電子元器件的可靠性分析

張 宇

（黑龍江職業(yè)學(xué)院（黑龍江省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院），黑龍江 哈爾濱 150070）

在實(shí)施一類設(shè)備電路系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，所有的電子元器件通過相互連接來構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，確保電路可以穩(wěn)定工作，保證其構(gòu)成的電子裝置和設(shè)備能夠正常地發(fā)揮其功能。運(yùn)行過程的可靠程度屬于所有電子元器件裝置工作的關(guān)鍵以及基礎(chǔ)。對(duì)電路的整體系統(tǒng)來講，假如其中某個(gè)電子元器件無法正常發(fā)揮其功能，這時(shí)就會(huì)造成系統(tǒng)全面處于癱瘓的狀態(tài)。因此相關(guān)電路系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)人員需要對(duì)于電子元器件工作過程的可靠性指標(biāo)予以高度的重視，隨后借助科學(xué)合理的選擇及設(shè)計(jì)過程，提升電子元器件使用過程中的可靠性和穩(wěn)定性，確保電路系統(tǒng)的整體功能得到正常發(fā)揮，有益于電子系統(tǒng)整體的穩(wěn)定和工作的安全。

1 電子元器件單元簡述

通常電子系統(tǒng)的元器件單元總體上能夠分成電子元件以及電子器件這兩大類范疇，電子器件通常指的是由半導(dǎo)體相關(guān)材料制造出來的基礎(chǔ)型的電子相關(guān)元件單元（比如二極管、晶體管和各種規(guī)模的集成電路系統(tǒng)等）。此類元件可以劃分成無源的器件（比如二極管裝置）、有源的器件（例如晶體管和集成電路系統(tǒng)等）這兩大種類。無源類型的器件只需通過輸入信號(hào)提供的電能來進(jìn)行相應(yīng)的工作，無需外加電源來給相應(yīng)的器件提供電能；有源類型的器件則需要有專門為其提供相應(yīng)電能的電源裝置才可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。伴隨著當(dāng)今時(shí)代電子領(lǐng)域的新技術(shù)與新工藝的持續(xù)進(jìn)步，一些電子元件和電子器件之間的區(qū)別已經(jīng)很難來進(jìn)行劃分，而且很多現(xiàn)代化的電子元器件已經(jīng)不再是單純的硬件設(shè)備系統(tǒng)了，比如單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)是一類基于相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的硬件芯片單元。二極管如圖1所示。

圖1 二極管

2 電子元器件發(fā)生失效情況的主要原因

2.1 設(shè)計(jì)缺陷方面的原因

2.1.1 元器件單元的等級(jí)選取不合適

如果電路在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中沒能充分分析元器件單元在實(shí)際工作中的狀態(tài)；或者由于成本方面的制約，在元器件定型的過程中采用了低等級(jí)的產(chǎn)品，這樣的產(chǎn)品在相對(duì)惡劣的使用環(huán)境下非常容易造成元器件出現(xiàn)失效的情況。

2.1.2 元器件的相關(guān)參數(shù)選取不適當(dāng)

如果電路在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中沒有根據(jù)電路實(shí)際情況來選取元器件。比如采用電容來進(jìn)行電源的濾波操作，某些設(shè)計(jì)人員錯(cuò)誤地認(rèn)為電容元器件的耐壓值小于等于電源的電壓就能滿足系統(tǒng)的需要。集成電路如圖2所示。

圖2 集成電路

2.2 元器件本身品質(zhì)方面的缺陷

（1）元器件的供應(yīng)商缺少相應(yīng)的生產(chǎn)資質(zhì)，在生產(chǎn)相關(guān)元器件的過程中，品質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

（2）元器件的供應(yīng)商在相關(guān)產(chǎn)品加工制造的時(shí)候有關(guān)品質(zhì)把控環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，造成相應(yīng)的電子元器件產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

2.3 產(chǎn)品制程中的相關(guān)問題

2.3.1 投入使用前沒能針對(duì)元器件實(shí)施適當(dāng)?shù)念A(yù)處理操作

某些電子元器件在實(shí)際投入應(yīng)用前必須實(shí)施相關(guān)的預(yù)處理操作，隨后才可以完全投入實(shí)際使用過程，很多相關(guān)設(shè)計(jì)人員會(huì)忽視該步驟。

