電子元器件的選用

電子元器件是構(gòu)成系統(tǒng)或設(shè)備的最小單元，它的可靠性直接影響系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，因此，合理選用性能可靠的電子元器件是提高系統(tǒng)抗干擾才干的有效途徑。電子元器件的選用電子元器件的選用1可靠性與失效1電子元器件的選用3電子元器件失效機理22.1可靠性與失效可靠性：廣義的可靠性是指產(chǎn)品在其整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的才干，包括狹義的可靠性和維修性。狹義的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的才干。即：在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能夠性或概率，它包括以下4層含義：1產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的條件〞分不開的。2產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的時間〞親密相關(guān)的。3產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的功能〞親密關(guān)系的。4產(chǎn)品的可靠性從數(shù)學(xué)觀念就是表示一種概率。有關(guān)失效的根本概念〔1〕失效：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能?！?〕失效機理：引起失效的物理、化學(xué)變化的內(nèi)在緣由?！?〕誤用失效：不按規(guī)定條件運用的產(chǎn)品引起的失效?！?〕本質(zhì)失效：由于產(chǎn)品本身固有弱點而引起的失效?！?〕完全失效：產(chǎn)品完全喪失規(guī)定功能的失效。〔6〕部分失效：產(chǎn)品沒有完全喪失規(guī)定的功能的失效。〔7〕間隙失效：產(chǎn)品失效后，不經(jīng)修復(fù)而在規(guī)定的時間內(nèi)能自行恢復(fù)功能的失效。2.2電子元器件失效機理電子元器件的失效主要是在產(chǎn)品的制造、實驗、運輸、存儲和運用等過程中發(fā)生的，與原資料、設(shè)計、制造、運用親密相關(guān)。電子元器件的種類很多，相應(yīng)的失效方式和機理也很多。失效方式是指失效的外在直觀表現(xiàn)方式和過程規(guī)律，通常指測試或察看到的失效景象、失效方式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機理是指失效的物理、化學(xué)變化過程，微觀過程可以追溯到原子、分子尺度和構(gòu)造的變化，但與此相對的是它遲早也要表現(xiàn)出的一系列宏觀性能、性量變化，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。從現(xiàn)場失效和實驗失效中去搜集盡能夠多的信息(包括失效形狀、失效表現(xiàn)景象及失效結(jié)果等)進(jìn)展歸納和總結(jié)電子元器件的失效方式，分析和驗證失效機理，并針對失效方式和失效機理采取有效措施，是不斷提高電子元器件可靠性程度的過程。下面引見電子元器件失效規(guī)律1集成電路失效方式和機理引見集成電路的主要失效方式有功能失效、參數(shù)漂移、短路、開路等。集成電路失效方式統(tǒng)計分布見圖1圖1集成電路失效方式分布集成電路的主要失效機理有：1〕

過電應(yīng)力〔EOS〕：是指元器件接受的電流、電壓應(yīng)力或功率超越其允許的最大范圍。2〕

靜電損傷(ESD)：微電子器件在加工消費、組裝、儲存以及運輸過程中，能夠與帶靜電的容器、測試設(shè)備及操作人員相接觸，所帶靜電經(jīng)過器件引腳放電到地，使器件遭到損傷或失效3〕

閂鎖效應(yīng)〔latch-up〕：集成電路由于過電應(yīng)力觸發(fā)內(nèi)部寄生晶體管構(gòu)造而呈現(xiàn)的一種低阻形狀，這種低阻形狀在觸發(fā)條件去除或終止后仍會存在。4〕

電遷移〔EM〕：當(dāng)器件任務(wù)時，金屬互連線內(nèi)有一定的電流經(jīng)過，金屬離子會沿導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的運輸，其結(jié)果會使導(dǎo)體的某些部位出現(xiàn)空洞。5〕

