微波鐵氧體器件失效情況的統(tǒng)計(jì)與分析

1、58 J Magn Mater Devices Vol 37 No 5工藝 ·技術(shù) ·應(yīng)用 微波鐵氧體器件失效情況的統(tǒng)計(jì)與分析劉 莉,張 明(西南應(yīng)用磁學(xué)研究所,四川綿陽(yáng) 621000摘 要:通過對(duì)我所 20002003年交貨檢驗(yàn)產(chǎn)品批次性不合格情況的統(tǒng)計(jì),對(duì)多晶微波鐵氧體器件失效情 況進(jìn)行了分析,由此得出多晶微波鐵氧體器件的失效模式及失效率,對(duì)多晶微波鐵氧體器件的研制、生產(chǎn)、管 理具有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞:微波鐵氧體器件;失效;統(tǒng)計(jì)與分析中圖分類號(hào):TN62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1001-3830(200605-0058-031 微帶型器件及帶線型器件失效模式多晶微波鐵

2、氧體器件分為微帶型器件及帶線 型器件, 兩種器件所用的材料、 生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)都 不一樣, 交貨檢驗(yàn)中出現(xiàn)批次性不合格的比例也不 同。 在批次性不合格中, 微帶型器件批次性不合格 數(shù)占總批次性不合格數(shù)的 26%,帶線型器件批次性 不合格數(shù)占總批次性不合格數(shù)的 74%?？梢? 帶線 型器件批次性不合格數(shù)是微帶型器件批次性不合 格數(shù)的近 3倍, 降低帶線型器件的失效, 可大大降 低批次性失效。多晶微波鐵氧體器件檢驗(yàn)一般按 A 組(外觀 及機(jī)械檢驗(yàn) 、 B 組(標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下及極限工作 溫度下電氣性能檢驗(yàn) 、 C 組(環(huán)境試驗(yàn)及周期檢 驗(yàn) 的順序進(jìn)行。 環(huán)境試驗(yàn)及周期檢驗(yàn)分為機(jī)械試 驗(yàn)(包括高頻振動(dòng)、

3、隨機(jī)振動(dòng)、沖擊、加速度等 和氣候試驗(yàn)(包括溫度沖擊、穩(wěn)態(tài)濕熱、耐濕等 。 在各組試驗(yàn)中,導(dǎo)致器件失效的缺陷分為致命缺 陷、重缺陷及輕缺陷三種 1。微帶型器件致命缺陷包括磁體脫落、 基片及微帶線有裂紋, 重缺陷包括 電性能超差,輕缺陷包括基片掉塊等 1。帶線型器 件致命缺陷包括磁體脫落、 內(nèi)部元件松動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部 有響聲,重缺陷包括電性能超差、器件表面氧化、 外形尺寸超差等 1。微帶型器件及帶線型器件失效 模式見表 11。表 1 微帶及帶線型器件失效模式器件類型 致命缺陷 重缺陷 輕缺陷 微帶型器件磁體脫落、基片及微帶線有裂紋 電性能超差基片掉塊帶線型器件磁體脫落、內(nèi)部元件 松動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部有響聲電性能

4、超差、器件表面腐蝕、氧化、外形尺寸超差器件表面有水印2 微帶型器件2.1 微帶型器件失效模式、不合格率統(tǒng)計(jì)與分析表 2是微帶型器件分別在 A 組、 B 組、 C 組檢 驗(yàn)中出現(xiàn)批次性不合格數(shù)及相應(yīng)的失效模式占微 帶型器件總批次性不合格數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表 2 微帶型器件失效模式及批次性不合格數(shù)的統(tǒng)計(jì)C 組(環(huán)境試驗(yàn)及周期檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目 A 組(外觀及機(jī)械檢驗(yàn)B 組(電氣性能機(jī)械試驗(yàn)氣候試驗(yàn)失效模式 致命缺陷 重缺陷 致命缺陷 重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷批次性不合格率 0% 0% 0% 0% 33.4% 33.4% 0% 33.4%由表 2可見,微帶型器件在 A 組檢驗(yàn)及 B 組 檢驗(yàn)中沒有失

