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什么是器件失效? 8 C5 F4 ?7 N1 R: k
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什么是器件失效?为什么我们这么关心器件失效? 3 H5 E, L7 S$ O, u
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! , Z7 c3 q8 N- r# W% A# X
为什么器件会失效? & d7 {( Q( F$ @' J1 T& B
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。 ! H. y5 H- A6 G3 s4 |" J
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。
d0 f: B( g! Y9 L" i失效有分类吗?
, x* K5 k8 N+ m6 H+ s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。
P7 ^1 Y& y' c# k% K1 s' \5 R" A9 j系统性失效和随机性失效?
* }5 u9 v0 @4 p4 l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。
0 L4 T1 j; L: }! k" h失效真的不可避免吗? : i5 z3 a6 D( v7 N- r; E
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。 9 l0 O+ [* \* v$ }" R! ~
怎样定性地分析失效呢? . r/ X3 A# f0 o" S" z; v3 z. f
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。 ' ~; [; Q9 F$ v$ K% l5 J$ U2 P
. _& K) `5 ~" b8 P9 B. j9 U5 { B0 G+ L怎样定量地分析失效呢? 2 ^/ N( D! n. }4 Z/ E& i4 O2 O R
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”。
2 O" T* y; T7 }7 a8 I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? * T- ^1 n. n7 C
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。
8 e# b2 s S( p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?
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