柵氧擊穿：在MOS器件及其集成電路中，柵氧化層缺陷會導(dǎo)致柵氧漏電，漏電添加到一定程度即構(gòu)成擊穿。6〕

與時間有關(guān)的介質(zhì)擊穿〔TDDB〕：施加的電場低于柵氧的本征擊穿強度，但閱歷一定的時間后仍發(fā)生擊穿的景象。7〕

金鋁鍵合失效：由于金-鋁之間的化學(xué)勢不同，經(jīng)長期運用或200℃以上的高溫存儲后，會產(chǎn)生多種金屬間化合物，如紫斑、白斑等。使鋁層變薄、粘附性下降、接觸電阻添加，最后導(dǎo)致開路。8〕

“爆米花效應(yīng)〞:塑封元器件塑封資料內(nèi)的水汽在高溫下受熱發(fā)生膨脹，使塑封料與金屬框架和芯片間發(fā)生分層效應(yīng)，拉斷鍵合絲，從而發(fā)生開路失效。2分立器件失效方式和機理引見分立器件失效方式主要有短路、開路、參數(shù)漂移、殼體破碎等。分立器件失效方式統(tǒng)計分布見圖2。圖2分立器件失效方式分布分立元件的主要失效機理有：1〕過電應(yīng)力〔EOS〕。2〕機械應(yīng)力和熱變應(yīng)力：元器件在消費、運輸、安裝和焊接等過程中遭到外來的機械和熱應(yīng)力的作用而失效。3〕二次擊穿：器件被偏置在某一特殊的任務(wù)點時，電壓忽然跌落，電流忽然上升的物理景象。這時假設(shè)無限流安裝及其他維護(hù)措施，元器件將被燒毀。4〕熱擊穿：功率器件芯片與底座粘接或燒結(jié)不良，會存在眾多大小不等的空洞，導(dǎo)致器件任務(wù)時產(chǎn)生的熱量不能充分往外傳導(dǎo)，構(gòu)成部分熱點而發(fā)生擊穿的景象。5〕柵氧擊穿。6〕金鋁鍵合失效。3阻容感元件失效方式和機理引見阻容感元件的失效方式主要有參數(shù)漂移、短路、殼體破碎、外觀不合格等。阻容感元件失效方式統(tǒng)計分布見圖3。圖3阻容感元件失效方式分布阻容感元件的主要失效機理有：1〕

過電應(yīng)力〔EOS〕。2〕

機械應(yīng)力和熱變應(yīng)力。3〕

腐蝕：金屬與周圍介質(zhì)接觸時發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而被破壞叫做腐蝕，它會導(dǎo)致元器件的電性能惡化。4〕

銀遷移：電子元器件在存儲和運用中，由于存在濕氣、水分，導(dǎo)致其中相對活潑的金屬銀離子發(fā)生電化學(xué)遷移，從而出現(xiàn)短路、開路及絕緣性能變壞等失效。4其他元件失效方式和機理引見除了以上常見的電子元器件以外，還有很多其它電子元器件，如銜接器、繼電器、半導(dǎo)體激光器、傳感器、霍爾器件等。這些元器件失效主要是由于工藝過程控制不嚴(yán)，在消費過程中產(chǎn)生了缺陷或引入污染源〔水汽、沾污〕等。其主要失效方式主要表現(xiàn)為參數(shù)漂移和功能失效。2.3電子元器件的選用在各種電子設(shè)備和電子電路中，元器件是組成電路的最小單元，合理的選擇和運用元器件將保證和提高電路的任務(wù)性能和可靠性。選用電子元器件應(yīng)該留意以下原那么：1〕

