電子元件的可靠性與可靠性試驗(yàn)

1、電子元件的可靠性與可靠性試驗(yàn)可靠性是什么?關(guān)于可靠與不可靠總能按要求完成工作可靠！有時(shí)能完成工作，有時(shí)不能完成工作不可靠!為什么有基本性能，還要評(píng)價(jià)可靠性？為什么一批產(chǎn)品基本性能都經(jīng)測(cè)試合格，用一段時(shí)間后先會(huì)壞掉一部分？ 為什么同一型號(hào)規(guī)格產(chǎn)品，基本性能值更高的，有時(shí)反而出現(xiàn)更多的壞品？ 那是因?yàn)榛拘阅懿]有反映質(zhì)量的全部，產(chǎn)品還有一個(gè)固有屬性 可靠性表示產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定工作的能力。產(chǎn)品基本性能直觀表征靜態(tài)質(zhì)量合格 與否，還不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌、穩(wěn)定性。產(chǎn)品質(zhì)量特性包括構(gòu)成產(chǎn)品質(zhì)量的一切 外在的特征和內(nèi)在的特性：廠x產(chǎn)品一質(zhì)性JI 專門持性及時(shí)性性能特性J _ J 適應(yīng)，性等廣可靠性D維修性、

2、保障性等電子元件的基本性能指標(biāo)高，其可靠性不一定高。如果產(chǎn)品可靠性低，即使 其初始技術(shù)性能再好也得不到發(fā)揮。例如，陶瓷貼片電容器的介質(zhì)擊穿電壓較高的產(chǎn)品，很可能在高溫負(fù)載加速 壽命試驗(yàn)中失效率較高?？煽啃钥梢跃C合反映產(chǎn)品的質(zhì)量。電子元件的可靠性是電子設(shè)備可靠性的基 礎(chǔ)，要提高設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性必須提高電子元件的可靠性。可靠性是電子元件重要質(zhì)量指標(biāo)，須加以考核和檢驗(yàn)?？煽啃缘目茖W(xué)定義：元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠 性。規(guī)定條件工作條件：電壓、電流、功率環(huán)境條件：溫度、濕度、氣壓同一規(guī)格元器件，工作環(huán)境條件不同，其可靠性不同。工作負(fù)荷重、環(huán)境惡劣條件 下，產(chǎn)品可

3、靠性下降，損壞概率上升。規(guī)定時(shí)間產(chǎn)品可靠性隨使用/存貯時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，無(wú)故障工作時(shí)間越長(zhǎng)，表示產(chǎn)品可靠性越高。談及可靠性必須有時(shí)間長(zhǎng)度（或使用次數(shù)），離開時(shí)間的可靠性無(wú)意義。規(guī)定功能“功能”就是產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)要求。是正常工作的性能指標(biāo)。如何描述可靠性高低水平?別人問(wèn)你工廠制造的產(chǎn)品可靠性如何，該怎樣回答?是的,大家都可以說(shuō)自家產(chǎn)品可靠性很高，但是多高呢？！其實(shí)，產(chǎn)品的可靠性是可以量化描述，可靠性量化指標(biāo)使用的是統(tǒng)計(jì)概率意義 上的數(shù)據(jù)。對(duì)電子元件描述可靠性高低主要特征量有：可靠度、失概率、壽命。可靠度R(t)電子元件在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度。r(t):工作到t

4、時(shí)刻失效數(shù)；N0：試驗(yàn)產(chǎn)品總數(shù)；例：投入10000只75KQ的電阻器，以天為計(jì)量單位，使用一年后(365天)時(shí)， 發(fā)現(xiàn)3只電阻器壞了，則一年的可靠度：R(365)=(10000-3)/10000=0.9997失效率4(t)產(chǎn)品在t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。Nt： t時(shí)刻性能正常產(chǎn)品數(shù)； t :監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔；r(t):監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔t內(nèi)失效產(chǎn)品數(shù)。失效率的單位通常有三種表示方法：1/h , %/1000h , Fit (非特)1Fit=10-9/h，每1000個(gè)產(chǎn)品工作1百萬(wàn)小時(shí)之后，只有一個(gè)失效。電子元件失效 率較低，常以Fit (非特)為單位。例：投入1000000只貼片電容，使用

