提升電路中元器件的使用可靠性的探討

江蘇省泰州引江河管理處 張勁軍

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提升電路中元器件的使用可靠性的探討

江蘇省泰州引江河管理處 張勁軍

【摘要】電子元器是電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，為保證電子元器件以及整機(jī)系統(tǒng)之間的有效配合，需要確保其使用的可靠性。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)備的使用環(huán)境也越來越復(fù)雜，對電子元器件可靠性也提出了更為嚴(yán)格的要求。為此文簡要介紹了電路中元器件可靠性的影響因素，并探討了確保元器件使用可靠性的相關(guān)措施。

【關(guān)鍵詞】電路；元器件；可靠性；原因；措施

1 引言

電子設(shè)備通常是由不同電子元器件所組成的，在設(shè)備設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過分析元器件的串聯(lián)模型，才可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能運(yùn)行正常。對大多數(shù)的元器件廠商來說，使用可靠性可以說是最為基礎(chǔ)的要求［1］。任何電子元器件功能的喪失，都會影響的系統(tǒng)功能。因此為確保系統(tǒng)功能正常，需要強(qiáng)化設(shè)計(jì)人員對于元器件可靠性的重視程度，進(jìn)行合理科學(xué)的使用，不斷提高元器件可靠性，從而確保整機(jī)運(yùn)行。

2 電子元器件的失效原因分析

2.1 設(shè)計(jì)問題

通過統(tǒng)計(jì)分析工作元器件的失效數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)元器件的失效一方面是元器件自身質(zhì)量問題，另一方面是因?yàn)檎麢C(jī)的電路元器件設(shè)計(jì)不夠科學(xué)而誘發(fā)的。通過對我國的戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)以及電視機(jī)等產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場故障分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不科學(xué)引發(fā)的故障最為常見［2］。這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明要想改善產(chǎn)品可靠性，一個重要的步驟就是要做好產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。

2.2 各種人為因素

有的人不會使用元器件，讓這樣的人去負(fù)責(zé)使用元器件，很可能會用壞元器件。這個問題在實(shí)際生活當(dāng)中可以說也是非常常見的。在制造元器件、運(yùn)輸元器件還有使用元器件的時(shí)候，各個環(huán)節(jié)發(fā)生事故都可能元器件沒法用。比如在安裝元器件的時(shí)候，第一次插上后能夠正常顯示［3］，但是第二次插上就不能正常顯示了，機(jī)器也沒法正常工作。之所以出現(xiàn)這方面的問題，一個非常重要的原因就是烙鐵接地不好，這樣一來就違反了焊接標(biāo)準(zhǔn)，靜電擊穿元器件，元器件自然不可能再正常工作。

2.3 其它因素

統(tǒng)計(jì)顯示因電應(yīng)力問題導(dǎo)致的失效也較為常見。比較常見的原因包括示波器探頭、接地不良、反沖電動勢、浪涌、二次擊穿以及靜電等。比如很多單位供電時(shí)采取接零保護(hù)，也就是零線同地線連接［4］，這是符合日常家庭用電規(guī)范的。不過對各種CMOS器件及一般的元器件來說，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及調(diào)試環(huán)節(jié)，都需要改成接地保護(hù)，也就是需要分開零線。但很多單位對這一問題缺乏相應(yīng)的重視，導(dǎo)致元器件失效甚至產(chǎn)品報(bào)廢。

3 提高電子元器件使用可靠性的幾點(diǎn)建議

3.1 盡量采用經(jīng)過元器件質(zhì)量認(rèn)定，并經(jīng)過實(shí)際證明質(zhì)量好、可靠性高、定點(diǎn)生產(chǎn)的成熟與通用的元器件

在購買元器件的時(shí)候，需要好好考慮下其用處，需要使用什么類型的元器件，以確定需要購買的元器件種類及型號。元器件選擇主要考慮下列因素：第一，元器件生產(chǎn)廠商方面，需要考慮生產(chǎn)質(zhì)量、采購的具體需求還有配套的售后服務(wù)。第二，元器件使用的時(shí)候，需要派人專門分析元器件的大小、安裝質(zhì)量以及開關(guān)使用需要注意的事項(xiàng)，分析功率是高還是低，并且向人打聽怎么樣去控制腐蝕。第三，分析可靠性的影響因素，比如設(shè)計(jì)是不是成熟、供應(yīng)商的資質(zhì)還有元器件的結(jié)構(gòu)、材料以及工藝狀況等［5］。第四，分析元器件質(zhì)量控制狀況。第五，在確定元器件的使用性能時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合分析各種參數(shù)有可能出現(xiàn)的影響，還要研究下標(biāo)準(zhǔn)化安裝方面的要求。