元器件的技術(shù)條件、技術(shù)性能、質(zhì)量等級等均應(yīng)滿足配備的要求；2〕

選用被列入優(yōu)選手冊的元器件或被實際證明產(chǎn)質(zhì)量量過硬產(chǎn)品；3〕

盡量緊縮種類規(guī)格，提高同類元器件的復(fù)用率；4〕

在滿足整機電氣性能目的和可靠性要求的前提下，選用廉價的元器件和庫存元器件；5〕盡量優(yōu)先選用國標(biāo)或部標(biāo)的元器件，再選用廠標(biāo)的元器件。電子元器件在運用時應(yīng)重點思索的問題1〕降額運用。有認(rèn)識的降低施加在元件上的任務(wù)應(yīng)力。2〕熱設(shè)計。元器件的規(guī)劃、安裝等過程必需充分思索到熱的要素。3〕抗輻射問題。元器件通常要遭到來自各種射線的損傷，進(jìn)而使整個電子系統(tǒng)失效。目前國內(nèi)外已陸續(xù)研制了一些抗輻射加固的半導(dǎo)體器件。4〕防靜電損傷。由于設(shè)備、資料及操作者的相對運動，均能夠因摩擦而產(chǎn)生幾千伏的靜電電壓。5〕操作過程的損失問題。比如印刷電路板的安裝、焊接、清洗過程中的機械損傷。6〕存儲和保管問題。如庫房的溫度和濕度應(yīng)該控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。1半導(dǎo)體集成電路的選擇和運用半導(dǎo)體集成電路按有源器件分雙極性、MOS型以及雙極性-MOS集成電路；按集成規(guī)模分有小、中規(guī)模和大、超大規(guī)模集成電路。半導(dǎo)體集成電路的封裝根本上分為3類：金屬、陶瓷、塑料，不同的封裝方式各有特點，運用領(lǐng)域也有所區(qū)別：〔1〕金屬封裝金屬封裝散熱性能好，可靠性高，但安裝運用不夠方便，本錢高?！?〕陶瓷封裝金屬封裝散熱性能差，體積小、本錢低?！?〕塑料封裝目前運用最多的一種方式，工藝簡單、本錢低，但散熱性能差。集成電路的選用集成電路的選用應(yīng)留意以下幾點：1、電源電壓Vdd不能高于額定電源電壓Vcc，否那么集成電路會被擊穿；2、輸入電壓Vin不能高于允許的最大輸入電壓Vinmax；3、負(fù)載電流Iol要小于輸入端允許注入的最大電流；4、功耗P要低于電路允許的最大功耗Pmax；5、選用集成電路時要留意其任務(wù)溫度范圍，Ⅰ類品〔軍用〕為-55~+125℃，Ⅱ類品〔工業(yè)用〕為-40~+85℃，Ⅲ類品為0~+70℃。6、不運用的輸入端應(yīng)根據(jù)要求接電源或接地，不得懸空。2半導(dǎo)體分立元件的選擇和運用一、二極管的選用1、選用整流二極管時，應(yīng)留意下面兩個主要參數(shù)：〔1〕、最大正向電流IDM它表示二極管允許經(jīng)過的的最大電流值，由資料的材質(zhì)和接觸面積決議。當(dāng)電流超越這個允許值時，管子將因過度發(fā)熱而損壞?！?〕、最大反向電壓URM它表示二極管可以允許的反向電流劇增時的反向電壓值。當(dāng)二極管任務(wù)在最大反向電壓時，應(yīng)采取限流措施，否那么二極管將被擊穿。2、選用穩(wěn)壓二極管時，選用的管子應(yīng)符合穩(wěn)壓值的要求。同時還要保證在負(fù)載電流最小時，穩(wěn)壓管的功耗不超越其額定功耗。另外，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性受溫度影響很大，所以，在精細(xì)穩(wěn)壓電路中，應(yīng)選用溫度系數(shù)小的管子。二、三極管的選用三極管的選用在選用三極管時，必需留意三極管的極限值，尤其不能兩個以上的參數(shù)的極限值同時被選用。主要參數(shù)極限值如下：1、集電極電壓Ucmax它是允許加在三極管集電結(jié)上的最大反向電壓。運用時不能超越這個最大值，否那么集電結(jié)在過大的反向電壓作用下，構(gòu)成很強的電場，使集電極反向電流急劇添加，嚴(yán)重時會導(dǎo)致三極管的損壞；2、最大集電極直流功耗Pcmax該項參數(shù)與溫度有關(guān)，溫度升高時，該項參數(shù)要降低。鍺三極管的上限溫度是70℃，歸三極管的上限溫度是150℃。為了提高Pcmax，常采用散熱片或強迫冷卻的方法；3、反向飽和電流IcboIcbo普通很小，但其受溫度影響很大，隨溫度添加呈指數(shù)上升的趨勢。鍺三極管的Icbo大且溫度特性差，所以在選用三極管時盡量選用硅管。在器件手冊中，常給出Iceo，Iceo=〔1+β〕Icbo，可見Iceo對溫度變化更敏感，因此，應(yīng)選用Iceo小的管子。4、電流放大倍數(shù)β值的大小與任務(wù)點的頻率有關(guān)，運用前應(yīng)進(jìn)展實測。普通來說β值不是越大越好，β值太大會引起性能不穩(wěn)定。β值在20~100較好。三、電阻器的選用電阻器的選用根據(jù)電阻體的資料的不同，電阻器可以分為合金型、薄膜型和合成型三類。1薄膜電阻器的選用〔1〕、金屬膜電阻器〔RJ〕金屬膜電阻器的導(dǎo)電膜層為金屬或合金資料，性能優(yōu)良，任務(wù)環(huán)境溫度范圍較寬，功率體積比大，有利于設(shè)備的小型化。適用于直流、交流和脈沖電路中，額定環(huán)境溫度為70℃?！?〕、金屬氧化膜電阻器〔RY〕金屬氧化膜電阻器的導(dǎo)電膜層為金屬氧化物，因此，其特點有：電阻器耐熱性能好，阻值穩(wěn)定，不易被氧化，故穩(wěn)定性高。RY電阻器的額定環(huán)境溫度為70℃。〔3〕、碳膜電阻器〔RT〕碳膜電阻器有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較大的電阻率。RT電阻器的阻值范圍最寬，溫度系數(shù)為負(fù)值，受電壓和頻率的影響較小，并且價錢廉價，所以適用于各種電路。缺陷是功率體積比小，因此體積較大。RT電阻器的額定環(huán)境溫度較低，為40℃。2合金電阻器的選用合金電阻器包括線繞電阻器、合金箔電阻器和塊金屬電阻器，內(nèi)部沒有接觸電阻，因此不存在非線性和電流噪聲，溫度系數(shù)最低，長期穩(wěn)定性好，可用作精細(xì)電阻器和大功率電阻器。3合成電阻器的選用合成電阻器的電性能目的沒有薄膜電阻器好，但其可靠性卻優(yōu)于薄膜電阻器，所以合成電阻器可用于高可靠性要求的設(shè)備中。四、電容器的選用1、紙介質(zhì)電容器紙介質(zhì)電容器的優(yōu)點是本錢低，缺陷是容易老化，熱穩(wěn)定性差，主要用于直流和低頻電路中。2、滌綸薄膜電容器

