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前言

 

元器件的應(yīng)用就是指元器件使用的方法。除了要求元器件本身具有相應(yīng)等級的固有可靠性外，使用是否合理，即使用的方法也直接影響其實際（或現(xiàn)場）可靠性。

 

據(jù)有關(guān)資料和資深專家分析，應(yīng)用中所發(fā)生的電子元器件的失效，一半與元器件生產(chǎn)、制造有關(guān)，而近乎另一半則是由于使用不當或保管、傳輸不當所引起的損傷失效。如此大的損傷（或叫人為失效），引起國內(nèi)外有關(guān)人士的高度重視，已著手探討消除的辦法，以保證電子元器件的正確使用。由于這方面的問題牽涉面廣，在此不可能一一進行討論。本文只從降額應(yīng)用和“二次”篩選等幾個方面淺談一些體會和經(jīng)驗，希望能對從事相關(guān)工作的人員有所幫助和借鑒。

 

元器件的降額應(yīng)用

 

各種元器件都有其設(shè)計的額定值。譬如，電容器的耐壓，電阻器的功率，半導(dǎo)體器件的電壓、電流等等。所謂額定值是指元器件設(shè)計上所允許承受的最大應(yīng)力值，一般是指在一定的環(huán)境溫度下和一定的時間范圍內(nèi)，器件能承受該應(yīng)力而不致失效的能力。器件在實際使用中，為了“保險”，不應(yīng)較長時間處在額定狀態(tài)，而應(yīng)視其應(yīng)用場合的重要性或關(guān)鍵性“遠離”這種狀態(tài)，這就是降額使用。降額使用可使元器件的可靠性增長，延長器件的壽命，并使電子產(chǎn)品質(zhì)量受益。

 

根據(jù)國家和行業(yè)有關(guān)標準，電子元器件的降額系數(shù)一般可在0.5～0.9之間,按照要求的降額等級來選取.有的元件,如繼電器的某些參數(shù)的降額系數(shù)甚至要取0.4以下甚至更小。

 

在對電子產(chǎn)品所用元器件進行降額設(shè)計時，實際工作中可能遇到如下問題，有必要作以討論。

 

降額不足

 

由于在元器件的選取上往往存在一定困難，經(jīng)驗不足的設(shè)計人員有時做出不周全的考慮。應(yīng)該指出，有關(guān)降額標準上給出的降額因子只是常溫應(yīng)用下的數(shù)值，對于處于特定高溫條件下的某些器件，如鉭電容器等,則還應(yīng)考慮其因溫度效應(yīng)而引起的降額。

 

例如，對一個如下圖所示、末端為三端穩(wěn)壓器W78M12的電源輸出，對其前后所加的固鉭濾波電容器C1和C2，在降額要求上就有些不同。粗心的設(shè)計者，簡單地選取25V150μF，認為降額足夠，不會發(fā)生問題。實際情況是，當產(chǎn)品進行高溫（70℃±2℃）測試時，常常發(fā)生C1擊穿失效。仔細核算發(fā)現(xiàn)，C1位置所用25V耐壓的電解電容器其降額使用存在問題。

 

因為考慮到三端穩(wěn)壓器的壓差問題，設(shè)計者將輸入電壓提高到18V（實際甚或達到了近20V），其常溫下的降額系數(shù)為：

n=20V（使用值）/25V（額定值）=0.8 

 

但實測環(huán)境溫度為70℃時，其機內(nèi)溫度已達90℃以上，此時，電解電容器的高溫漏電流便會明顯上升，其耐壓的溫度降額已不容忽視。如果溫度耐壓降額也取0.8，則：

U′額定=25×0.8=20(V) 

 

此時該電容器的實際降額系數(shù)為：

n′=20/20=1 

 

這便是一種危險的使用狀態(tài)。還沒有考慮電源整流的波形脈動因素，如果加進波動和其它雜波尖峰，就勢必引起C1位置濾波電容器的擊穿。

認識到上述情況后，將C1電容器更換為35V 

100μF，高溫試驗時，C1易失效的現(xiàn)象便消失了。

 

降額過大

 

使用中不加計算的過度降額也不可取。過度降額，即實際使用的應(yīng)力條件大大小于器件的額定值。這一方面增大了器件的體積和成本，給產(chǎn)品設(shè)計、結(jié)構(gòu)帶來困難，另一方面對器件的可靠性提高也是很有限的。甚至有專家認為，過度降額，使器件處于甚低的應(yīng)力水平，近似“休閑”狀態(tài)，反而可能帶來負面影響。實際上，處于非工作狀態(tài)下的器件，有時反比正常使用狀態(tài)下的器件有著較高的失效比率。

 

 

用降額補償?shù)唾|(zhì)量元器件的使用

 

當元器件的失效率高，不能滿足使用的高可靠性要求時，切忌以降額使用來補償。質(zhì)量水平較低的元器件，因其固有質(zhì)量低劣，即便大幅度地降額使用，仍然有著較多的失效，導(dǎo)致大量的維修更換，更不合算。尤其是對重要用途的產(chǎn)品，如航天、航空、航海、空間應(yīng)用、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域更會帶來災(zāi)難性的嚴重后果。

 

據(jù)重要工程所作的電子元器件和破壞性物理分析（DPA）報道，不同質(zhì)量等級的元器件，其DPA結(jié)果相差甚大。國產(chǎn)國軍標級器件的DPA不合格率約為4.5%，而一般工業(yè)級器件則高達30%以上，因而元器件使用中選用合適的質(zhì)量等級是一個很重要的問題。

