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# F- [ ~& q4 b% T9 o电子元器件的失效规律
+ I& N# [' u3 I& a- i+ x; z; a1 浴盆曲线
, l1 Y+ |1 T- @) \/ {0 O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。
! X7 C5 T E r, h6 C* u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。
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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。
$ P) X" c; ^3 N2 早期失效期$ v: c& [* q5 I
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。
3 l" P2 ?1 j0 @- E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。1 l/ L! L2 H {0 ^/ y7 {4 S
3 偶然失效期 B1 n( ~1 q! a
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。
" Z9 x R- z. F. X2 \7 C: I. U偶然失效期产品的失效规律符合指数分布规律。5 C! e$ H: j$ h% H. @& Z/ W( r
4 耗损失效期. [. s# ^! s: N( ~" V2 i. |
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”。
5 l" s; q/ Q# R* \6 z; F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。
% @! ]$ H. l# w. q: g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。1 ]" k9 ?0 Z" {: S! q+ K
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