關(guān)于元器件的篩選與降額——天先數(shù)智科技

電子產(chǎn)品的“硬件”故障，大部分直接以元器件的各種故障方式表現(xiàn)出來。其故障原因，并非都是元器件本身的缺陷，有不少是選用不當(dāng)造成的。例如在電路設(shè)計(jì)時給元器件所加的應(yīng)力超過產(chǎn)品的額定恒，或是對元器件失效機(jī)理不清楚，用于不適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件等等。因此元器件的選用及篩選成為電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。為了保證元器件的使用可靠度．合理他進(jìn)行降額使用元器件，可大幅度地降低元器件的失效率，因此降額設(shè)計(jì)已成為電子產(chǎn)品可靠性保障設(shè)汁的最有效的方法之一。

篩選是一種剔除不符合要求產(chǎn)品的挑選技術(shù)。可靠性篩選是在一批產(chǎn)品中剔除那些由于原材料、工藝制造等潛在的不良因素所造成的缺陷而早朗失效的產(chǎn)品，而把具有一定特性的產(chǎn)品挑選出來。在篩選以前，產(chǎn)品的參數(shù)性能一般都是合格的，只有對產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件或采用特殊的檢查手段后，才能發(fā)現(xiàn)有隱患的早期失效產(chǎn)品。一批產(chǎn)品，通過篩選剔除了早期失效的產(chǎn)品，就可以提高該批產(chǎn)品的可靠性水平。在正常情況下，失效率可以降低半個到一個數(shù)量級，個別的甚至可以降低兩個數(shù)量級。

對于電子元器件，其失效機(jī)理是產(chǎn)品本身具有的固有特性，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)后，它的失效機(jī)理就完全確定了，而可靠性篩選不能改變其失效機(jī)理。所以，可靠性篩選不能提高單個元件的可靠性，只有當(dāng)一批產(chǎn)品的早期失效產(chǎn)品被剔除后，才能提高該批產(chǎn)品的可靠性水平。同時要求，在整批產(chǎn)品的持性上，可靠性篩選不該影響其失效機(jī)理、失效模式和正常工作，因此篩選試驗(yàn)應(yīng)力對優(yōu)良產(chǎn)品的損傷要盡可能的小。

篩選方法分類較多，按其方法復(fù)雜程度可分類如下:
(1)分布截尾篩選。對產(chǎn)品參數(shù)性能的篩選。
(2)應(yīng)力強(qiáng)度篩選。對產(chǎn)品施加一定強(qiáng)度的應(yīng)力后進(jìn)行測量評定分選。
(3)老煉篩選。在規(guī)定的時間內(nèi)對產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測試挑選溫老煉篩選、功率老煉篩選及離心老煉篩選等。
(4)線性鑒別篩選。果用適當(dāng)檢查手段及篩選項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行判別挑選。
(5)精密篩選。在接近產(chǎn)品的使用條件下進(jìn)行長期檢煉，并多次精確地測量參數(shù)的變化量進(jìn)行挑選和預(yù)測。

前兩種方法簡單易行，但對剔除早期失效產(chǎn)品的效果較差；后兩種方法需要專門的設(shè)備相較長的時間，費(fèi)用較高但對剔除早期失效產(chǎn)品的效果較好。通常要根據(jù)產(chǎn)品的使用要求、質(zhì)量水平及費(fèi)用等情況合理地選擇篩選方法。目前老煉篩選是可靠性篩選的主要方法，精密篩選由于費(fèi)用高、周期長、通常用于高可靠性的元器件篩選，如衛(wèi)星元件、軍工產(chǎn)品及海底電纜通信元件等。目前我國有許多電子元器件已編制了典型的篩選程序，參見《電于可靠性工程》。例如，半導(dǎo)體集成電路的典型篩選程序是：

①高溫老煉儲存：150℃一175。C，96h。
②離iC者煉：200008，1min。
③高溫功率考煉：125℃，96h，在額定電壓、額定負(fù)載下動態(tài)老練。電子元器件在使用或貯存過程中，總是存在著某種比較緩慢的物理化學(xué)變化。當(dāng)這一物理化學(xué)變化過程發(fā)展一定階段時，元器件的特性退化、功能喪失，即失效。以半導(dǎo)體器件而言，上述物化作用形成導(dǎo)電溝道時，使器件反向漏電流變大，擊穿電壓下降‘器件表面復(fù)合適反變大，晶體管的電流放大系數(shù)降低等等。物化過程與溫度有密切關(guān)系，當(dāng)溫度升高以后，這些物理變化過程大大加快，器件的失效過程被加速。

在我國電子工業(yè)部頒發(fā)的《電子設(shè)備可靠性預(yù)測手冊》中繪制了電子元器件降額曲線。對于不同的元件，降額的方法是不一樣的，電阻器的降額方法是降低功率比，電容器是降低其工作電壓，半導(dǎo)體器件的降額方法是將工作功耗保持在額定功耗之內(nèi)，數(shù)字集成電路通過降低周圍環(huán)境溫度和電荷來降額，線性集成電路、大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體存貯器也是通過降低周圍環(huán)境溫度來實(shí)現(xiàn)降額的，軸承則以負(fù)荷比為降領(lǐng)系數(shù)。

降額原則
主要考慮三個問題：一是降額從怎樣的溫度、電應(yīng)力值開始降額的效果。

一般元器件規(guī)范中部臍有溫度、電應(yīng)力平面上的降額曲線。對于不同類型的元器件，電應(yīng)力可以是電壓、電流或功率等。降領(lǐng)程度的第一步是使用降額曲線，曲線內(nèi)的區(qū)域?yàn)樵试S工作區(qū)，曲線本身又由兩部分組成。元器件的降額使用并不是降額越多越好，因?yàn)榻档驮骷娯?fù)荷過多，將會增加設(shè)備的體積、重量及成本,而且也不是任何情況下都能有效的。這是因?yàn)椋?/p>

(1)當(dāng)可靠性已達(dá)到要求時，再用降額來繼續(xù)提高可靠性就多余了。同一設(shè)備中的各種元器件可靠性水平要協(xié)調(diào)。對其中某些元器件大幅度的降額，使其可靠性遠(yuǎn)離干其它元器件，這種降額也是不必要的。

(2)單純用降額來提高可靠性的能力是有限度的。因?yàn)闊o論是溫度應(yīng)力還是電應(yīng)力。降額到一定程度后，這時即使再大幅度的降領(lǐng)，失效率也只有微小下降G

(3)對于有些元器件過度的降領(lǐng)反而有害。如大功率晶體管在小電流下工作，將大大降低放大系數(shù)且參數(shù)穩(wěn)定性也下降。電解電容和實(shí)芯電阻，經(jīng)常讓它通過一定的電流要比自然存放或只通過微弱電有利。有的元件降額容易發(fā)生低電平失效，如聚苯乙烯電容cLl o、滌綸電容cLu和漆膜電容cQ2。、cQ 2。等。對于電子管的燈絲電壓和繼電器曲線包電流不僅不能降額，反而要控制在額定值上，否則將直接影響壽命和可靠的接觸。

(4)電應(yīng)力的降領(lǐng)比較容易做到，對溫度應(yīng)力的控制主要靠改進(jìn)熱設(shè)計(jì)。

(5)采用降額技術(shù)來提高可靠性，還要效益，即降額程度的取值需綜合考慮可靠性指標(biāo)要求及重量、體積、成本的限制。如果單靠降領(lǐng)來提高可靠性其綜合效益不高時，就應(yīng)采取改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高元器件強(qiáng)度等手段來提高可靠性。