 

元器件的“二次”篩選

 

對元器件進行篩選的目的是為了剔除那些在生產(chǎn)制造過程中因材料或工藝上的不完善而存在缺陷的部分早期失效產(chǎn)品。通常是施加較大的溫度、電、力學應(yīng)力，加速有缺陷產(chǎn)品的淘汰，從而減少器件在使用中的失效比率，提高批產(chǎn)品的可靠性。但是，篩選只是作挑選，并不能提高篩選出的合格器件的固有可靠性。如果弄得不好，條件失控，應(yīng)力過度具有破壞性，反而會降低器件固有的可靠性。

 

篩選工作一般是在器件生產(chǎn)的一定階段，按照一定的順序進行的，其“順序”往往是不能顛倒的。例如，電應(yīng)力篩選不能放在機械、環(huán)境應(yīng)力篩選之前進行，密封性檢測不能放在應(yīng)力篩選前進行等等。

 

由于某些元器件的可靠性有時不能滿足整機產(chǎn)品對可靠性指標的要求，于是，整機單位就設(shè)法再次進行元器件的篩選，俗稱“二次”篩選。也有的整機單位為了節(jié)省成本，采購低質(zhì)量等級的器件，企圖通過“二次”篩選來彌補可靠性之不足。時下，許多人對“二次”篩選簡單地理解為，按某個標準或文件的規(guī)定，重新再篩選一遍，于是有的弄巧成拙，生出許多問題。對這些問題可歸結(jié)進行以下幾點討論。

 

“二次”篩選程序不當有一定破壞性

 

前面曾提到各項應(yīng)力篩選的順序問題。對一個經(jīng)過推敲的“二次”篩選來說，即使本身順序合理，若與器件生產(chǎn)方的“一次”篩選工作綜合考慮，就可能發(fā)生某種不當或不合理。

 

舉例來說，生產(chǎn)方一般是將電熱應(yīng)力（老化）篩選安排在后，以便隨之消除前面篩選項目中殘存的機械應(yīng)力。如果使用方再作溫度循環(huán)應(yīng)力篩選，就會產(chǎn)生新的應(yīng)力，或者使器件表面原有保護膜（許多器件表面有有機保護膜）被破壞。如再進行檢漏，就會出現(xiàn)假象和錯判。

 

事實上，對原已進行過某種項目篩選的器件，再次進行相同的篩選，收效甚微，而往往發(fā)生的負作用卻很大。

 

“二次”篩選的方法不當引起器件損傷

 

許多使用方在進行“二次”篩選時，沒有較好的工裝，操作方法也不如生產(chǎn)方人員熟練。在“二次”老化中，器件往往處在非控的寄生振蕩狀態(tài)，使器件造成一定的損傷或失效；也有不少器件因插錯等原因而失效。如果使用方認為生產(chǎn)方的篩選條件的嚴酷度尚不滿足，可與生產(chǎn)方協(xié)商，增加某些項目的篩選應(yīng)力（溫度、時間或電應(yīng)力），將該項篩選仍放在生產(chǎn)方生產(chǎn)過程中一次性完成。如果使用方對某些大功率器件缺乏篩選方法和經(jīng)驗，一般不要冒然進行，以免引起禍患。如國外對大功率器件的結(jié)溫老化常采用流動的高溫水蒸氣使殼溫保持恒定，無此條件的不可勉強進行。

 

所謂的“二次”篩選，并不是機械地再來一次，而是針對生產(chǎn)方篩選的不足或缺項加以補充和完善。如器件原來的高溫性能限于85℃，有特殊要求者，可視需要提高到100℃或125℃進行檢測，挑選更優(yōu)越者使用。如果認為原來的老化時間尚顯不足，可與生產(chǎn)方聯(lián)系，在老化條件有保證的情況下追加延長。也有的整機單位對器件的參數(shù)有對稱性或一致性要求，可安排補作這方面的工作，等等?？傊?，“二次”篩選不能盲目進行。盲目進行可能適得其反。

 

通套用高標準加嚴篩選

 

對選用較低質(zhì)量等級的元器件，要套用某些高標準加嚴篩選，更應(yīng)當注意以下事項。

•（1）器件的材料和結(jié)構(gòu)，能否承受所施加的篩選應(yīng)力或試驗條件。

•（2）篩選后失效器件數(shù)大大突破所允許的不合格品率（PDA）如何處理。

•（3）篩選后的合格器件是否受到篩選強應(yīng)力的潛在損傷等等。要知道，未充分考慮元器件結(jié)構(gòu)，過度的篩選條件可能帶來某些不良的后果。有的用戶多年來使用某種元器件并沒有發(fā)生過什么質(zhì)量問題，但當受管理部門的“管理”，要一律按指定的條件重新進行“二次”篩選，出來的“問題”反而成了一堆問題。

 

對于所規(guī)定的篩選方法和試驗條件應(yīng)是與器件生產(chǎn)制造的技術(shù)規(guī)范配套進行的，不考慮生產(chǎn)中采用的規(guī)范和結(jié)構(gòu)而采用某個指定的條件進行“二次”篩選不一定有益，甚至可能有害。在使用方對元器件生產(chǎn)工藝的技術(shù)規(guī)范不甚了解的情況下，如要增加某些應(yīng)力篩選環(huán)節(jié)，建議先與生產(chǎn)方溝通，以確保這些篩選能夠起到可靠性增長的目的。