电子元器件的失效规律

thinkfunny · 发表于 2021-7-27 09:52

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电子元器件的失效规律
1　浴盆曲线
为了研究电子元器件的可靠性，就要掌握元器件失效的客观规律，分析产品的失效原因，以便进一步提高元器件的可靠性。
虽然每个电子元器件的失效是个随机事件，并且是偶然发生的，但大量元器件的失效却呈现出一定的规律性。从产品的寿命特征来分析，大量使用和试验结果表明，电子元器件失效率曲线的特征是两端高，中间低，呈浴盆状，习惯称为“浴盆曲线”，其形状如图2.3所示。

从曲线上可以看出，电子元器件的失效率随时间的发展变化大致可以分为三个阶段：即早期失效期、偶然失效期、耗损（磨损）失效期。在不同时期产品呈现不同的失效规律，尽管给电子元器件施加的应力没有变。
2　早期失效期
早期失效期出现在产品开始工作的初期，其特点是失效率高，可靠性低，且产品随着试验时间或工作时间的增加失效率迅速下降。产品发生早期失效的原因主要是设计、制造工艺上的缺陷或者元件、材料、结构上的缺陷所致（例如，元器件所使用的材料纯度达不到要求，或制造中混入杂质、产生的缺陷和工艺控制不严格等）。早期失效的元器件或材料一般可以通过加强对原材料和工艺的检验，或通过可靠性筛选等办法来加以淘汰。但最根本的办法是找出导致早期失效的原因，采取相应措施加以消除，从而使失效率降低且产品稳定。
早期失效期的失效率分布函数与m<1的威布尔（Weibull）分布函数所描述的曲线相同。
3　偶然失效期
偶然失效期出现在早期失效期之后，是产品的正常工作期，其特点是失效率比早期失效率小得多，且产品稳定。失效率几乎与时间无关，可近似为一常数。通常所指的使用寿命就是这一时期，这个时期的失效由偶然不确定因素引起，失效发生的时间也是随机的，故称为偶然失效期。
偶然失效期产品的失效规律符合指数分布规律。
4　耗损失效期
耗损失效期出现在产品的后期，其特点刚好与早期失效期相反。失效率随试验或工作时间增加而迅速上升，出现大批失效。耗损失效是由于产品长期使用而产生的损耗、磨损、老化、疲劳等原因所引起的。它是构成元器件本身的材料长期化学、物理不可逆变化所造成的，是产品寿命的“终了”。
耗损失效期的失效概率分布函数与m>1的威布尔函数所描述的曲线相同。
但是，对于实际电子产品并不一定都出现上述三个阶段。例如，工艺质量且控制很好的金属膜电阻有时就不出现早期失效期，又如某些半导体器件就没有发生耗损失效期。至于个别产品由于设计、生产工艺不合理，只有早期失效期和耗损失效期，这是由于产品质量过于低劣，此种产品不能正常使用。从上述“浴盆曲线”也可看出，在成批产品中，有些产品的失效率曲线是递增型、递减型和常数型，而宏观表现出来的是由三种类型的失效率曲线叠加而成，如图2.4所示。