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    北京宏程海航技术部带您一分钟看懂元器件【降额应用和“二次”筛选 】

    发布于:2015-7-15 20:00:09       阅读:    分类:行业动态

    元器件的应用就是指元器件使用的方法。除了要求元器件本身具有相应等级的固有可靠性外,使用是否合理,即使用的方法也直接影响其实际(或现场)可靠性。据有关资料和资深专家分析,应用中所发生的电子元器件的失效,一半与元器件生产、制造有关,而近乎另一半则是由于使用不当或保管、传输不当所引起的损伤失效。如此大的损伤(或叫人为失效),引起国内外有关人士的高度重视,已着手探讨消除的办法,以保证电子元器件的正确使用。由于这方面的问题牵涉面广,在此不可能一一进行讨论。本文只从降额应用和“二次”筛选等几个方面浅谈一些体会和经验,希望能对从事相关工作的人员有所帮助和借鉴。

    元器件的降额应用

    各种元器件都有其设计的额定值。譬如,电容器的耐压,电阻器的功率,半导体器件的电压、电流等等。所谓额定值是指元器件设计上所允许承受的最大应力值,一般是指在一定的环境温度下和一定的时间范围内,器件能承受该应力而不致失效的能力。器件在实际使用中,为了保险,不应较长时间处在额定状态,而应视其应用场合的重要性或关键性远离这种状态,这就是降额使用。降额使用可使元器件的可靠性增长,延长器件的寿命,并使电子产品质量受益。

    根据国家和行业有关标准,电子元器件的降额系数一般可在0.50.9之间,按照要求的降额等级来选取。有的元件,如继电器的某些参数的降额系数甚至要取0.4以下甚至更小。

    在对电子产品所用元器件进行降额设计时,实际工作中可能遇到如下问题,有必要作以讨论。

    1、降额不足

    由于在元器件的选取上往往存在一定困难,经验不足的设计人员有时做出不周全的考虑。应该指出,有关降额标准上给出的降额因子只是常温应用下的数值,对于处于特定高温条件下的某些器件,如钽电容器等,则还应考虑其因温度效应而引起的降额。

    例如,对一个如下图所示、末端为三端稳压器W78M12的电源输出,对其前后所加的固钽滤波电容器C1C2,在降额要求上就有些不同。粗心的设计者,简单地选取25V150μF,认为降额足够,不会发生问题。实际情况是,当产品进行高温(70±2)测试时,常常发生C1击穿失效。仔细核算发现,C1位置所用25V耐压的电解电容器其降额使用存在问题。

    因为考虑到三端稳压器的压差问题,设计者将输入电压提高到18V(实际甚或达到了近20V),其常温下的降额系数为:

    n=20V(使用值)/25V(额定值)=0.8

    但实测环境温度为70时,其机内温度已达90以上,此时,电解电容器的高温漏电流便会明显上升,其耐压的温度降额已不容忽视。如果温度耐压降额也取0.8,则:

    U′额定=25×0.8=20(V)

    此时该电容器的实际降额系数为:

    n′=20/20=1

    这便是一种危险的使用状态。还没有考虑电源整流的波形脉动因素,如果加进波动和其它杂波尖峰,就势必引起C1位置滤波电容器的击穿。

    认识到上述情况后,将C1电容器更换为35V 100μF,高温试验时,C1易失效的现象便消失了。


    2、降额过大

    使用中不加计算的过度降额也不可取。过度降额,即实际使用的应力条件大大小于器件的额定值。这一方面增大了器件的体积和成本,给产品设计、结构带来困难,另一方面对器件的可靠性提高也是很有限的。甚至有专家认为,过度降额,使器件处于甚低的应力水平,近似休闲状态,反而可能带来负面影响。实际上,处于非工作状态下的器件,有时反比正常使用状态下的器件有着较高的失效比率。

    3、用降额补偿低质量元器件的使用

    当元器件的失效率高,不能满足使用的高可靠性要求时,切忌以降额使用来补偿。质量水平较低的元器件,因其固有质量低劣,即便大幅度地降额使用,仍然有着较多的失效,导致大量的维修更换,更不合算。尤其是对重要用途的产品,如航天、航空、航海、空间应用、军事应用等领域更会带来灾难性的严重后果。

    据重要工程所作的电子元器件和破坏性物理分析(DPA)报道,不同质量等级的元器件,其DPA结果相差甚大。国产国军标级器件的DPA不合格率约为4.5%,而一般工业级器件则高达30%以上,因而元器件使用中选用合适的质量等级是一个很重要的问题。



