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什么是器件失效?
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什么是器件失效?为什么我们这么关心器件失效?
5 u( s M! U$ J! U+ o4 v0 U, V器件失效,顾名思义,就是器件本身发生故障导致其该有的功能失效。作为汽车电子工程师,我们对器件失效异常敏感,因为我们的产品是装到高速行驶的汽车上,它们担负着把主人安全送回家的重要责任啊!
# X6 K5 D1 O& ^3 N1 z0 u为什么器件会失效?
: N% o* [5 ?' @& n5 J6 D失效的原因有两大类,即使用引起的失效和器件固有缺陷引起的失效。说得通俗一点就是要么是你把它弄坏的,要么是它自己不争气。
0 F& V, I+ S) d0 c9 Y, V细致来说,与使用有关的失效原因主要有:过电应力损伤、静电损伤、机械应力损伤等。其中过电应力损伤占绝大多数,所以EOS失效成为了半导体厂商的口头禅。与器件固有缺陷有关的失效原因说起来可就复杂了,涉及到半导体器件的设计和生产包装的各个环节,这里就不一一列举了。 0 z3 D0 P% p1 ?( ]7 N
失效有分类吗? 6 |) C+ Z4 b7 @( f% Y
失效有很多种分类方法的,就像前面所说,按照失效来源可以分为使用引起的失效和器件固有缺陷引起的失效;按照发生必然性分为系统性失效和随机性失效;按照对车辆行驶安全性影响又可分为安全性失效和非安全性失效。
% ]" C- l/ o2 k$ b系统性失效和随机性失效? $ I. ^. A( _ p; _
系统性失效是指满足一定外部条件一定会发生的失效,例如电容超过其耐压值一定会失效。随机性失效与系统性失效相反,顾名思义,失效发生呈一定的随机性,符合概率分布。 ( E0 F [6 o9 l
失效真的不可避免吗? ) V# Z4 t8 _3 j9 Z
系统性失效可以通过在设计阶段避免掉,例如通过设计的review和设计的验证发现一些与使用需求不符的地方。但随机性失效确是无法避免的,因为器件终有“寿终正寝”的一天。下图就是著名的元器件寿命浴盆曲线。 & l1 R. ?' _9 m: Y+ d" q$ U
怎样定性地分析失效呢? % v: Q" B6 ?% P- ?7 S" E
分析失效的目的在于检查相关项及要素的功能、表现及设计故障和失效后果,可识别硬件失效的原因和故障影响。故障分析可分为归纳分析法和演绎分析法。归纳分析法是由上而下的方法,由已知的原因预见未知的影响,比如失效模式与影响分析(FMEA)。演绎分析法是由上而下的方法,由已知的影响探寻未知的原因,比如故障树分析(FTA)和鱼骨图等等。
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+ i, E( Q% ]' `6 k) w U怎样定量地分析失效呢?
% v3 G; i, @# W) l8 Y失效虽然难以捉摸,但是还好我们有概率论,形象地讲,我们无法用手捉住失效这只“泥鳅”,但我们却可以用概率论的“笼子”将“泥鳅套住”。 . L7 V- G5 K% g
失效模式、影响及其诊断分析(FMEDA)就是这样的“笼子”,它通过对元器件失效的相关统计,获得了较为精确的数字,为我们精确地分析失效及其影响提供了可能。 如何在设计中减小器件失效造成的影响? / `# U1 X. J5 P2 i
既然失效不可避免,那就要想方设法减小失效造成的影响,都有哪些方法呢?其实方法就两种:一是冗余设计,二是诊断设计。 % M( ^" L' R- V
用一个通俗的示例来说,如果你是一个经常丢钥匙的人,为了减少丢钥匙所带来的不必要的麻烦,第一你可能多配几把钥匙,第二你可能在钥匙挂上铃铛之类的以提醒自己。多配几把钥匙的行为就属于冗余设计,在钥匙上挂铃铛就属于诊断设计,这样大家就理解了吧? , u+ |& Q9 x1 w- c2 t- d
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