元器件種類和數(shù)量比較多的整機(jī)設(shè)備制造商是無法承受的。

第二，采購的表貼元器件絕大多數(shù)都是盤裝，主要用于表面貼裝生產(chǎn)線，拆封后就很難上表貼機(jī)使用，影響焊接質(zhì)量與可靠性，不宜進(jìn)行二次篩選。

第三，元器件篩選前和篩選后，對(duì)于元器件功能和性能參數(shù)的檢測(cè)存在問題。現(xiàn)如今，元器件的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出測(cè)試儀器發(fā)展的速度，因此，要想達(dá)到100%的測(cè)試性篩選，除器件制造商本身，第三方幾乎是不能實(shí)現(xiàn)。

第四，新器件的測(cè)試程序開發(fā)存在一定困難，尤其是國外進(jìn)口IC器件，由于商業(yè)機(jī)密等多種原因，新器件的資料很難獲得，即使有也很難開發(fā)出測(cè)試程序。

第五，電應(yīng)力篩選中存在的問題。國內(nèi)許多從事可靠性篩選設(shè)備及測(cè)試儀器的生產(chǎn)廠家表示推出的篩選設(shè)備和檢測(cè)儀器對(duì)表面貼裝器件能夠進(jìn)行篩選和檢測(cè)，實(shí)際上覆蓋面也僅幾種器件，大多屬于商業(yè)炒作。

第六，無法了解和控制元器件廠家的篩選工作，即使對(duì)器件廠家的篩選情況有所了解了，也無法推動(dòng)廠家按照元器件使用方的特定要求進(jìn)行補(bǔ)充性篩選或索要篩選報(bào)告。這就需要從前期器件采購談判和合同簽訂時(shí)就對(duì)供貨商或器件廠家有約束，要求器件廠家提供元器件合格證明、元器件質(zhì)量等級(jí)、可靠性報(bào)告、篩選報(bào)告，同時(shí)在簽訂合同時(shí)，已考慮元器件廠家篩選費(fèi)用。雖然要求元器件廠家100%做篩選或增加補(bǔ)充性篩選的費(fèi)用會(huì)有所提高，但比用戶委托第三方篩選費(fèi)用相比會(huì)便宜很多。

6 元器件老化篩選可能的替代方法

從上一章節(jié)元器件篩選面臨的困難來看，有些困難確實(shí)是客觀存在的，因此需要后續(xù)繼續(xù)研究和探索更多的更加有效和高效的元器件可靠性篩選方法。以下是作者對(duì)于目前元器件老化篩選的可能的替代方法的一些思考和建議，僅供大家參考。

第一，引入針對(duì)性篩選，即在認(rèn)真研究元器件篩選的故障信息和使用時(shí)的失效規(guī)律，針對(duì)本應(yīng)在常規(guī)篩選時(shí)暴露而未暴露的特定失效模式指定篩選方案和質(zhì)量控制措施。針對(duì)性篩選的內(nèi)容可以采用但不局限于常規(guī)的篩選項(xiàng)目，必要時(shí)可以引入破壞性物理分析（DPA）的方法。由于針對(duì)性篩選是對(duì)常規(guī)篩選局限性的完善，實(shí)施針對(duì)性篩選可以降低元器件裝機(jī)后失效情況的發(fā)生，明顯提高篩選的有效性。

第二，在引入針對(duì)性篩選的基礎(chǔ)上，開展板級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選，包括溫度循環(huán)、高溫老煉、隨機(jī)振動(dòng)等應(yīng)力篩選試驗(yàn)項(xiàng)目?！禛JB/Z 34-93 電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》中的《5.1 篩選設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則》中明確寫道：任何一個(gè)高一級(jí)的篩選可以代替低一級(jí)組件上的篩選，即：板級(jí)篩選是完全可以替代元器件級(jí)的篩選。因此，雖然板級(jí)篩選成本會(huì)比元器件級(jí)篩選會(huì)高，但在目前情況下作為元器件老化篩選的一種后備手段，也不失為一種控制元器件質(zhì)量和可靠性的主要手段。這就需要制定相應(yīng)的、被大家所認(rèn)可的核電廠儀控設(shè)備板級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

7 結(jié)論

核電儀控系統(tǒng)研制中元器件篩選是非常有必要的，但從元器件二次篩選帶來的成本和風(fēng)險(xiǎn)與其帶來的益處相比，通常是得不償失，因此不提倡核電廠儀控設(shè)備研制單位將元器件二次篩選作為保證元器件可靠性的常規(guī)性措施，硬套用篩選標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有元器件100%進(jìn)行篩選。

核電廠儀控設(shè)備研制單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)元器件制造商一次篩選的控制，在與元器件制造商簽訂采購合同之前，應(yīng)對(duì)元器件篩選提出明確要求，并有針對(duì)性的對(duì)器件廠家已做的篩選項(xiàng)目基礎(chǔ)上，為驗(yàn)證特定失效模式或失效機(jī)理做一些補(bǔ)充性的篩選。

最后，也希望相關(guān)主管部門盡快制定出核電廠儀控設(shè)備板級(jí)環(huán)境應(yīng)力篩選標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

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