關于元器件的篩選與降額——天先數智科技

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

篩選是一種剔除不符合要求產品的挑選技術。可靠性篩選是在一批產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品，而把具有一定特性的產品挑選出來。在篩選以前，產品的參數性能一般都是合格的，只有對產品施加各種應力條件或采用特殊的檢查手段后，才能發現有隱患的早期失效產品。一批產品，通過篩選剔除了早期失效的產品，就可以提高該批產品的可靠性水平。在正常情況下，失效率可以降低半個到一個數量級，個別的甚至可以降低兩個數量級。

對于電子元器件，其失效機理是產品本身具有的固有特性，當產品生產后，它的失效機理就完全確定了，而可靠性篩選不能改變其失效機理。所以，可靠性篩選不能提高單個元件的可靠性，只有當一批產品的早期失效產品被剔除后，才能提高該批產品的可靠性水平。同時要求，在整批產品的持性上，可靠性篩選不該影響其失效機理、失效模式和正常工作，因此篩選試驗應力對優良產品的損傷要盡可能的小。

篩選方法分類較多，按其方法復雜程度可分類如下:
(1)分布截尾篩選。對產品參數性能的篩選。
(2)應力強度篩選。對產品施加一定強度的應力后進行測量評定分選。
(3)老煉篩選。在規定的時間內對產品施加各種應力條件后進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。果用適當檢查手段及篩選項目進行試驗，獲得數據，運用數理統計方法進行判別挑選。
(5)精密篩選。在接近產品的使用條件下進行長期檢煉，并多次精確地測量參數的變化量進行挑選和預測。

前兩種方法簡單易行，但對剔除早期失效產品的效果較差；后兩種方法需要專門的設備相較長的時間，費用較高但對剔除早期失效產品的效果較好。通常要根據產品的使用要求、質量水平及費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，精密篩選由于費用高、周期長、通常用于高可靠性的元器件篩選，如衛星元件、軍工產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、額定負載下動態老練。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變化。當這一物理化學變化過程發展一定階段時，元器件的特性退化、功能喪失，即失效。以半導體器件而言，上述物化作用形成導電溝道時，使器件反向漏電流變大，擊穿電壓下降‘器件表面復合適反變大，晶體管的電流放大系數降低等等。物化過程與溫度有密切關系，當溫度升高以后，這些物理變化過程大大加快，器件的失效過程被加速。

在我國電子工業部頒發的《電子設備可靠性預測手冊》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，半導體器件的降額方法是將工作功耗保持在額定功耗之內，數字集成電路通過降低周圍環境溫度和電荷來降額，線性集成電路、大規模集成電路和半導體存貯器也是通過降低周圍環境溫度來實現降額的，軸承則以負荷比為降領系數。

降額原則
主要考慮三個問題：一是降額從怎樣的溫度、電應力值開始降額的效果。

一般元器件規范中部臍有溫度、電應力平面上的降額曲線。對于不同類型的元器件，電應力可以是電壓、電流或功率等。降領程度的第一步是使用降額曲線，曲線內的區域為允許工作區，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，因為降低元器件電負荷過多，將會增加設備的體積、重量及成本,而且也不是任何情況下都能有效的。這是因為：

(1)當可靠性已達到要求時，再用降額來繼續提高可靠性就多余了。同一設備中的各種元器件可靠性水平要協調。對其中某些元器件大幅度的降額，使其可靠性遠離干其它元器件，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。因為無論是溫度應力還是電應力。降額到一定程度后，這時即使再大幅度的降領，失效率也只有微小下降G

(3)對于有些元器件過度的降領反而有害。如大功率晶體管在小電流下工作，將大大降低放大系數且參數穩定性也下降。電解電容和實芯電阻，經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)電應力的降領比較容易做到，對溫度應力的控制主要靠改進熱設計。

(5)采用降額技術來提高可靠性，還要效益，即降額程度的取值需綜合考慮可靠性指標要求及重量、體積、成本的限制。如果單靠降領來提高可靠性其綜合效益不高時，就應采取改進設計，提高元器件強度等手段來提高可靠性。