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影响电子元件可靠性的因素
发布时间:2024/12/02 17:00:37   点击:637

影响电子元件可靠性的因素:

1.设计不合理:

根据元器件失效分析统计情况,电子元器件的失效,不仅仅是电子元器件本身的品质问题,还有些是由于设计不合理引起的。

例如:某产品在调试过程中发现晶振振荡不稳定,开始以为晶振本身有问题,对其进行更换后问题依然存在。

由于晶振比较简单,只有供电电压和地,所以用示波器对其供电电压进行测试,发现其上的纹波比较大,然后给供电电压增加一个对地0.1μF的滤波电容,故障消失,这就是因为电路设计抗干扰的能力不够,导致晶振无法正常输出。

2、人为因素 

元器件在运输、检验、安装等情况下,都可以导致元器件的失效。电子元器件在运输中和在车辆的应用中受到的振动、冲击、碰撞等机械应力;在印刷电路板焊接时的过热现象;在开关打开或关闭时产生的浪涌电压;发动机产生的噪声;干燥环境下的静电影响;生产场地周围的电磁场;以及印刷电路板焊接完后,清洁工作中产生的超声振动等因素。

据《可靠性与质量信息》统计:各种不合理使用及人为损坏元器件造成的失效比例,在整个元器件失效比例中约占57.6%。

比如一般在阅读器件的使用手册pdf时,凡有ESD CAUTION提示的,一般包括CMOS、电路、场效应管都必须注意静电防护,否则很容易击穿元器件。

所以这些元器件在使用的过程中,必须具有严格的防静电措施,如配备防静电服,手套和胶皮等,同时在人工用电烙铁进行印制板焊接时,必须保证电烙铁的良好接地,必要时对装配工要佩戴防静电手镯,防止元器件被静电击穿,人为因素导致器件失效。

产品设计者、制造者及使用者形成能发挥其潜在功能的环境,如果能提供良好的工作环境,造成良好昀心理反映和思想意识,就可达到良好设计、优质制造、可靠操作,保证设备良好运转并可靠使用,使电子元器件的可靠性达到规定要求。

3、自然环境因素

自然环境条件严重影响产品的可靠性,给国民经济造成重大损失。据美国国家标准局近年的调查,由于腐蚀使美国每年的损失相当于国民生产总值的4%,这比美国每年的水灾、风灾、雷击和地震等自然灾害所造成的损失的总和还要严重。

美国曾经对机载电子设备全年的故障进行剖析,发现故障的原因如下:50%以上的故障是由各种环境所致,而温度、振动、湿度等3项环境造成电子设备43. 58%的故障率,其中由温度引起的故障占22. 2%,由振动引起的故障占11. 38%,由潮湿引起的故障占10%‘5],所以温度、振动、湿度等环境条件对电子设备及设备中电子元器件的影响必须引起足够的重视。

4、其它因素

除了由于自然环境和人为失误引起的物理应力外,电子元器件制造设备或系统的操作条件也可影响到电子元器件的可靠性。

例如,在高额定电压下操作可能导致设备损坏;在低于额定电压下操作可能导致设备故障;或由于没有遵守设备的时限操作规定而导致的故障或损坏等都是影响电子元器件可靠性的因素。

影响电子元器件可靠性的环境有单个因素和组合因素两种形式,实际上,组合环境对可靠性的危害要比单个环境的影响更大,例如温度和湿度的并存作用往往是引起电子元器件腐蚀的主要原因。

在确定电子元器件设计特性时,应清楚了解各类环境因素、组合效应以及它们对产品可靠性的影响程度是非常重要的。设计方案或试验评价方案除了考虑使用单个环境因素外,还必须要考虑组合的环境因素影响,因为电子元器件在运输、使用过程中有可能处在某种组合环境下。

以下是电子产品可靠性设计必须注意的事项

1、产品使用因素

温度、湿度、振动、腐蚀、污染、产品可能承受的压力、服务的严酷度、静电释放环境、射频干扰、吞吐量并使其特征、应力强度分析等等这些都是产品使用的因素,必须考察。

2、设计失效模式分析

就实际情况而言,了解失效的潜在原因是防止失效的根本原因所在,要预知所有这些原因几乎是不切实际的,所以还必须细考虑到所涉及的不确定性。

在设计、开发制造和服务过程中,可靠性工程方面的努力应该注重所有“可预计”和“可能未预计”的失效原因。以确保防止发生失效或使发生失效的概率最小。

3、失效模式和影响分析

失效模式和影响分析是指对系统进行分析,以识别潜在失效模式、失效原因及对系统性能(包括组件、系统或者过程的性能)影响的系统化程序。此项分析应尽可能在开发周期的早期阶段成功进行,以获得消除或减少失效模式的最佳效费比。

失效模式和影响分析可描述为一组系统化的活动。目的是发现和评价产品过程中潜在的失效及后果;找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。它是对设计过程的更加完善化,以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客的需要。

4、容差和最差案例分析

使用各种数学计算分析技术(如总和平方根、极值分析和统计公差)以使影响可靠性的变差特性化。主要分析产品的组成部分在规定的使用范围内,其参数偏差和寄生参数对性能容差的影响,并根据分析结果提出相应的改进措施。

电路容差分析工作应用在产品详细设计阶段,已经具备了电路的详细设计资料后完成。电路性能参数发生变化的主要表现有性能不稳定,参数发生漂移,退化等,造成这种现象的原因有组成电路零部件参数存在公差,环境条件的变化产生参数漂移,退化效应。设计过程中要分析电路上下限工作条件,

5、最坏情况分析法

最坏情况分析法是分析电路组成部分参数最坏组合情况下的电路性能参数偏差的一种非概率统计方法。它利用已知零部件参数的变化极限来预计系统性能参数变化是否超过了允许范围。最坏情况分析法可以预测某个系统是否发生漂移故障,并提供改进方向,该方法简便,直观。但分析的结果偏于保守。

电子产品可靠性设计内容在产品设计过程中,为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节,防止故障发生,以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动。可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分,是实现产品固有可靠性要求的最关键的环节,是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的

在产品研制过程中,常用的可靠性设计原则和方法有:元器件选择和控制、热设计、简化设计、降额设计、冗余和容错设计、环境防护设计、健壮设计和人为因素设计等。除了元器件选择和控制、热设计主要用于电子产品的可靠性设计外,其余的设计原则及方法均适用于电子产品和机械产品的可靠性设计。