电子元件的可靠性与可靠性试验

1、电子元件的可靠性与可靠性试验可靠性是什么?关于可靠与不可靠总能按要求完成工作可靠！有时能完成工作，有时不能完成工作不可靠!为什么有基本性能，还要评价可靠性？为什么一批产品基本性能都经测试合格，用一段时间后先会坏掉一部分？ 为什么同一型号规格产品，基本性能值更高的，有时反而出现更多的坏品？ 那是因为基本性能并没有反映质量的全部，产品还有一个固有属性 可靠性表示产品连续稳定工作的能力。产品基本性能直观表征静态质量合格 与否，还不能反映产品质量的全貌、稳定性。产品质量特性包括构成产品质量的一切 外在的特征和内在的特性：厂x产品一质性JI 专门持性及时性性能特性J _ J 适应，性等广可靠性D维修性、

2、保障性等电子元件的基本性能指标高，其可靠性不一定高。如果产品可靠性低，即使 其初始技术性能再好也得不到发挥。例如，陶瓷贴片电容器的介质击穿电压较高的产品，很可能在高温负载加速 寿命试验中失效率较高。可靠性可以综合反映产品的质量。电子元件的可靠性是电子设备可靠性的基 础，要提高设备或系统的可靠性必须提高电子元件的可靠性。可靠性是电子元件重要质量指标，须加以考核和检验。可靠性的科学定义：元件、产品或系统在规定条件、规定时间，完成规定功能的能力称为可靠 性。规定条件工作条件：电压、电流、功率环境条件：温度、湿度、气压同一规格元器件，工作环境条件不同，其可靠性不同。工作负荷重、环境恶劣条件 下，产品可

3、靠性下降，损坏概率上升。规定时间产品可靠性随使用/存贮时间的延长而降低，无故障工作时间越长，表示产品可靠性越高。谈及可靠性必须有时间长度（或使用次数），离开时间的可靠性无意义。规定功能“功能”就是产品的技术指标、技术要求。是正常工作的性能指标。如何描述可靠性高低水平?别人问你工厂制造的产品可靠性如何，该怎样回答?是的,大家都可以说自家产品可靠性很高，但是多高呢？！其实，产品的可靠性是可以量化描述，可靠性量化指标使用的是统计概率意义 上的数据。对电子元件描述可靠性高低主要特征量有：可靠度、失概率、寿命。可靠度R(t)电子元件在规定条件和规定时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。r(t):工作到t

4、时刻失效数；N0：试验产品总数；例：投入10000只75KQ的电阻器，以天为计量单位，使用一年后(365天)时， 发现3只电阻器坏了，则一年的可靠度：R(365)=(10000-3)/10000=0.9997失效率4(t)产品在t时刻后的单位时间内发生失效的概率。Nt： t时刻性能正常产品数； t :监测的时间间隔；r(t):监测的时间间隔t内失效产品数。失效率的单位通常有三种表示方法：1/h , %/1000h , Fit (非特)1Fit=10-9/h，每1000个产品工作1百万小时之后，只有一个失效。电子元件失效 率较低，常以Fit (非特)为单位。例：投入1000000只贴片电容，使用

5、1000小时后，发现3只电容器坏了，则失效 率为：Mt)=3/(1000000*1000)=3*10 -9/h=3Fit寿命平均寿命MTTF产品使用时失效时间的平均值，对电子元件因其寿命服从指数分布，所以MTTF=1/入。储存寿命对某些电子元件，如液态电解电容器，即使在不工作的状态下，其功能和可靠性也 会随时间的延长而下降，因此对这类产品储存寿命是一个重要的指标。电子元件的失效服从指数分布，失效率为常数，可靠度与失效率的关系为：R(t)=e-A(t)我国有可靠性指标电子元件按失效率大小分七级:级别符号最大失效率(1/h 或 1/10 次)亚五级Y3X10-5五级W1X 10-5六级L1X10-

6、6七级Q1X 10-7八级B1X 10-8九级J1X 10-9十级S1X10-10注：当工作寿命按次数计算时，单位为1/10次,%/1000次，1Fit电子元件失效率试验所确定的失效率是基本失效率，是在产品技术标准条件 下的失效率，不是产品实际使用条件下的失效率。电子元件失效规律大量的使用和试验表明，电子产品失效与时间曲线的特征是两端高、中间 低，呈浴盘状，如图，通常称为浴盘曲线。早期失效产品使用初期，失效率较高，并迅速下降。对电子元件这一阶段的失效主要是设计 不当、材料缺陷、制造缺陷和安装不当引起的。在工作应力的作用很快会暴露出 来。偶然失效产品使用一段时间后，失效率会降到一个较低的水平，基

7、本处于平稳的状态，失效 主要由偶然因素所造成。偶然失效期是产品主要工作的时期。耗损失效产品使用相当长的时间后，失效率迅速上升，这是产品老化、疲劳、磨损、蠕变、 腐蚀等原因所引起的，是产品的寿命“终了”，称为耗损失效期。对于实际电子产品，不一定都必须出现上述三个阶段。高质量等级产品的 失效率曲线在其寿命期基本上是一条平稳的直线，而低劣产品可能存在大 量的早期失效或很快进入耗损失效期。优良产品 失效规律土偶竣失效期一； .一 11 tn t L儿乎没右早 期大效-舂 布长乂:斋 终r的耗损 期也很短以皂子工昌2如产品设计、生产工艺不合理，只出现早期失效期和耗损失效期，这是产品 质量过于低劣。低劣产

