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电子设备可靠性工程课程报告班级：011051学号：01105024姓名：胡超武试论电子元器件失效与可靠性分析摘要：随着社会的进步和科学技术的发展，使得人们对电子设备、电子器件的可靠性要求越来越高。本文就电子元器件的可靠性，包括电子元器件在不同条件下的不同特征，元件失效的规律，发生故障的概率等做了简单的论述。电子元器件的定义和内涵是随着信息技术的发展而发生变化的。在美国《航天器和运载器用电子元件、材料和工艺》中，将电子元器件定义为：在本标准中‘电子’使用是广义的，包括电气、电磁、机电和光电元器件。这些元器件与电子组成如计算机、电源、导航仪有关。电子元器件也包括连接器。在欧洲《ESA空间系统的元器件选择、采购和控制》中将元器件定义为：完成某一电子、电气或机电功能，并由一个或多个部分构成且一般不会破坏的某个装置。我国将上述元器件一直通称为电子元器件。本文就以电子元器件失效与可靠性做一个简单的阐述和讨论。引言：可靠性技术基于两个重要的理论基础：失效物理和概率统计，同时，它产生了两个重要的应用领域，即系统可靠性和元器件可靠性。在元器件可靠性领域又进一步可分为元器件固有可靠性和使用可靠性。前者主要研究元器件的设计和制造过程中的可靠性，后者侧重研究在电子系统研制过程中如何选好、买好、用好和管好元器件，防止、控制引入过应力而损坏可靠元器件和接收、使用可靠性不能满足要求得元器件。根据电子行业界分析，60%以上的生产故障是由于元器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的。国内外地有关资料表明：在电子元器件的失效中，由于选择或使用不当等人为因素导致失效的比列高达失效数的50%以上。所以在使用电子元器件之前，对电子元器件有针对性的选择和管理，将会大大地提高产品的可靠性。一、元器件的失效失效是元器件不能完成规定任务的一种状况，即在元器件执行任务过程中功能终止或性能参数超出容许的权限。正是因为存在元器件失效，人们提出和发展了可靠性技术。可靠性技术就是研究失效发生、发展的规律及纠正、控制和预防的一整套办法。1.失效模式失效模式是失效的一种表现形式，如开路、短路、时好时坏、参数超出极限等等。不同元器件失效模式不尽相同。一种元器件往往有多种失效模式，每种失效模式出现的概率是不同的。了解各种元器件失效及其分布对正确使用元器件很重要：以开路为主要失效模式的元器件，不宜串联使用；以短路为主要失效模式的元器件，不宜并联使用；以参数漂移为主要失效模式的元器件应采取必要的补偿或控制措施。2.失效原因从应力与强度关系看可分为两大类：第一类是元器件存在本质缺陷，强度太低，在正确工作应力下失效，叫固有失效或责任失效；第二类是使用中引入过应力导致的元器件失效，叫使用失效或从属失效。引起电子元器件失效的原因也可分为内因和外因。外因就是存储、运输和工作过程中的环境条件。包括气候环境条件、机械环境条件系统连接条件和人为因素等。内因的隐患多种多样，如设计上的缺陷，焊点不牢，密封不严等。这些来自设计、制造或元器件质量因素等方面的缺陷，在一定的外因作用下就出现了故障。从而导致器件不能正常工作。元器件固有失效按其性质和原因又可分为系统性和偶然性的。系统性的失效是在设计或制造或试验过程中控制不良引入某种固有缺陷所致。而偶然失效则是随机的，没有一个主导失效原因在起作用，是设计、制造水平决定的。使用中过应力失效往往是由于选择不当，或应用不合理或操作失误所致。元器件在工作过程中遇到的电、热、机械、辐照、粒子等单项或综合应力超出了元器件所能承受的程度，就失效。3.失效后果元器件失效后果的严重程度取决于元器件在系统中的地位和作用。按照失效对系统的最终影响可分为灾难性的、关键的、严重的和一般的。4.失效的规律通过大量观测和数据的统计分析，把保险界用于寿命预测的“浴盘曲线”作为元器件失效分布规律，研究分析元器件的失效时期。元器件失效率的高低是与它工作经历的时间相关，大体可分为早期失效期、偶然失效期、三个时期、耗损失效期。二、元器件可靠性增长工程通过实践和系统总结元器件可靠性工作经验与教训，加深对元器件问题和重要性的认识。首先，电子元器件在新产品中使用量越来越多，担负的任务越来越重要。元器件虽小，作用和影响却巨大，必须引起重视，把元器件作为型号的一个重要组成部分去抓，而且要坚持不断地抓。其次，新产品研制、装备周期太长，而电子元器件更新换代在型号方案论证时选择的元器件到型号定型时就已经该淘汰了。这给设计选用提出了新课题，既要继承成熟技术，选用标准元器件，又要不断采用新技术，淘汰陈旧过时的元器件，在新方案论证时就要考虑定型后改进和替代品问题。