5、效發(fā)生, 微帶型器件失效均發(fā)生在 C 組檢驗(yàn)中。在 C 組檢驗(yàn)中,機(jī)械試驗(yàn)后的批次性收稿日期:2006-02-07 修回日期:2006-09-18 作者通信:Tel: 合 格 數(shù) 占 微 帶 型 器 件 總 批 次 性 不 合 格 數(shù) 的66.8%,其中致命缺陷(磁體脫落、基片及微帶線 產(chǎn)生裂紋 導(dǎo)致的批次性不合格數(shù)占微帶型器件總 批次性不合格數(shù)的 33.4%,重缺陷(電性能超差 導(dǎo)致的批次性不合格數(shù)占微帶型器件總批次性不磁性材料及器件 2006年 10月 59合格數(shù)的 33.4%;氣候試驗(yàn)中,無致命缺陷導(dǎo)致的 失效,重缺陷(電性能超差導(dǎo)致的批次性不合格 數(shù)占總微帶

6、型器件總批次性不合格數(shù)的 33.4%。 由 此可見,機(jī)械試驗(yàn)主要導(dǎo)致微帶型器件磁體脫落、 基片及微帶線產(chǎn)生裂紋及電性能超差, 氣候試驗(yàn)主 要導(dǎo)致器件電性能超差。2.2 微帶型器件失效的解決方法要降低微帶型器件的失效率, 就要提高其在機(jī) 械試驗(yàn)中的磁體粘接強(qiáng)度、 鐵氧體基片強(qiáng)度等。 解 決機(jī)械試驗(yàn)中磁體脫落現(xiàn)象,提高磁體粘接強(qiáng)度, 就要嚴(yán)格按操作工藝規(guī)程進(jìn)行; 有些器件, 在磁體 上裝上屏蔽殼,利用屏蔽殼壓緊上、下磁體,可大 大提高磁體粘接強(qiáng)度,提高器件可靠性。避免基片出現(xiàn)裂紋, 要嚴(yán)格按多晶微波鐵氧體 材料的工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn), 加強(qiáng)多晶微波鐵氧體材 料及器件制作工藝和調(diào)試中的工序檢驗(yàn), 保證不

7、合 格的材料不流入下道工序。微帶線避免裂紋出現(xiàn), 需要改進(jìn)厚膜印刷及薄膜濺射工藝, 消除其中的偶然因素,提高其可靠性。3 帶線型器件3.1 帶線型器件失效模式、不合格率統(tǒng)計(jì)與分析帶線型器件分別在 A 組、 B 組、 C 組檢驗(yàn)中出 現(xiàn)批次性不合格及相應(yīng)的失效模式占帶線型器 件總批次性不合格比例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 3所示。 由表 3可見,帶線型器件各組檢驗(yàn)中均無致命缺 陷導(dǎo)致的失效。 在 A 組檢驗(yàn)的批次性不合格數(shù)占 帶線型器件批次性不合格總數(shù)的 41.1%, B 組檢 驗(yàn) 中 重 缺 陷 導(dǎo) 致 的 不 合 格 數(shù) 占 總 不 合 格 數(shù) 的11.8%,而 C 組的機(jī)械試驗(yàn)及氣候試驗(yàn)中,由重 缺陷

8、(電性能超差及器件表面氧化導(dǎo)致的批次 性不合格數(shù)分別占帶線型器件批次性不合格總 數(shù)的 11.8%和 33.4%。 可見,帶線型器件失效主 要發(fā)生在 A 組及 C 組檢驗(yàn)的氣候試驗(yàn)中,主要 失效模式是外觀、外形尺寸不合格,電性能超差 及器件表面氧化。表 3 帶線型器件失效模式批次性不合格統(tǒng)計(jì)C 組(環(huán)境試驗(yàn)及周期檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目 A 組(外觀及機(jī)械檢驗(yàn) B 組(電氣性能 機(jī)械試驗(yàn)氣候試驗(yàn)失效模式 致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷致命缺陷重缺陷批次性不合格率0% 41.1% 0% 11.8% 0% 11.8% 0% 33.4%3.2 帶線型器件失效的解決方法帶線型器件批次性不合格率是微帶型器