2.3.2 安裝過程問題出現(xiàn)的元器件損傷

電子元器件單元在其安裝過程中，有可能伴隨應(yīng)力的產(chǎn)生。為此如果安裝的過程中操作方式不合理，伴隨出現(xiàn)的各類應(yīng)力就可能對(duì)相應(yīng)的電子元器件帶來不必要的損傷。安裝的時(shí)候也有可能給元器件單元帶來碰撞方面的損傷，因此選取科學(xué)合理的安裝方法對(duì)于電子元件使用過程的可靠性非常重要。

2.4 存放環(huán)境的因素

用于電子元器件產(chǎn)品存放的場(chǎng)所不符合相關(guān)的要求和規(guī)定，例如溫度、濕度等指標(biāo)不適宜長期存放電子元器件。

2.5 運(yùn)輸過程的因素

在電子元器件產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)耐局校鄙龠m當(dāng)?shù)姆雷o(hù)方法，導(dǎo)致其在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)碰撞情況，甚至造成損壞。

2.6 電應(yīng)力方面的因素

主要問題即為元器件的接觸不良、帶電插拔、靜電產(chǎn)生等因素。多數(shù)電路系統(tǒng)中的相關(guān)保護(hù)方式均為接零，也就是說連接地線與零線，這樣就能符合其實(shí)際運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。不過針對(duì)電子元器件來講，電路系統(tǒng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中進(jìn)行安裝測(cè)試的情況下，需要實(shí)施接地保護(hù)操作，也就是將零線與地線分離。不過在實(shí)際的執(zhí)行過程中，某些操作人員沒有重視相關(guān)問題，使得該電子元器件發(fā)生失效的情況。晶體管如圖3所示。

圖3 晶體管

3 電子元器件實(shí)際應(yīng)用可靠程度提升的辦法

3.1 科學(xué)選取及應(yīng)用相關(guān)的電子元器件

3.1.1 產(chǎn)品封裝模式的選取

基于相關(guān)元器件使用條件來科學(xué)選取電子元器件單元的封裝模式。例如金屬封裝、陶瓷封裝或者塑料封裝等模式。

3.1.2 產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)的合理選取

電子元器件在選型時(shí)需要仔細(xì)查閱相應(yīng)的元器件使用手冊(cè)，各種元器件名字以及表面的字母都體現(xiàn)了其相應(yīng)的含義，能夠概括出相應(yīng)元器件的基本特征和功能，還可能標(biāo)注了其使用的條件與品質(zhì)等級(jí)等層面的信息。因此設(shè)計(jì)人員必須對(duì)相應(yīng)的元件質(zhì)量及命名含義做到清晰的認(rèn)知，熟練識(shí)別相應(yīng)的品質(zhì)標(biāo)識(shí)，盡量選取具有一定生產(chǎn)能力的廠家提供的產(chǎn)品。

3.2 電子元器件工作負(fù)荷的研究

3.2.1 電子元器件的降額設(shè)計(jì)研究

在通常狀況下，電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電子元器件在持續(xù)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)下極易降低最大安全使用壽命。基于此，為了能夠最大限度地發(fā)揮電子元器件的全部功能，電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在電子元器件正常使用過程中，需要針對(duì)電子器件自身進(jìn)行降額，最大限度地降低負(fù)荷。在電子元器件選用的過程中，必須參照電子器件使用說明書中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行合理選擇。電容如圖4所示。

圖4 電容

3.2.2 電子元器件的抗震設(shè)計(jì)研究

電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在進(jìn)行電子元器件的選擇過程中，首先需要考慮的就是電子元器件抗震能力。因?yàn)橥ǔ顩r下在電子元器件的運(yùn)輸過程中有可能出現(xiàn)振動(dòng)，因此電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員需要完全避免或者最大限度地降低振動(dòng)環(huán)境條件對(duì)于電子元器件影響的各種解決方案，進(jìn)而確保電子元器件在正常工作中的重要性能，比如把小線圈用膠水固定等措施。

3.3 特殊種類電子電路的保護(hù)研究

電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在有關(guān)電子電路的選擇層面上，完全能夠使用集成電子電路將傳統(tǒng)的獨(dú)立電子元器件進(jìn)行替換，但是前提條件是必須最大限度地確保整個(gè)電子電路的基本功能可以正常實(shí)現(xiàn)。但是在特殊電子電路集成系統(tǒng)中及電子元器件成本非常高的高端電子電路系統(tǒng)中，電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須基于具體情況以及相關(guān)行業(yè)法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做好各種保護(hù)措施，尤其是針對(duì)極易發(fā)熱的電子元器件，必須做好散熱處理，才能夠不影響正常功能的使用。

