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电子元器件的失效规律
& m. f' U0 X! U" p) P; V" x1 浴盆曲线
9 F) {: r2 O: W+ j7 [$ y$ }! z" m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。
1 H' l8 d$ }6 ~/ M9 ^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。9 J1 j' {8 i4 ?5 T' I: v* ?! L
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8 d0 y$ T% d5 ?/ ?; [1 {8 W: g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。
* Z! I9 r2 b$ a5 `- r2 早期失效期
9 ]8 }" c4 G: T" e- D8 j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。
" C l2 \' _8 \: i4 ~$ A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。5 @, t2 e: ~" U J( x
3 偶然失效期; L, Y6 Y) s0 j9 \7 ]1 b/ `
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。/ @- `9 Z3 f) p2 G; i0 f
偶然失效期产品的失效规律符合指数分布规律。
E: k4 x2 Q$ f1 q( Q# v4 耗损失效期) m3 M5 Y" C+ F: I- D2 M
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”。2 l9 [* d3 H* O9 T9 J5 Q; E
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。
+ J6 ~$ u) I( V0 H. q" e# q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。
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