9、件的 3倍。 帶線型器件的失效模式主要是電性能超差 (占 帶線型器件批次性不合格總數(shù)的 58.9% 、外觀及 機(jī)械性能不合格 (占帶線型器件批次性不合格總數(shù) 的 41.1%。因此降低帶線型器件電性能超差、外 觀及機(jī)械性能不合格數(shù),可大大降低批次性失效, 提高合格品率。外觀不合格,外形尺寸超差,需要加強(qiáng)管理, 加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員、機(jī)加工人員、調(diào)試人員的責(zé)任心, 可大幅度降低不合格次數(shù), 提高效率。 要解決外觀 及機(jī)械檢驗(yàn)的失效, 可從以下幾方面著手:第一, 加 強(qiáng)設(shè)計(jì)圖紙的審查, 從頭把關(guān); 第二, 腔體機(jī)加工結(jié) 束后, 應(yīng)對(duì)腔體進(jìn)行檢驗(yàn), 外形尺寸不合格的腔體不 流入下道調(diào)試工序; 調(diào)試人員應(yīng)對(duì)上道

10、工序腔體進(jìn)行 檢驗(yàn), 經(jīng)檢驗(yàn)合格方可接受, 調(diào)試后應(yīng)進(jìn)行自檢及互 檢; 第三, 加強(qiáng)調(diào)試人員的責(zé)任心, 產(chǎn)品型號(hào)等標(biāo)識(shí) 不要打錯(cuò); 第四, 嚴(yán)格電鍍后的工序檢驗(yàn), 電鍍后表 面氧化的器件腔體不流入下道工序。4 環(huán)境應(yīng)力對(duì)微帶、帶線型器件電性能超差 的影響兩種器件氣候環(huán)境試驗(yàn)后的批次性不合格數(shù) 均占批次性不合格總數(shù)的 33.4%, 主要失效模式為 電性能超差。 可見溫度應(yīng)力、 濕度應(yīng)力是導(dǎo)致電性 能超差的主要因素。 溫度應(yīng)力引起電性能超差的原 因是, 微波鐵氧體器件中旋磁材料的飽和磁化強(qiáng)度 (M s 和外加偏磁場(chǎng)(H 0均是溫度的函數(shù)。由于 溫度變化, 引起工作頻率偏移, 使得電氣性能變壞, 導(dǎo)

11、致器件失效。我們應(yīng)通過研究、試驗(yàn),控制兩者 的變化規(guī)律, 從理論到實(shí)踐, 積累一些可靠性設(shè)計(jì) 的經(jīng)驗(yàn) 3。濕度應(yīng)力引起帶線型器件電性能超差的原因 是, 帶線型器件密封不好, 水氣通過器件縫隙進(jìn)入器 件內(nèi)部, 不易揮發(fā)出去, 引起器件內(nèi)材料、 電路、 電 阻及元件腐蝕,造成電阻增大,器件電氣性能降低, 材料表面腐蝕 4。 為降低濕度應(yīng)力的影響, 設(shè)計(jì)時(shí)要 考慮器件的密封性, 要求器件密封性良好; 其次, 耐 濕試驗(yàn)前用酒精將器件表面擦拭干凈,排除器件調(diào)試、測(cè)試過程中汗?jié)n等對(duì)器件表面的影響。5 結(jié)論(1帶線型器件失效率是微帶型器件失效率 的近 3倍, 降低帶線型器件的失效率可大大降低微 波器件失效

12、率。帶線型器件無致命缺陷導(dǎo)致的失 效。 降低帶線型器件的失效率, 主要解決外形尺寸 超差、 外觀不合格及電性能超差, 需要嚴(yán)格按工藝 規(guī)程進(jìn)行, 加強(qiáng)工序檢驗(yàn), 不合格的產(chǎn)品不流入下 道工序。(2 微帶型器件失效主要發(fā)生在環(huán)境試驗(yàn)及周 期檢驗(yàn)中, 其中致命缺陷 (磁體脫落、 基片及微帶線 有裂紋導(dǎo)致的失效占微帶型器件總失效數(shù) 33.4%, 重缺陷 (電性能超差 導(dǎo)致的失效占帶線型器件總失 效數(shù) 66.8%。 要降低微帶型器件的失效率, 要降低磁 體脫落、 基片及微帶線有裂紋等的發(fā)生以及在環(huán)境試 驗(yàn)及周期檢驗(yàn)中解決電性能超差的問題。參考文獻(xiàn):1 劉莉 . 多晶微波鐵氧體器件的篩選試驗(yàn)及失效模式