3.4 電子元器件的安裝方法

電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在確定選擇使用哪種安裝方式的過程中，首先必須重點(diǎn)關(guān)注的是該方法能否合理且行之有效。比如：電子電路板的安裝、電子元器件的外形尺寸大小等，這些不確定因素均有可能會(huì)影響到電子元器件的正常使用，因此電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須高度關(guān)注并且需要完全防止此類安全隱患的出現(xiàn)，確保電子元器件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，安裝工作必須基于正確步驟進(jìn)行，不能影響電子元器件的正常使用，最大限度地提升電子元器件的工作效率。

3.5 電子元器件的檢測(cè)方法與篩選方法研究

3.5.1 電子元器件的常規(guī)檢測(cè)方法

電子元器件在批量投入使用以前，電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須針對(duì)其小批量生產(chǎn)進(jìn)行全方位的檢測(cè)及挑選，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。盡管電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在通常狀況下都是經(jīng)過合理設(shè)計(jì)及科學(xué)檢測(cè)工作安裝以后，在最大限度地確保這些基本技術(shù)要求的前提條件下，電子元器件還是非常有可能因?yàn)樽陨砥焚|(zhì)不合格導(dǎo)致發(fā)生各種安全隱患。在通常條件下電子元器件的檢測(cè)內(nèi)容指的是針對(duì)各種類型電子性能重要參數(shù)信息及各種主要功能的全面檢測(cè)，檢測(cè)方法電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在一般情況下都會(huì)參照電子元器件的參數(shù)配置表及其生產(chǎn)廠家的技術(shù)要求進(jìn)行檢測(cè)。

3.5.2 電子元器件的合理選擇

電子元器件的合理選擇在通常狀況下指的是電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員針對(duì)電子元器件施加各種不同數(shù)值的載荷，進(jìn)而確保具有質(zhì)量缺陷的電子元器件能夠完全暴露其缺陷并且將這種殘次品進(jìn)行剔除處理。在通常狀況下電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員經(jīng)常使用的篩選措施有溫度篩選法及老化篩選法等。

3.6 對(duì)于電子元器件的全生命周期生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督及管理

在一般情況下電子元器件產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)于整個(gè)電子電路控制系統(tǒng)具有決定性影響，因此在通常狀況下電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須針對(duì)電子元器件的整個(gè)全生命周期生產(chǎn)進(jìn)程持續(xù)實(shí)施質(zhì)量監(jiān)控，必須最大限度地降低質(zhì)量不合格產(chǎn)品的出廠率。電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員可以應(yīng)用下述兩種解決方案進(jìn)行供應(yīng)商的管控。

3.6.1 供應(yīng)商管控

電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須針對(duì)電子元器件的供應(yīng)商實(shí)施全方位的認(rèn)證與分類管控，必須具有“CCC”中國強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證并且完全符合相關(guān)行業(yè)法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的制造廠商才能夠允許作為電子元器件的合格供應(yīng)商。

3.6.2 供應(yīng)商選擇

電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須針對(duì)同一類型電子元器件進(jìn)行多個(gè)供應(yīng)商的合理選擇，根據(jù)相關(guān)法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員必須選擇品質(zhì)優(yōu)良的電子元器件進(jìn)行批量采購，這種操作能夠?yàn)楦鱾€(gè)品牌的供應(yīng)商之間形成良性競(jìng)爭意識(shí)，進(jìn)而最大限度地提升電子元器件的品質(zhì)及合格率。

4 結(jié)束語

綜上所述，在通常狀況下電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)電路設(shè)備系統(tǒng)的過程中，電子元器件作為整個(gè)電子電路集成系統(tǒng)最為關(guān)鍵的零部件，其使用可靠性對(duì)于整個(gè)電子電路集成系統(tǒng)是否能夠長期安全穩(wěn)定工作、以及是否能夠發(fā)揮其最大額定工作效率具有非常大的影響。基于此，電子元器件相關(guān)工程技術(shù)人員在使用電子元器件的過程中，首先就需要清楚掌握該零件的安全可靠性，保證其完全符合有關(guān)裝置及其電子集成系統(tǒng)使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而最大限度地確保整個(gè)電子電路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。