5、1000小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)3只電容器壞了，則失效 率為：Mt)=3/(1000000*1000)=3*10 -9/h=3Fit壽命平均壽命MTTF產(chǎn)品使用時(shí)失效時(shí)間的平均值，對(duì)電子元件因其壽命服從指數(shù)分布，所以MTTF=1/入。儲(chǔ)存壽命對(duì)某些電子元件，如液態(tài)電解電容器，即使在不工作的狀態(tài)下，其功能和可靠性也 會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，因此對(duì)這類產(chǎn)品儲(chǔ)存壽命是一個(gè)重要的指標(biāo)。電子元件的失效服從指數(shù)分布，失效率為常數(shù)，可靠度與失效率的關(guān)系為：R(t)=e-A(t)我國(guó)有可靠性指標(biāo)電子元件按失效率大小分七級(jí):級(jí)別符號(hào)最大失效率(1/h 或 1/10 次)亞五級(jí)Y3X10-5五級(jí)W1X 10-5六級(jí)L1X10-

6、6七級(jí)Q1X 10-7八級(jí)B1X 10-8九級(jí)J1X 10-9十級(jí)S1X10-10注：當(dāng)工作壽命按次數(shù)計(jì)算時(shí)，單位為1/10次,%/1000次，1Fit電子元件失效率試驗(yàn)所確定的失效率是基本失效率，是在產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件 下的失效率，不是產(chǎn)品實(shí)際使用條件下的失效率。電子元件失效規(guī)律大量的使用和試驗(yàn)表明，電子產(chǎn)品失效與時(shí)間曲線的特征是兩端高、中間 低，呈浴盤狀，如圖，通常稱為浴盤曲線。早期失效產(chǎn)品使用初期，失效率較高，并迅速下降。對(duì)電子元件這一階段的失效主要是設(shè)計(jì) 不當(dāng)、材料缺陷、制造缺陷和安裝不當(dāng)引起的。在工作應(yīng)力的作用很快會(huì)暴露出 來(lái)。偶然失效產(chǎn)品使用一段時(shí)間后，失效率會(huì)降到一個(gè)較低的水平，基

7、本處于平穩(wěn)的狀態(tài)，失效 主要由偶然因素所造成。偶然失效期是產(chǎn)品主要工作的時(shí)期。耗損失效產(chǎn)品使用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，失效率迅速上升，這是產(chǎn)品老化、疲勞、磨損、蠕變、 腐蝕等原因所引起的，是產(chǎn)品的壽命“終了”，稱為耗損失效期。對(duì)于實(shí)際電子產(chǎn)品，不一定都必須出現(xiàn)上述三個(gè)階段。高質(zhì)量等級(jí)產(chǎn)品的 失效率曲線在其壽命期基本上是一條平穩(wěn)的直線，而低劣產(chǎn)品可能存在大 量的早期失效或很快進(jìn)入耗損失效期。優(yōu)良產(chǎn)品 失效規(guī)律土偶竣失效期一； .一 11 tn t L兒乎沒右早 期大效-舂 布長(zhǎng)乂:齋 終r的耗損 期也很短以皂子工昌2如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝不合理，只出現(xiàn)早期失效期和耗損失效期，這是產(chǎn)品 質(zhì)量過(guò)于低劣。低劣產(chǎn)