13、A. 第四屆全國(guó)磁性材料及元器件應(yīng)用技術(shù)交流會(huì) 論文集 C, 1999. 231-233.2 劉莉 . 我所多晶微波鐵氧體器件的可靠性狀況 A. 第 四屆全國(guó)磁性材料及元器件應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)論文集 C, 1999. 234-236.3 黃紹華 , 余慶珍 . J. 磁性材料及器件, 1993, 24(3: 34-41.4 張偉 . J. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn) , 2004, (6: 38-41.(上接 45頁(yè)磁場(chǎng), 以觀測(cè)高矯頑力材料的磁疇結(jié)構(gòu)。 對(duì)有些不 透光的樣品, 可以考慮用克爾效應(yīng)進(jìn)行觀測(cè), 即通 過觀測(cè)反射光,以進(jìn)一步拓寬該儀器的應(yīng)用范圍。 當(dāng)然, 儀器的靈敏度也有待進(jìn)一步提高。

14、例如對(duì)入 射偏振光的光束進(jìn)行調(diào)制, 就可進(jìn)一步提高測(cè)量的 精度。參考文獻(xiàn):1 鐘文定 . 鐵磁學(xué) (中冊(cè) M. 北京 : 科學(xué)出版社 , 2000. 89-178.2 近角聰信 (葛世慧譯 . 鐵磁性物理 M. 蘭州 : 蘭州大 學(xué)出版社 , 2002. 320-334.3 周文生 . 磁性測(cè)量原理 M. 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 1988. 577-600.4 Daisuke Shindo,Young-Gil Park, et al. J. J Appl Phys, 2004, 98(11:6521-6526.5 韓寶善 . J. 物理 , 1997, 26(10: 617-624. 6

15、 Han B S. J. J Magn Magn Mater, 1991, 100: 445-468. 7 韓寶善 , 聶向富 , 唐貴德 , 等 . J. 物理學(xué)報(bào) , 1985, 34(11:1396-1404.8 錢棟梁 , 陳良堯 , 鄭衛(wèi)民 , 等 . J. 光學(xué)學(xué)報(bào) , 1999, 19(4: 474-480.9 劉公強(qiáng) , 朱蓮根 , 衛(wèi)邦達(dá) , 等 . J. 物理學(xué)報(bào) , 1997, 46(3 :604-611.10 錢小陵 , 常悅 . J. 大學(xué)物理 , 1998, 17 (6, 31-32. 11 王光輝 , 吳福全 , 許世昌 . J. 光電子 ·激光 , 2

16、004, 12(14: 1477-1478.12 劉英烈 , 韓寶善 , 等 . 磁泡 M. 北京 : 科學(xué)出版社 , 1986. 108-144.作者簡(jiǎn)介:劉亞丕(1967- ,甘肅天水人, 2000年獲蘭 州大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)專業(yè)磁性薄膜與超晶格、核磁共振方 向理學(xué)博士學(xué)位,為浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程博士后科研 流動(dòng)站與橫店集團(tuán)東磁有限公司國(guó)家級(jí)博士后科研工作站 2002年出站博士后,目前在中國(guó)計(jì)量學(xué)院從事科研與教學(xué) 工作。(上接 55頁(yè)5 漏感的測(cè)量測(cè)量漏感的一般方法是將次級(jí) (初級(jí) 繞組短 路,測(cè)量初級(jí)(次級(jí)繞組的電感,所得的電感值 就是初級(jí)(次級(jí)到次級(jí)(初級(jí)的漏感。一個(gè)好 的變壓器漏感不應(yīng)該超過自身勵(lì)磁電感的 24%。 通過測(cè)量變壓器的漏感, 可以判斷一個(gè)變壓器制作 的優(yōu)劣。 高頻下漏感對(duì)電路的影響更大, 繞制變壓 器時(shí)應(yīng)該盡量降低漏感, 目前大多采用初級(jí) (次級(jí) -次級(jí)(初級(jí) -初級(jí)(次級(jí)的“三明治”結(jié)構(gòu)來 繞制變壓器以降低漏感。 參考文獻(xiàn):2 張占松 , 蔡宣三