電子元器件的可靠性(第二章:如何推算元器件的壽命?)

2012/4/27
应用

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在第一章中,通過可靠性和對故障的基本思考,就實際執行的各項可靠性的試驗方法進行了說明。
本次,將以多層陶瓷電容器為例,針對預估電子元器件耐用年數的加速試驗,進行說明。

電子元器件在被用於組裝成各類電子設備而實際應用於市場時,需要面對外部各種應激反應。例如,電子設備掉落時引起的物理應變,冷熱溫差引起的熱應變,通電時的電應變等。以這些外部應變為誘因,在產品使用時,有電子元器件發生故障的案例。因此,本公司從各電子元器件的設計階段開始,研究外部應變與故障發生的機理,並反饋至電子元器件的可靠性設計中。同時,通過把握外部應變的強度與故障發生的時間•概率之間的關系,確立"外部應變與故障發生的加速模型",以便在更短的試驗時間內可對電子元器件的耐用年數進行評價。

作為加速模型的具體案例,針對多層陶瓷電容器的耐用年數的溫度•電壓加速性進行說明。一般情況下,多層陶瓷電容器由電絕緣體(電介質)構成,對於連續通電,具有高度可靠性。

例如,安裝在汽車發動機附近的控制模塊,在使用時,周圍環境的溫度會隨之升高。
圖1所示即為在這樣的高溫環境下通電時,電容器使用的陶瓷材料內部狀態。
在陶瓷材料內部含量極少的原子等級的電荷缺陷會從+極(正極)向-極(負極)移動。

 

圖1(The figure is spread if you click)


以鈦酸鋇為代表的電陶瓷,在進行燒制工藝時,結晶構造內部包含了極少量的原子級缺陷(稱為氧空位),其可通過外部施加的電壓緩慢移動,不久便會累積在-極附近,最終可能會破壞陶瓷絕緣性。