8、品夫=偶然夫效地失效期殆緊 接行足命 終r的樁擬期，/毛K工建司至!提高系統(tǒng)（或產(chǎn)品或元器件）在整個(gè)壽命周期內(nèi)可靠性的一門有關(guān)設(shè)計(jì)、分 析、試驗(yàn)的工程技術(shù)?？煽啃栽囼?yàn)是可靠性工程的重要組成部分?？煽啃栽囼?yàn)為了評(píng)價(jià)分析電子產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)稱為可靠性試驗(yàn)?？煽啃栽囼?yàn)可 以測(cè)算產(chǎn)品可靠性指標(biāo)，分析產(chǎn)品的失效原因?？煽啃栽囼?yàn)與例行測(cè)量測(cè)試的區(qū)別:例行測(cè)量：用儀器直接測(cè)量，判定性能參數(shù)是否滿足出廠指標(biāo)?？煽啃栽囼?yàn)：用統(tǒng)計(jì)方法作定量分析，得出可靠性指標(biāo)，不能直接測(cè)讀出 來(lái)?？煽啃栽囼?yàn)時(shí)，對(duì)受試樣品施加一定的 應(yīng)力，并監(jiān)測(cè)應(yīng)力作用下的樣品性能 的變化，判斷產(chǎn)品是否失效。應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品的功能有影響和各種因素

9、，包括電壓、電流、機(jī)械力和環(huán)境等?？煽啃栽囼?yàn)分類：按試驗(yàn)地點(diǎn)和試驗(yàn)方式分：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：工作現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量模擬試驗(yàn)：模擬實(shí)際工作狀態(tài)的試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的試驗(yàn)多屬模擬試驗(yàn)。按試驗(yàn)項(xiàng)目分類:通常慣用的分類法，是把它歸納為四大類：環(huán)境試驗(yàn)壽命試驗(yàn)特殊試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試產(chǎn)品對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力，環(huán)境條件主要包括以下：氣候條件：溫度、濕度、氣壓、潮熱、鹽霧機(jī)械條件：振動(dòng)、沖擊、離心輻射條件：電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、各種射線生物條件：霉菌電氣條件：雷擊、電暈放電人為因素：運(yùn)輸、使用、維護(hù)電子產(chǎn)品依據(jù)工作環(huán)境，選擇顯著影響可靠性項(xiàng)目條件（單一或組合）進(jìn)行 環(huán)境試驗(yàn)。對(duì)電子元件常用的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目有：氣候試驗(yàn)：密封性

10、試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)、潮熱試 驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)。機(jī)械試驗(yàn)：振動(dòng)、沖擊、離心、碰撞、跌落等壽命試驗(yàn)為測(cè)定電子元件在工作或貯存下壽命的長(zhǎng)短所做的試驗(yàn)。將一定數(shù)量的產(chǎn)品放在特定的試驗(yàn)條件下，記錄樣品的失效時(shí)間，并進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)分析，評(píng)估可靠性數(shù)量特征。對(duì)于大部分電子產(chǎn)品，壽命是最主要的一個(gè)可靠性特征量。因此，對(duì)電子元 件，可靠性試驗(yàn)往往指的就是壽命試驗(yàn)。長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)：1000小時(shí)以上的試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)期貯存壽命試驗(yàn)：元件放在一定條件下（不放加電應(yīng)力）貯存，以確定貯 存壽命和失效率。試驗(yàn)時(shí)間3年左右，有的達(dá)10年。失效率低。長(zhǎng)期工作壽命：產(chǎn)品置于一定的工作條件下進(jìn)行工作，確定正常使用狀態(tài)下 的壽