8、品夫=偶然夫效地失效期殆紧 接行足命 终r的桩拟期，/毛K工建司至!提高系统（或产品或元器件）在整个寿命周期内可靠性的一门有关设计、分 析、试验的工程技术。可靠性试验是可靠性工程的重要组成部分。可靠性试验为了评价分析电子产品可靠性而进行的试验称为可靠性试验。可靠性试验可 以测算产品可靠性指标，分析产品的失效原因。可靠性试验与例行测量测试的区别:例行测量：用仪器直接测量，判定性能参数是否满足出厂指标。可靠性试验：用统计方法作定量分析，得出可靠性指标，不能直接测读出 来。可靠性试验时，对受试样品施加一定的 应力，并监测应力作用下的样品性能 的变化，判断产品是否失效。应力对产品的功能有影响和各种因素

9、，包括电压、电流、机械力和环境等。可靠性试验分类：按试验地点和试验方式分：现场试验：工作现场测量模拟试验：模拟实际工作状态的试验实验室进行的试验多属模拟试验。按试验项目分类:通常惯用的分类法，是把它归纳为四大类：环境试验寿命试验特殊试验现场使用试验环境试验测试产品对环境条件的适应能力，环境条件主要包括以下：气候条件：温度、湿度、气压、潮热、盐雾机械条件：振动、冲击、离心辐射条件：电场、磁场、电磁场、各种射线生物条件：霉菌电气条件：雷击、电晕放电人为因素：运输、使用、维护电子产品依据工作环境，选择显著影响可靠性项目条件（单一或组合）进行 环境试验。对电子元件常用的环境试验项目有：气候试验：密封性

10、试验、温度循环试验、热冲击试验、气压试验、潮热试 验、盐雾试验。机械试验：振动、冲击、离心、碰撞、跌落等寿命试验为测定电子元件在工作或贮存下寿命的长短所做的试验。将一定数量的产品放在特定的试验条件下，记录样品的失效时间，并进行统 计分析，评估可靠性数量特征。对于大部分电子产品，寿命是最主要的一个可靠性特征量。因此，对电子元 件，可靠性试验往往指的就是寿命试验。长期寿命试验：1000小时以上的试验时间长期贮存寿命试验：元件放在一定条件下（不放加电应力）贮存，以确定贮 存寿命和失效率。试验时间3年左右，有的达10年。失效率低。长期工作寿命：产品置于一定的工作条件下进行工作，确定正常使用状态下 的寿

11、命和失效率。累积失效率40%左右即可进彳丁统计分析可靠性指标。加速寿命试验长期寿命耗时耗力，通讯卫星用元器件工作寿命要求5年，海底电缆增益晶 体管工作寿命要求20年！为了缩短试验周期、减少样品数量和试验费用， 常常采用加速寿命试验，在不改变失效机理前提下，提高应力，使元件加速 失效，在较短的时间内取得失效率寿命数据，推算正常状态应力条件下的可 靠性特征量。加速应力可以是电气的、机械的、物理化学的，或它们的综合。一般以高于正常用应力的固定恒定应力进行试验，本试验方法简单，普遍使 用。特殊试验用特殊的设备或仪器进行试验或检查。在可靠性筛选试验中使用较多，主要用于非破坏试验和失效样品分析。红外热谱检

12、测：检测电子元件存在的杂质缺陷。这些弱点产生局部过热，红 外探测可分辩。现场使用试验对模拟试验正确与否加以证实和检验。可靠性筛选试验采用外加应力将电子元件成品中潜在的早期失效产品剔除，从而分选出具有 高可靠性产品的试验称为可靠性筛选试验。外加应力可以是热应力、电应力、机械应力或者几种应力的组合。普通筛选：剔除低劣品精密筛选：在普通筛选的基础上进行二次筛选，剔除参数漂移大的产品，得 到可靠性特别高的产品。可靠性筛选试验方法根据筛选性质和应力或工具不同，大致分为：检查筛选：目视或显微镜检查筛选红外线、X射线非破坏检查筛选超声波非破坏检查筛选测量特性值检查筛选致密性筛选：湿度试验筛选环境应力筛选：振

13、动加速度、冲击加速度温度循环、热冲击寿命筛选：高温存储、功率老化筛选项目和筛选应力确定的原则1、必须针对元件的质量、使用环境、工作状态等确定筛选条件。2、要有大量的可靠性摸底试验数据或现场使用数据资料，确定与失效机理相 应的筛选项目、应力和时间。3、筛选方法对无缺陷品应是一种非破坏试验。4、筛选参数据电子元件种类而不同筛选应力大小及筛选时间的确定应力强度过大过小，时间过长或过短均带来不好的结果，筛选应力大小和作用时间的选取原则是：针对产品的主要失效机理确定；所用的应力不破坏良好的产品，快速暴露有缺陷的产品；根据用途、成本、批量大小和设备等条件统一考虑，力求最佳的经济效果；充分调查，收集数据，掌握产品的失效分布和失效机理，才能确定合理的 筛选项目。具体筛选应力上限和筛选时间，须根据大量的可靠性摸底试验数据确定。筛选方法的评价理想的筛选结果是次品数全部剔除，好品没被剔除。评价方法筛选淘汰率QQ=筛选剔除数/筛选总数*100%国外高可靠性产品的技术标准中，一般都规定了筛选淘汰率的上限值，如美国军用标准中规定了各种元器