    元器件的二次筛选

    对元器件进行筛选的目的是为了剔除那些在生产制造过程中因材料或工艺上的不完善而存在缺陷的部分早期失效产品。通常是施加较大的温度、电、力学应力,加速有缺陷产品的淘汰,从而减少器件在使用中的失效比率,提高批产品的可靠性。但是,筛选只是作挑选,并不能提高筛选出的合格器件的固有可靠性。如果弄得不好,条件失控,应力过度具有破坏性,反而会降低器件固有的可靠性。筛选工作一般是在器件生产的一定阶段,按照一定的顺序进行的,其顺序往往是不能颠倒的。例如,电应力筛选不能放在机械、环境应力筛选之前进行,密封性检测不能放在应力筛选前进行等等

    由于某些元器件的可靠性有时不能满足整机产品对可靠性指标的要求,于是,整机单位就设法再次进行元器件的筛选,俗称二次筛选。也有的整机单位为了节省成本,采购低质量等级的器件,企图通过二次筛选来弥补可靠性之不足。时下,许多人对二次筛选简单地理解为,按某个标准或文件的规定,重新再筛选一遍,于是有的弄巧成拙,生出许多问题。对这些问题可归结进行以下几点讨论。

    1二次筛选程序不当有一定破坏性

    前面曾提到各项应力筛选的顺序问题。对一个经过推敲的二次筛选来说,即使本身顺序合理,若与器件生产方的一次筛选工作综合考虑,就可能发生某种不当或不合理。

    举例来说,生产方一般是将电热应力(老化)筛选安排在后,以便随之消除前面筛选项目中残存的机械应力。如果使用方再作温度循环应力筛选,就会产生新的应力,或者使器件表面原有保护膜(许多器件表面有有机保护膜)被破坏。如再进行检漏,就会出现假象和错判。

    事实上,对原已进行过某种项目筛选的器件,再次进行相同的筛选,收效甚微,而往往发生的负作用却很大。

    2二次筛选的方法不当引起器件损伤

    许多使用方在进行二次筛选时,没有较好的工装,操作方法也不如生产方人员熟练。在二次老化中,器件往往处在非控的寄生振荡状态,使器件造成一定的损伤或失效;也有不少器件因插错等原因而失效。如果使用方认为生产方的筛选条件的严酷度尚不满足,可与生产方协商,增加某些项目的筛选应力(温度、时间或电应力),将该项筛选仍放在生产方生产过程中一次性完成。如果使用方对某些大功率器件缺乏筛选方法和经验,一般不要冒然进行,以免引起祸患。如国外对大功率器件的结温老化常采用流动的高温水蒸气使壳温保持恒定,无此条件的不可勉强进行。

    所谓的二次筛选,并不是机械地再来一次,而是针对生产方筛选的不足或缺项加以补充和完善。如器件原来的高温性能限于85,有特殊要求者,可视需要提高到100125进行检测,挑选更优越者使用。如果认为原来的老化时间尚显不足,可与生产方联系,在老化条件有保证的情况下追加延长。也有的整机单位对器件的参数有对称性或一致性要求,可安排补作这方面的工作,等等。总之,二次筛选不能盲目进行。盲目进行可能适得其反。

    3、套用高标准加严筛选

    对选用较低质量等级的元器件,要套用某些高标准加严筛选,更应当注意以下事项。

    1)器件的材料和结构,能否承受所施加的筛选应力或试验条件。

    2)筛选后失效器件数大大突破所允许的不合格品率(PDA)如何处理。

    3)筛选后的合格器件是否受到筛选强应力的潜在损伤等等。

    要知道,未充分考虑元器件结构,过度的筛选条件可能带来某些不良的后果。有的用户多年来使用某种元器件并没有发生过什么质量问题,但当受管理部门的管理,要一律按指定的条件重新进行二次筛选,出来的问题反而成了一堆问题。

    对于所规定的筛选方法和试验条件应是与器件生产制造的技术规范配套进行的,不考虑生产中采用的规范和结构而采用某个指定的条件进行二次筛选不一定有益,甚至可能有害。在使用方对元器件生产工艺的技术规范不甚了解的情况下,如要增加某些应力筛选环节,建议先与生产方沟通,以确保这些筛选能够起到可靠性增长的目的


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