仪器与系统可靠性 教学课件 作者 康瑞清 06.pptx

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1、第6章电子系统的可靠性1第6章电子系统的可靠性6.1电子元器件的可靠性6.2不同元器件的失效机理26.3元器件的正确使用6.4潜在电路分析6.5降额设计6.6可靠的电路设计6.7电路的容差分析6.8热设计36.1电子元器件的可靠性应力的大小和变化对电子元器件的可靠性产生的影响：1、电流电流会引起导体升温，导体内的热量主要通过传导和对流传到其他元器件和绝缘体材料中，可能导致热损伤；大电流也可能引起元器件参数值的时间漂移，高温环境会加剧其时间漂移。如果有震荡，电流还会产生噪声和机电振动。46.1电子元器件的可靠性2、电压电压应力由不同电位之

2、间材料的电介质强度承受，例：电容器极板之间的电介质材料和导体之间的绝缘。电位差使导体和元器件内产生电流，若电流的载流容量不足，导体或元器件会失效，所以电压应力的失效机理仍是电流。高压电平引起的因素包括由聚集在衣物或工具上的电荷引起的静电放电；未整流的电源，电路故障等超限应力也会对系统产生影响。56.1电子元器件的可靠性3、温度大多数电子元器件能够在超过其数据手册上列出的温度值条件下使用。低温限制一般为-20~-60℃，超过这个限制，电子元器件的电气特性参数可能会改变，从而导致元器件失效。一般情况下这些失效是可逆的，如果温度升高到低温限制

3、以内，其功能可以恢复。与高温下长时间工作相比，重复的温度变化带来的损伤更大，例如功率管和处理器等元器件会发生内部导线接头和散热装置附件的疲劳损伤。6.2.1电阻66.2.2电容6.2不同元器件的失效机理6.2.3电感6.2.4继电器6.2.5半导体器件6.2.6集成电路76.2.1电阻一个电阻失效后常常会导致一个电路开路，或者高阻状态；制造缺陷和静电放电有时也会导致电阻失效；电阻有时不是引起一个电路开路，而是电阻参数的改变。86.2.2电容电容的失效通常使电路开路，除了在某些情况下，电解电容失效后产生电路短路。电容在较长时间内没有施加电

4、压，也会引起电路短路。9电感失效大多数是由于过电流应力引起的。大电流可能会引起导体发热，结果使绝缘损坏并导致失效。此外，当变化较大的电流通过电感时，电感的设计者应选择适当的绝缘和导电材料。6.2.3电感10机电类型的继电器长时间的使用会产生一个金属触点，当大电流或电压或任何其他参数超过电路限度时，该触点用于断开电路。这类继电器的主要失效原因是由于接触失效，继电器承受大功率，产生大量热能造成的。除此之外，由于继电器是一个机械元件，如果处理不当也可能产生机械故障。6.2.4继电器116.2.5半导体器件半导体器件如二极管，晶体管，场效应管，

5、太阳能电池等都有PN结。半导体器件的一种重要的失效机制是硅由于扩散，沉淀或光的影响而发生错位。12硅芯片中的制造缺陷是这类器件失效的主要原因。除了这个原因，集成电路遇到静电放电，电迁移和天线的影响也很容易失效。静电放电会引起金属熔化和相连的电线熔化，通常造成开路。6.2.6集成电路13不同电子元器件的故障模式6.2不同元器件的失效机理元器件类型故障原因故障模式概率电阻：固定电阻高电流/电压应力开路参数改变短路0.310.660.03电容：电解电容钽电容陶瓷电容高电压应力反极性连接温度引起的电容量改变在模拟信号中失真开路短路过量泄漏参数改

6、变0.350.530.10.02半导体器件：二极管高电流应力高反向电压短路开路反向电流过高0.10.20.76.3元器件的正确使用6.3.1分立半导体器件的使用146.3.2固定电阻和电位器6.3.3电容器的选用6.3.4集成芯片的选择156.3.1分立半导体器件的使用从电应力、工作频率、型号互换等方面考虑。其中电应力主要包括电压应力和电流应力：电压应力：所加的电压大于半导体器件的极限电压值时，将会出现瞬时击穿或永久性击穿，前者引起元器件电参数的变化，后者会使元器件产生突发性失效；电流应力：在温度和电流的综合作用下，器件内温度可能会超过

7、其极限而导致器件失效；工作频率：考虑上限频率的影响，工作频率超过该极限，则器件的性能将下降甚至失效。166.3.2固定电阻和电位器1、阻值的稳定性电阻的阻值会因其材料的“老化”而变化，这是一个缓变的过程。电阻值更经常地受到温度的影响，因此在精密电路中，电阻的温度漂移系数是个重要指标。2、工作频率当电阻工作在高频时，其工作参数受分布电容、趋肤效应、介质损耗及引线电感等因素影响而变化。176.3.2固定电阻和电位器3、功率负荷当电阻承受的功率超过其额定值时，电阻值将因温度升高而产生误差或导致电阻失效。4、噪声在常见的电阻器件中，碳膜、金属膜

8、和精密合金箔电阻的性能依次递增；线绕电阻温度稳定性最好，常用于精密测量仪器中。186.3.3电容器的选用1、频率范围电容器存在一个固有的谐振频率。为保证其容抗特性，必须使工作频率小于该谐振频率；另外，介质的