11、命和失效率。累積失效率40%左右即可進(jìn)彳丁統(tǒng)計(jì)分析可靠性指標(biāo)。加速壽命試驗(yàn)長(zhǎng)期壽命耗時(shí)耗力，通訊衛(wèi)星用元器件工作壽命要求5年，海底電纜增益晶 體管工作壽命要求20年！為了縮短試驗(yàn)周期、減少樣品數(shù)量和試驗(yàn)費(fèi)用， 常常采用加速壽命試驗(yàn)，在不改變失效機(jī)理前提下，提高應(yīng)力，使元件加速 失效，在較短的時(shí)間內(nèi)取得失效率壽命數(shù)據(jù)，推算正常狀態(tài)應(yīng)力條件下的可 靠性特征量。加速應(yīng)力可以是電氣的、機(jī)械的、物理化學(xué)的，或它們的綜合。一般以高于正常用應(yīng)力的固定恒定應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)，本試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，普遍使 用。特殊試驗(yàn)用特殊的設(shè)備或儀器進(jìn)行試驗(yàn)或檢查。在可靠性篩選試驗(yàn)中使用較多，主要用于非破壞試驗(yàn)和失效樣品分析。紅外熱譜檢

12、測(cè)：檢測(cè)電子元件存在的雜質(zhì)缺陷。這些弱點(diǎn)產(chǎn)生局部過(guò)熱，紅 外探測(cè)可分辯。現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)對(duì)模擬試驗(yàn)正確與否加以證實(shí)和檢驗(yàn)?？煽啃院Y選試驗(yàn)采用外加應(yīng)力將電子元件成品中潛在的早期失效產(chǎn)品剔除，從而分選出具有 高可靠性產(chǎn)品的試驗(yàn)稱為可靠性篩選試驗(yàn)。外加應(yīng)力可以是熱應(yīng)力、電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力或者幾種應(yīng)力的組合。普通篩選：剔除低劣品精密篩選：在普通篩選的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次篩選，剔除參數(shù)漂移大的產(chǎn)品，得 到可靠性特別高的產(chǎn)品。可靠性篩選試驗(yàn)方法根據(jù)篩選性質(zhì)和應(yīng)力或工具不同，大致分為：檢查篩選：目視或顯微鏡檢查篩選紅外線、X射線非破壞檢查篩選超聲波非破壞檢查篩選測(cè)量特性值檢查篩選致密性篩選：濕度試驗(yàn)篩選環(huán)境應(yīng)力篩選：振

13、動(dòng)加速度、沖擊加速度溫度循環(huán)、熱沖擊壽命篩選：高溫存儲(chǔ)、功率老化篩選項(xiàng)目和篩選應(yīng)力確定的原則1、必須針對(duì)元件的質(zhì)量、使用環(huán)境、工作狀態(tài)等確定篩選條件。2、要有大量的可靠性摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)資料，確定與失效機(jī)理相 應(yīng)的篩選項(xiàng)目、應(yīng)力和時(shí)間。3、篩選方法對(duì)無(wú)缺陷品應(yīng)是一種非破壞試驗(yàn)。4、篩選參數(shù)據(jù)電子元件種類而不同篩選應(yīng)力大小及篩選時(shí)間的確定應(yīng)力強(qiáng)度過(guò)大過(guò)小，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短均帶來(lái)不好的結(jié)果，篩選應(yīng)力大小和作用時(shí)間的選取原則是：針對(duì)產(chǎn)品的主要失效機(jī)理確定；所用的應(yīng)力不破壞良好的產(chǎn)品，快速暴露有缺陷的產(chǎn)品；根據(jù)用途、成本、批量大小和設(shè)備等條件統(tǒng)一考慮，力求最佳的經(jīng)濟(jì)效果；充分調(diào)查，收集數(shù)據(jù)，掌握產(chǎn)品的失效分布和失效機(jī)理，才能確定合理的 篩選項(xiàng)目。具體篩選應(yīng)力上限和篩選時(shí)間，須根據(jù)大量的可靠性摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。篩選方法的評(píng)價(jià)理想的篩選結(jié)果是次品數(shù)全部剔除，好品沒被剔除。評(píng)價(jià)方法篩選淘汰率QQ=篩選剔除數(shù)/篩選總數(shù)*100%國(guó)外高可靠性產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，一般都規(guī)定了篩選淘汰率的上限值，如美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種元器