第三、诸如选用品种多、用量少与供应商要上规模、增效益之间的矛盾日益突出，设计余量小与元器件参数散布大之间的矛盾，以及元器件可靠性上水平与我国工业基础薄弱，材料、工艺水平不高的现状之间的矛盾等等都是亟待解决而又一时难以解决的问题。解决元器件问题要各方面协同作战，把军用元器件研制费、技术改造费、用户采购费和生产单位产品开发、改进费用捆绑起来使用，从提高元器件固有可靠性和使用可靠性两个方面努力，以重点工程需求为牵引，实施元器件可靠性增长工程。从系统的角度出发，应建立一个高可靠性元器件的“公用平台”。这个“公用平台”搞好了，就可以提高国产元器件可靠性人手带动元器件国产化和新品研制问题。实行联合领导、多方筹措、统一策划、集中管理，充分利用已有成果，充分发挥已有专业机构的作用。做到有限目标，重点，数据说话，科学决策。从而使元器件的可靠性增强。三、改进使用可靠性1.加强设计师的责任随着元器件固有可靠性的提高和新型元器件的不断采用，使用可靠性问题日益突出—对设计师的要求也越来越高，责任越来越重。1）必须了解元器件。设计师应对选用的元器件特性、结构、质量等级、常见的失效模式、能承受的各种极限应力、使用中应注意的问题和必须的防护措施都应清楚地了解。2)必须了解使用环境。对应用情况应了如指掌，诸如元器件在使用中可能遇到的机电、热和辐射环境，环境应力水平，环境应力在设备中的传递关系，持续时间，各种因素对元器件可靠性的影响等。3)必须了解元器件与系统的关系。在了解对系统提出的可靠性要求时，应通过功能分析、失效模式分析，深刻揭示元器件在系统中的地位、作用和失效后果。4)必须了解有关元器件的标准规范。如元器件总规范、产品详细规范、测试筛选方法、应用指南、降额准则、防护措施等。5)必须了解元器件寿命周期费用。2.在选好、用好上下功夫1)在方案论证阶段，就把元器件的选择作为一个重要问题进行分析论证，确定好系列、品种、质量等级和供应单位，并经评审确认。2)在初步设计阶段厂要进行应力二强度分拆和失效模式分析，并进行严格评审。3)在工程研制阶段，要进行瞬态分析、容差分析和微环境分析，并进行线路仿真，以确定极限状态。3.不断提高元器件可靠性保证水平。要制定一整套元器件要求，包括制定选用目录、超目录审批程序、采购规范、验收和补充筛选方法、设计选用评审办法、失效元器件分析，以及数据系统的建立要求等。小结与展望：目前，我国电子元器件制造业既面临着发展机遇，又面临着严峻挑战，必须对发展战略做出及时调整。世界电子信息产业发展迅速，产业价值链延长，发达国家的产业转型及将部分生产环节转移到发展中国家，为我国电子元器件制造业提供了重要发展契机而随着世界市场竞争日益激烈，外部冲击的增加，又对我国电子元器件制造业发展形成巨大的压力。我国社会经济的快速发展，为电子信息产业及电子元器件制造业发展创造了有利的需求环境。一方面，我国电子产品市场并没有饱和，尤其农村地区电子信息化普及率仍比较低另一方面，随着我国进入全面建设小康社会历史时期，人们消费水平进入新的升级阶段，社会对电子信息产品需求将大幅度增长，将有力地促进电子信息产业发展，而电子元器件制造业的发展也前景广阔。《信息产业科技发展“十一五”规划和2020年中长期规划纲要》对我国电子元器件的发展提出了明确的发展目标。《纲要》中第一次提出了核心基础产业的概念。核心基础产业包括软件、集成电路、关键元器件、工艺装备和基础材料等。纲要明确提出未来5-10年内包括新兴元器件技术在内的15个领域为信息产业的重点发展技术。2011年上半年，国务院出台了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发4号文），延续了国发18文的政策同时，在财税方面的支持力度还有所加强，集成电路企业发展信心大幅提升。除此之外，国家相关部门还出台了促进出口结构调整、鼓励引进先进技术和设备、加强共性技术研发等措施，以提升行业整体技术水平、提高产品出口档次、改善产品出口结构。预计2011年中国半导体市场规模约800亿美元，年增率约17%，中国消费电子市场2011年销售收入将达178亿美元，比2010年增长16.3%，预计2015年车用元器件价值将增加一倍。参考文献【1】《军用元器件使用质量保证指南》余振醒主编，航空工业出版社，2003年出版。【2】MIL盯D一1547《航天器与运载器用电子元器件、材料和工艺》是美国空军为获取高可靠性“宇航质量”的电子元器件、实现航天设备和运载设备的长寿命及高可靠性而对航天器和运载器用电子元器件、材料和工艺规定的基本要求。【3】可靠性试验刘明治北京电子工业出版社2004【4】电子元器件可靠性试验工程罗雯魏建中北京电子工业出版社2005