滌綸薄膜電容器的電容量和電壓范圍比較寬，是運用較廣的電容器。但是其電參數(shù)隨溫度和頻率變化較大，所以多用于頻率較低的電路中。3、聚碳酸脂薄膜電容器聚碳酸脂薄膜電容器的主要優(yōu)點是能在較高的溫度和溫度交變的條件下穩(wěn)定任務(wù)，任務(wù)溫度范圍為-55~+125℃，可用于交流和高頻電路中。4、瓷介電容器瓷介電容器的優(yōu)點是介質(zhì)損耗低，電容量對頻率、溫度、電壓和時間的穩(wěn)定性都比較高。常用于要求電容量穩(wěn)定和溫度補償電路中。5、云母電容器云母電容器常用于高頻電路中，可作為去耦、旁路等用。單由于內(nèi)部構(gòu)造上的缺陷，云母電容器的壽命較低，普通情況下應(yīng)盡量運用瓷介電容器取代云母電容器。6、鋁電解電容器

鋁電解電容器的精度低，穩(wěn)定性差，所以只能用于要求容量大，對準(zhǔn)確度要求不高的濾波和旁路電路中。在潮濕環(huán)境中，最好不運用鋁電解電容器。

7、鉭電解電容器鉭電解電容器的特點是漏電流小，壽命長，擱置性能好，溫度和頻率特性好，但價錢較高，多用于環(huán)境條件要求比較苛刻的軍用電子設(shè)備中。液體鉭電解電容器的性能比固體鉭電解電容器的性能差。五、其他電子元器件的選用1、