元器件失效分析与产品可靠性.pdf

《元器件失效分析与产品可靠性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、元器件可靠性筛选第一章可靠性筛选的目标1．1元器件可靠性定义：产品在规定的时间内、规定的环境和使用条件、完成规定的任务和功能的概率。如何理解可靠性的定义？规定的任务和功能：对于元器件（零部件）来说，规定的任务和功能是指电子元器件所具有的功能以及其各种各样的参数指标。要注意的是，电子元器件（电子零部件）具有通用性，有各种各样的参数，每一参数均属于规定任务和功能的内容，这些参数构成该产品的产品规范，任一参数超出其产品规定的指标，均属于失效，即已经不能完成其规定的任务和功能，就是说，制造商给出的可靠性指标是针对元器件的产品规范所规定的所有参数。元器件在实际使用中，有部分参

2、数超出其规范值，就元器件本身的规定而言已经失效，但整机电路仍能完成其规定功能。因此，在实际应用中，在全面掌握元器件规范指标的基础上，根据整机电路的实际情况分析那些指标是关键指标，确保关键指标有合适的余量，确保整机电路的可靠性。规定的环境和使用条件：元器件在不同的环境和使用条件下，其可靠性是不同的。元器件制造商给出的可靠性指标，是对应于某种具体的使用环境和使用条件的可靠性指标，如某型号电解电容器的规范见表1，失效率为λ、寿命为4000h（可靠性指标），工作温度为105℃，工作条件是标称工作电压、标称纹波电流工作。当实际环境温度较低、电容器的壳温为55℃时，而其条件与产

3、品规范相同的情况下，电容器的寿（105－55）/10命4000h×2＝128000h。如果实际工作电压、纹波电流比其产品低于其产品规范，则其寿命将会更长。因此，在和工作条件与产品规范不同必须根据元器件实际的使用环境和使用条件，评估元器件的实际使用的可靠性。可靠性指标：元器件的可靠性指标主要有寿命和失效率，寿命和失效率是数学统计概念，通过产品的使用或试验数据进行统计的结果，严格的说，它仅代表被统计的产品批的可靠性。但在不改变产品设计，而且产品的生产过程是统计受控的情况下，用前期产品的可靠性来描述后来产品的可靠性是合适的。改变产品的设计以及工艺，主观上是为了改善产品的性

4、能、提高质量可靠性，但实际的改进效果必须以产品的数据来考核。由于种种原因，有些“改进”不仅未能达到提高产品可靠性的目的，反而降低了产品的可靠性，因此，在考究某批产品的可靠性的时候，不仅要知道该型号产品的可靠性指标，而且要知道产品的设计和制造过程是否发生改变，改变的依据是否充分，改变后的产品是否有充分的数据证明其可靠性。1．2寿命浴盆曲线元器件寿命过程不同时刻的失效率曲线具有浴盆的形状特征，成为“浴盆曲线”，如图1所示。图1元器件寿命“浴盆曲线”从图1中可见，产品寿命分为三个阶段，第一阶段是早期失效，第二阶段是偶然，第三阶段是磨损失效。早期失效早期失效是投入使用初期所

5、发生的失效，通常发生在整机的制造过程，以及整机投入使用的几周至几个月。早期失效随着使用时间的推移而逐渐下降，失效率最后达到随机失效的水平。这短时间内发生的失效，通常是由于元器件的材料缺陷和制造缺陷引起的，但要注意的是，元器件早期失效并不是完全由于元器件的材料缺陷和制造缺陷引起，在整机的制造过程中引入应力导致元器件失效，整机使用初期由于某些不合适的应力，如供电电源的浪涌电压，导致元器件失效，这些失效的元器件同样发生在元器件的早期失效阶段。因此，只有区分元器件本身缺陷引起的早期，以及元器件使用过程外部引入不合适应力引起的早期失效，才能从根本上控制元器件的早期失效。随着材

6、料技术、元器件制造技术的提高，元器件早期失效的表现越来越不明显，目前很多品种的元器件几乎没有早期失效的特征，“浴盆曲线”的形状如图？所示。元器件在整机制造过程中的失效，更多是由于整机制造工艺中引入的外部应力，如静电损伤、安装机械应力、焊接热变机械应力等。偶然（随机）失效元器件早期失效后进入偶然失效，偶然失效由三种因素引起，第一、元器件材料和工艺的偶然缺陷；第二、整机制造过程引入对元器件的偶然潜在损伤，如静电损伤；第三、元器件使用过程外部偶然的过应力，如电源系统上的浪涌电压。通常，偶然失效是元器件寿命周期中失效率最低的阶段，有些产品表现为恒定的偶然失效率。在可靠性设计

7、、可靠性预计中，通常把电子产品的随机失效率当成常数。在元器件随机失效率决定整机的平均无故障工作时间，元器件随机失效率的评价、控制在元器件可靠性控制（和可靠性筛选）中是一项重要的内容。磨损失效磨损失效是指产品在各种应力的作用下，已经出现老化、磨损失效，此时产品的失效率显著上升，该批产品寿命结束。磨损失效在什么时间出现，与产品本身有关，也与产品使用的环境和工作条件有关，使用环境应力、工作状态应力严酷，则磨损失效更早出现。反之，磨损失效将更晚出现。寿命产品从投入使用到产品出现磨损这段时间成为产品的寿命。应力产品工作的环境（如温度、湿度等）和产品工作的条件（如电压、电流