[工作范文]1 元器件失效分析与产品可靠性.pdf

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，而其条件与产品规范相同的情况下，电容器的寿 命 4000h×2 （105－55）/10 ＝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