電子元器件的降額應(yīng)用和“二次”篩選

電子元器件的降額應(yīng)用和“二次”篩選
李志鑫 西安微電子技術(shù)研究所（西安710054）
1前言
元器件的應(yīng)用就是指元器件使用的方法。除了要求元器件本身具有相應(yīng)等級(jí)的固有可靠性外，使用是否合理，即使用的方法也直接影響其實(shí)際（或現(xiàn)場(chǎng)）可靠性。
　　據(jù)有關(guān)資料和資深專家分析，應(yīng)用中所發(fā)生的電子元器件的失效，一半與元器件生產(chǎn)、制造有關(guān)，而近乎另一半則是由于使用不當(dāng)或保管、傳輸不當(dāng)所引起的損傷失效。如此大的損傷（或叫人為失效），引起國(guó)內(nèi)外有關(guān)人士的高度重視，已著手探討消除的辦法，以保證電子元器件的正確使用。由于這方面的問題牽涉面廣，在此不可能一一進(jìn)行討論。本文只從降額應(yīng)用和“二次”篩選等幾個(gè)方面淺談一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)從事相關(guān)工作的人員有所幫助和借鑒。
2元器件的降額應(yīng)用
各種元器件都有其設(shè)計(jì)的額定值。譬如，電容器的耐壓，電阻器的功率，半導(dǎo)體器件的電壓、電流等等。所謂額定值是指元器件設(shè)計(jì)上所允許承受的最大應(yīng)力值，一般是指在一定的環(huán)境溫度下和一定的時(shí)間范圍內(nèi)，器件能承受該應(yīng)力而不致失效的能力。器件在實(shí)際使用中，為了“保險(xiǎn)”，不應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)間處在額定狀態(tài)，而應(yīng)視其應(yīng)用場(chǎng)合的重要性或關(guān)鍵性“遠(yuǎn)離”這種狀態(tài)，這就是降額使用。降額使用可使元器件的可靠性增長(zhǎng)，延長(zhǎng)器件的壽命，并使電子產(chǎn)品質(zhì)量受益。
根據(jù)國(guó)家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電子元器件的降額系數(shù)一般可在0.5～0.9之間,按照要求的降額等級(jí)來選取.有的元件,如繼電器的某些參數(shù)的降額系數(shù)甚至要取0.4以下甚至更小。
在對(duì)電子產(chǎn)品所用元器件進(jìn)行降額設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)際工作中可能遇到如下問題，有必要作以討論。
2.1降額不足
由于在元器件的選取上往往存在一定困難，經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)人員有時(shí)做出不周全的考慮。應(yīng)該指出，有關(guān)降額標(biāo)準(zhǔn)上給出的降額因子只是常溫應(yīng)用下的數(shù)值，對(duì)于處于特定高溫條件下的某些器件，如鉭電容器等,則還應(yīng)考慮其因溫度效應(yīng)而引起的降額。
例如，對(duì)一個(gè)如下圖所示、末端為三端穩(wěn)壓器W78M12的電源輸出，對(duì)其前后所加的固鉭濾波電容器C1和C2，在降額要求上就有些不同。粗心的設(shè)計(jì)者，簡(jiǎn)單地選取25V150μF，認(rèn)為降額足夠，不會(huì)發(fā)生問題。實(shí)際情況是，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行高溫（70℃±2℃）測(cè)試時(shí)，常常發(fā)生C1擊穿失效。仔細(xì)核算發(fā)現(xiàn)，C1位置所用25V耐壓的電解電容器其降額使用存在問題。
因?yàn)榭紤]到三端穩(wěn)壓器的壓差問題，設(shè)計(jì)者將輸入電壓提高到18V（實(shí)際甚或達(dá)到了近20V），其常溫下的降額系數(shù)為：
n=20V（使用值）/25V（額定值）=0.8
但實(shí)測(cè)環(huán)境溫度為70℃時(shí)，其機(jī)內(nèi)溫度已達(dá)90℃以上，此時(shí)，電解電容器的高溫漏電流便會(huì)明顯上升，其耐壓的溫度降額已不容忽視。如果溫度耐壓降額也取0.8，則：
U′額定=25×0.8=20(V)
此時(shí)該電容器的實(shí)際降額系數(shù)為：
n′=20/20=1
這便是一種危險(xiǎn)的使用狀態(tài)。還沒有考慮電源整流的波形脈動(dòng)因素，如果加進(jìn)波動(dòng)和其它雜波尖峰，就勢(shì)必引起C1位置濾波電容器的擊穿。
認(rèn)識(shí)到上述情況后，將C1電容器更換為35V
100μF，高溫試驗(yàn)時(shí)，C1易失效的現(xiàn)象便消失了。
2.1降額過大
使用中不加計(jì)算的過度降額也不可取。過度降額，即實(shí)際使用的應(yīng)力條件大大小于器件的額定值。這一方面增大了器件的體積和成本，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)帶來困難，另一方面對(duì)器件的可靠性提高也是很有限的。甚至有專家認(rèn)為，過度降額，使器件處于甚低的應(yīng)力水平，近似“休閑”狀態(tài)，反而可能帶來負(fù)面影響。實(shí)際上，處于非工作狀態(tài)下的器件，有時(shí)反比正常使用狀態(tài)下的器件有著較高的失效比率。