关于元器件的筛选与降额——天先数智科技

电子产品的“硬件”故障，大部分直接以元器件的各种故障方式表现出来。其故障原因，并非都是元器件本身的缺陷，有不少是选用不当造成的。例如在电路设计时给元器件所加的应力超过产品的额定恒，或是对元器件失效机理不清楚，用于不适当的环境条件等等。因此元器件的选用及筛选成为电子产品可靠性设计的重要环节之一。为了保证元器件的使用可靠度．合理他进行降额使用元器件，可大幅度地降低元器件的失效率，因此降额设计已成为电子产品可靠性保障设汁的最有效的方法之一。

筛选是一种剔除不符合要求产品的挑选技术。可靠性筛选是在一批产品中剔除那些由于原材料、工艺制造等潜在的不良因素所造成的缺陷而早朗失效的产品，而把具有一定特性的产品挑选出来。在筛选以前，产品的参数性能一般都是合格的，只有对产品施加各种应力条件或采用特殊的检查手段后，才能发现有隐患的早期失效产品。一批产品，通过筛选剔除了早期失效的产品，就可以提高该批产品的可靠性水平。在正常情况下，失效率可以降低半个到一个数量级，个别的甚至可以降低两个数量级。

对于电子元器件，其失效机理是产品本身具有的固有特性，当产品生产后，它的失效机理就完全确定了，而可靠性筛选不能改变其失效机理。所以，可靠性筛选不能提高单个元件的可靠性，只有当一批产品的早期失效产品被剔除后，才能提高该批产品的可靠性水平。同时要求，在整批产品的持性上，可靠性筛选不该影响其失效机理、失效模式和正常工作，因此筛选试验应力对优良产品的损伤要尽可能的小。

筛选方法分类较多，按其方法复杂程度可分类如下:
(1)分布截尾筛选。对产品参数性能的筛选。
(2)应力强度筛选。对产品施加一定强度的应力后进行测量评定分选。
(3)老炼筛选。在规定的时间内对产品施加各种应力条件后进行测试挑选温老炼筛选、功率老炼筛选及离心老炼筛选等。
(4)线性鉴别筛选。果用适当检查手段及筛选项目进行试验，获得数据，运用数理统计方法进行判别挑选。
(5)精密筛选。在接近产品的使用条件下进行长期检炼，并多次精确地测量参数的变化量进行挑选和预测。

前两种方法简单易行，但对剔除早期失效产品的效果较差；后两种方法需要专门的设备相较长的时间，费用较高但对剔除早期失效产品的效果较好。通常要根据产品的使用要求、质量水平及费用等情况合理地选择筛选方法。目前老炼筛选是可靠性筛选的主要方法，精密筛选由于费用高、周期长、通常用于高可靠性的元器件筛选，如卫星元件、军工产品及海底电缆通信元件等。目前我国有许多电子元器件已编制了典型的筛选程序，参见《电于可靠性工程》。例如，半导体集成电路的典型筛选程序是：

①高温老炼储存：150℃一175。C，96h。
②离iC者炼：200008，1min。
③高温功率考炼：125℃，96h，在额定电压、额定负载下动态老练。电子元器件在使用或贮存过程中，总是存在着某种比较缓慢的物理化学变化。当这一物理化学变化过程发展一定阶段时，元器件的特性退化、功能丧失，即失效。以半导体器件而言，上述物化作用形成导电沟道时，使器件反向漏电流变大，击穿电压下降‘器件表面复合适反变大，晶体管的电流放大系数降低等等。物化过程与温度有密切关系，当温度升高以后，这些物理变化过程大大加快，器件的失效过程被加速。

在我国电子工业部颁发的《电子设备可靠性预测手册》中绘制了电子元器件降额曲线。对于不同的元件，降额的方法是不一样的，电阻器的降额方法是降低功率比，电容器是降低其工作电压，半导体器件的降额方法是将工作功耗保持在额定功耗之内，数字集成电路通过降低周围环境温度和电荷来降额，线性集成电路、大规模集成电路和半导体存贮器也是通过降低周围环境温度来实现降额的，轴承则以负荷比为降领系数。

降额原则
主要考虑三个问题：一是降额从怎样的温度、电应力值开始降额的效果。

一般元器件规范中部脐有温度、电应力平面上的降额曲线。对于不同类型的元器件，电应力可以是电压、电流或功率等。降领程度的第一步是使用降额曲线，曲线内的区域为允许工作区，曲线本身又由两部分组成。元器件的降额使用并不是降额越多越好，因为降低元器件电负荷过多，将会增加设备的体积、重量及成本,而且也不是任何情况下都能有效的。这是因为：

(1)当可靠性已达到要求时，再用降额来继续提高可靠性就多余了。同一设备中的各种元器件可靠性水平要协调。对其中某些元器件大幅度的降额，使其可靠性远离干其它元器件，这种降额也是不必要的。

(2)单纯用降额来提高可靠性的能力是有限度的。因为无论是温度应力还是电应力。降额到一定程度后，这时即使再大幅度的降领，失效率也只有微小下降G

(3)对于有些元器件过度的降领反而有害。如大功率晶体管在小电流下工作，将大大降低放大系数且参数稳定性也下降。电解电容和实芯电阻，经常让它通过一定的电流要比自然存放或只通过微弱电有利。有的元件降额容易发生低电平失效，如聚苯乙烯电容cLl o、涤纶电容cLu和漆膜电容cQ2。、cQ 2。等。对于电子管的灯丝电压和继电器曲线包电流不仅不能降额，反而要控制在额定值上，否则将直接影响寿命和可靠的接触。

(4)电应力的降领比较容易做到，对温度应力的控制主要靠改进热设计。

(5)采用降额技术来提高可靠性，还要效益，即降额程度的取值需综合考虑可靠性指标要求及重量、体积、成本的限制。如果单靠降领来提高可靠性其综合效益不高时，就应采取改进设计，提高元器件强度等手段来提高可靠性。