电子元件的可靠性与可靠性试验

可靠性是什么?

关于可靠与不可靠

总能按要求完成工作——可靠!

有时能完成工作，有时不能完成工作——不可靠!

其实,产品的可靠性是可以量化描述，可靠性量化指标使用的是统计概率意义上的数据。

对电子元件描述可靠性高低主要特征量有：可靠度、失概率、寿命。

可靠度R(t)

电子元件在规定条件和规定时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。

可靠性测试与例行测量测试的区别：

例行测量：用仪器直接测量，判定性能参数是否满足出厂指标。

可靠性试验：用统计方法作定量分析，得出可靠性指标，不能直接测读出来。

可靠性试验时，对受试样品施加一定的应力，并监测应力作用下的样品性能的变化，判断产品是否失效。

[应力]对产品的功能有影响和各种因素，包括电压、电流、机械力和环境等。

可靠性测试分类：

按试验地点和试验方式分：

现场试验：工作现场测量

模拟试验：模拟实际工作状态的试验

实验室进行的试验多属模拟试验。

按试验项目分类:

通常惯用的分类法，是把它归纳为四大类:

A. 环境试验

B. 寿命试验

C. 特殊试验

D. 现场使用试验

环境试验

测试产品对环境条件的适应能力，环境条件主要包括以下：

气候条件：温度、湿度、气压、潮热、盐雾

机械条件：振动、冲击、离心

辐射条件：电场、磁场、电磁场、各种射线

生物条件：霉菌

电气条件：雷击、电晕放电

人为因素：运输、使用、维护

电子产品依据工作环境，选择显著影响可靠性项目条件(单一或组合)进行环境试验。

对电子元件常用的环境试验项目有：

气候试验：密封性试验、温度循环试验、热冲击试验、气压试验、潮热试验、盐雾试验。

机械试验：振动、冲击、离心、碰撞、跌落等

寿命试验

为测定电子元件在工作或贮存下寿命的长短所做的试验。

将一定数量的产品放在特定的试验条件下，记录样品的失效时间，并进行统计分析，评估可靠性数量特征。

对于大部分电子产品，寿命是*主要的一个可靠性特征量。因此，对电子元件，可靠性试验往往指的就是寿命试验。

长期寿命试验：1000小时以上的试验时间

长期贮存寿命试验：元件放在一定条件下(不放加电应力)贮存，以确定贮存寿命和失效率。试验时间3年左右，有的达10年。失效率低。

长期工作寿命：产品置于一定的工作条件下进行工作，确定正常使用状态下的寿命和失效率。累积失效率40%左右即可进行统计分析可靠性指标。

加速寿命试验

长期寿命耗时耗力，通讯卫星用元器件工作寿命要求>5年，海底电缆增益晶体管工作寿命要求>20年!为了缩短试验周期、减少样品数量和试验费用，常常采用加速寿命试验，在不改变失效机理前提下，提高应力，使元件加速失效，在较短的时间内取得失效率寿命数据，推算正常状态应力条件下的可靠性特征量。

加速应力可以是电气的、机械的、物理化学的，或它们的综合。

一般以高于正常用应力的固定恒定应力进行试验，本试验方法简单，普遍使用。

特殊试验

用特殊的设备或仪器进行试验或检查。

在可靠性筛选试验中使用较多，主要用于非破坏试验和失效样品分析。

红外热谱检测：检测电子元件存在的杂质缺陷。这些弱点产生局部过热，红外探测可分辩。

现场使用试验

对模拟试验正确与否加以证实和检验。

筛选项目和筛选应力确定的原则

1、必须针对元件的质量、使用环境、工作状态等确定筛选条件。

2、要有大量的可靠性摸底试验数据或现场使用数据资料，确定与失效机理相应的筛选项目、应力和时间。

3、筛选方法对无缺陷品应是一种非破坏试验。

4、筛选参数据电子元件种类而不同

筛选应力大小及筛选时间的确定

应力强度过大过小，时间过长或过短均带来不好的结果，筛选应力大小和作用时间的选取原则是：

①针对产品的主要失效机理确定;

②所用的应力不破坏良好的产品，快速暴露有缺陷的产品;

③根据用途、成本、批量大小和设备等条件统一考虑，力求*佳的经济效果;

④充分调查，收集数据，掌握产品的失效分布和失效机理，才能确定合理的筛选项目。

具体筛选应力上限和筛选时间，须根据大量的可靠性摸底试验数据确定。

筛选方法的评价

理想的筛选结果是次品数全部剔除，好品没被剔除。

评价方法

筛选淘汰率Q

Q=筛选剔除数/筛选总数*100%

国外高可靠性产品的技术标准中，一般都规定了筛选淘汰率的上限值，如美国军用标准中规定了各种元器件的筛选淘汰率：

纸介电容器5%

云母电容器8%

陶瓷电容器5%

碳膜和金属膜电阻器为3%

筛选效率

η=剔除产品失效数/总失效数=r/R

比值越大，早期失效产品被剔除得越多，筛选方法越好

筛选效果

β=(λ-λ')\ λ*100%

表征筛选前后,失效率下降的相对幅度

可靠性测试筛选花费的时间和费用都是很大的，但对于新型电子元件和要求可靠性*高的电子元件，可靠性筛选意义重大。特别是空间技术和军事工业上用的电子元件均经过严格科学的流程进行可靠性筛选。