元器件的可靠性测试中DPA和FA是什么

破坏性物理分析（以下简称DPA）和失效分析（以下简称FA）是一项新兴工程，起源于二战后期。从20世纪50年代开始，国外已兴起了可靠性的技术研究，而国内则是从改革开放初期才开始发展。

1 、失效分析（ FA ）

美国军方在20世纪60年代末，到70年代初采用了，以失效分析为中心的元器件质量保证计划，通过：制造、试验来暴露问题，经过失效分析找出原因，改进设计、工艺和管理，而后再制造，再试验，再分析，再改进，多次循环，在6～7年间使集成电路的失效率从7×10-5/h降到3×10-9/h，集成电路的失效率降低了4个数量级，成功的实现了“民兵Ⅱ”洲际导d计划、阿波罗飞船登月计划等。可见FA在各种重大工程中起到的作用是功不可没的。归结起来，FA的作用有主要以下5点：

1）通过FA得到改进设计、工艺或应用的理论和思想。

2）通过了解引起失效的物理现象得到预测可靠性模型公式。

3）为可靠性试验（加速寿命试验、筛选）条件提供理论依据和实际分析手段。

4）在处理工程遇到的元器件问题时，为是否要整批不用提供决策依据。

5）通过实施FA的纠正措施可以提高成品率和可靠性，减少系统试验和运行工作时的故障，得到明显的经济效益。

2 、破坏性物理分析（ DPA ）

DPA是作为失效分析的一种补充手段，在进行产品的交付验收试验时，由具有一定权威的第三方或用户进行的一种试验。它的主要特点是对合格元器件做分析。

DPA的作用：如何减少缺陷是pcba加工厂可靠性工作的重要内容。即使是合格品，也可能存在缺陷。对合格品的分析就是采用与失效分析同样的技术方法，调查评估特性良好的电子元器件的缺陷。二次筛选试验中，采取对合格品抽样进行分析的措施，很容易早期发现电子元器件的的缺陷，以反馈给pcba生产厂商改进和提高自己的生产工艺等。DPA有利于发现异常批次性的产品，以保证提高装机产品的可靠性。

例如，航天某所在对进口的某批集成电路进行DPA试验时，发现所抽样品和追加样品均有不符合标准规范规定的裂纹。在对某国产云母电容进行的DPA抽样试验中，发现有不少器件端电极与云母片间有较大的空洞。这些都有利于拒用有批次性缺陷的电子元器件，从而更好的保证航天产品的可靠性。

总的来说，在二次筛选试验中开展DPA与FA工作，对重大工程产品的质量保障与可靠性提高都有着非常大的作用。

3 、其他人为因素造成的失效

在电子元器件的筛选检测过程中，主要还存在以下几种方面失效：

1）程序设置不当造成电子元器件的检测失效；

2）极性接反造成元器件失效；

3）错误信号造成元器件失效；

4）电应力过冲造成元器件失效；

5）适配器误用造成电子元器件失效；

6）插拔方式不当造成机械应力失效；

7）在存放过程中误将某些有极性的元器件放反等。

这些现象都是曾经有过案例，如某所在检测某一三极管时因程序设置不合理造成该器件烧毁；某厂使用的以钽电解电容在系统调试中发现失效，调查分析原因为该批器件在保存过程中误将其中靠近所使用器件的一只器件极性放反。

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1 引言 高可靠半导体器件在降额条件（Tj＝100℃）下的现场使用失效率可以小于10－8／h，即小于10FIT，按照偶然失效期的指数分布推算，其平均寿命 MTTF大于108h，即大于10000年。据文献报导，电子元器件的贮存失效率比工作失效率还要小 一个数量级

4.2 特军级晶体管

JTX2N2405为硅npn开关晶体管， PCM为1W，TO-39封装，生产日期为1974年，已经贮存了32年。特军级晶体管的质量等级高于普军级（JAN），该批器件数量较大，共206支，管芯的图形较大，ICM为1A，内引线用金丝，在管芯处为球焊键合，为70年代的典型键合工艺。在贮存期间，对电参数进行过多次检测，全部符合规范要求，仅有1支管子，小电流hFE （1mA处）有退化迹象。管子的外引线镀金层质量良好，没有锈蚀现象，任抽10支样管做可焊性试验，全部合格，气密性经检测漏率小于10?9Pam3／s。

4.3 早期的宇航级晶体管

JANS2N2222A为硅小功率开关晶体管，TO-18封装，相当于国产管3DK3，该批产品共5支，生产日期为1971年，已经贮存了35年，是美国TI公司早期生产的宇航级晶体管。经电参数检测，全部符合规范要求，hFE在微电流下也没有退化。

该管内引线采用当时典型的金丝球焊工艺，经过DPA检测，内引线键合拉力为2.9～6.5g，芯片剪切力为1.98kg。由于金丝和铝膜的键合在高温下会产生多种金铝化合物，严重时会产生开路失效，因此TI公司在80年代生产的宇航级晶体管2N2219中内引线使用铝丝超声键合工艺，消除了金铝化合物的失效模式。从DPA的数据来看，金丝球焊的键合拉力在贮存35年后，确有退化，2.9g数据为键合点脱开，6.5g为金丝拉断。该批器件的气密性良好，经检测漏率为10-9Pam3／s范围。

4.4 国产晶体管长期储存实例

国家半导体器件质量监督检验中心从1984年起对各种国产高频小功率晶体管进行了许可证确认试验，当时每个品种从工厂抽样150支，用60支分别进行高温储存、工作寿命和环境试验，其余留作仲裁用。全部样品在Ⅰ类贮存条件的试验室保存了20多年，从2006年开始进行了长期贮存器件可靠性研究，现报道其中一例。

3DG79晶体管为中放AGC专用管，生产时间为1983年，对库存100多支样管进行了常温电参数测试，全部符合规范要求，对其中5支标样进行了对比测试，发现hFE在贮存20年后平均下降了16％ （年下降率0.8％），说明存在hFE退化机理，但未超出寿命试验失效判据（30％）。

5 结论

高可靠半导体器件的贮存寿命极长，对于气密性良好的金属或陶瓷封装器件，如果内部水汽含量小于5000×10-6，外引线镀层质量良好，在Ⅰ类条件的贮存期限可达到25年，甚至更长。

我国航天部门制订的超期复验标准中对于有效贮存期订的过严，建议参考俄罗斯标准作必要的修订，作为过渡方案，可以将半导体器件的有效贮存期先放宽到5年，这在某重点工程中已证明是可行的。

国内有关部门应加强电子元器件贮存可靠性及评估技术研究，制定相应统一的标准规范。

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