3.2 為了降低元器件現(xiàn)場使用的失效率，對元器件的使用實(shí)行降額（包括電流、電壓和功率）及降溫的辦法

降額設(shè)計(jì)的主要目的是確保元器件工作的時(shí)候承受應(yīng)力低于元器額定值，這樣有利于減少故障率，能夠保證元器件可靠。不管是電子產(chǎn)品還是常用的各種機(jī)械產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往都免不了要降額。因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品對溫度等方面的影響因素更加敏感，所以降額設(shè)計(jì)格外重要，是可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中的內(nèi)容［6］。要器件不同，使用的降額方法往往也有著非常大的區(qū)別。電阻器降額的原理是降低功率比，電容器的原理則是降低電壓，半導(dǎo)體器件則不得不首先保證功耗。數(shù)字電路要降低溫度還有電負(fù)荷從而降額，線性電路以及半導(dǎo)體存儲器同樣需要控制附近的環(huán)境溫度。不過需要注意的是，降額設(shè)計(jì)需要把握降額的等級，一味追求降額也無明顯的利好，反而會導(dǎo)致元器件特性出現(xiàn)改變，使用的元器件數(shù)量反而會增多，容易發(fā)生找不到合適元器件的問題，影響到備的正常用。好比說電子管電壓等都不能使勁減額，要不然的話會縮短電子管使用壽命。對微波磁控管而言尤為顯著，一方面會影響到使用壽命，甚至還容易導(dǎo)致燈絲欠熱出現(xiàn)跳火問題，無法正常工作，使得繼電器無法吸合導(dǎo)致接點(diǎn)抖動。部分元器件在減額一定程度之后也無法達(dá)到預(yù)期效果。

3.3 在保證電路功能的前提下，應(yīng)按以下要求來選擇元器件

第一，要鼓勵購買數(shù)字電路，而不是圖便宜去買模擬電路。在買數(shù)字電路的時(shí)候，也要盡可能去買集成度非常高的電路，而不是買那些集成度非常低的便宜電路。要最大限度選擇密封的器件，最大限度使用功耗比較低的元器件。第二，要在購買使用之前先統(tǒng)計(jì)下使用的功率還有頻率等因素，然后去訂購合適的器件，要最大限度購買優(yōu)質(zhì)的、硅半導(dǎo)體材料制造的器件，避免選擇使用鍺半導(dǎo)體器件。第三，如果設(shè)備的使用環(huán)境非常苛刻，并且對于儲存材料的要求也比較高，那么就定不能使用封裝不夠嚴(yán)實(shí)的結(jié)構(gòu)，這種器件應(yīng)當(dāng)在地面上比較固定的環(huán)境當(dāng)中使用，而是需要選擇使用陶瓷或者是金屬封裝的器件。第四，盡可能選擇使用高可靠器件。第五，最大限度使用那些無源的器件，而不是使用有源的器件。第六，盡可能避免使用電位器，如有必須需要選擇合成實(shí)芯或者是線繞電位器，在結(jié)束調(diào)機(jī)結(jié)束之后密封。第七，根據(jù)各種參數(shù)來確定什么電容器合適。最好選擇鋁電解，在使用的時(shí)候需要做好工作人員的培訓(xùn)。第八，根據(jù)溫度、阻值、功率、噪聲還有電壓等選擇電阻器，不能用RT電阻器，而要使用IU電阻器。3.4正確選擇安裝工藝方法

例如印制板配合孔以及元器件安裝孔的結(jié)構(gòu)尺寸需要合理設(shè)計(jì)，避免因工藝設(shè)計(jì)或者是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題加大元器件的內(nèi)應(yīng)力，使得元器件過早失效。同時(shí)需要重視元器件的可靠性研究，撰寫元器件安全使用南或者是詳細(xì)規(guī)范，指定元器件的優(yōu)選目錄。此外要根據(jù)不同類型電子設(shè)備各自的可靠性要求以及應(yīng)用環(huán)境，來確定設(shè)備需要的元器件質(zhì)量水平，擬定元器件的選擇清單。在使用的時(shí)候需要根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際要求，來對元器件的選擇目錄進(jìn)行動態(tài)理。這樣一來，就能夠不斷加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對于元器件可靠性的重視程度。最后重視元器件檢驗(yàn)以及篩選工作，從頭上避免不合格的元器件。通過嘗試元器件的極限應(yīng)力試驗(yàn)，來改善元器件的應(yīng)用可靠

性。在極限溫度以及機(jī)械應(yīng)力條件下，進(jìn)行元器件的試驗(yàn)以及分析，從而發(fā)現(xiàn)元器件的工藝、設(shè)計(jì)還有結(jié)構(gòu)方面的缺陷。為了確保元器件能夠滿足系統(tǒng)使用環(huán)境要求，需要提供直接數(shù)據(jù)的參考。

4 結(jié)束語

綜上所述，電子元器件是設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)中的基礎(chǔ)組成部分，其是否可靠對電子設(shè)備的整體運(yùn)行有直接影響，因此，在選擇電子元器件時(shí)，需要確保元器件自身的可靠性較強(qiáng)，并且可以滿足設(shè)備系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)要求，才可以保證設(shè)備穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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［6］徐延林，馬峰，黃能斌，等.電子工業(yè)靜電防護(hù)技術(shù)［M］.西安﹕陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2014﹕159-161.