电子元器件的降额应用和“二次”筛选

电子元器件的降额应用和“二次”筛选
李志鑫 西安微电子技术研究所（西安710054）
1前言
元器件的应用就是指元器件使用的方法。除了要求元器件本身具有相应等级的固有可靠性外，使用是否合理，即使用的方法也直接影响其实际（或现场）可靠性。
　　据有关资料和资深专家分析，应用中所发生的电子元器件的失效，一半与元器件生产、制造有关，而近乎另一半则是由于使用不当或保管、传输不当所引起的损伤失效。如此大的损伤（或叫人为失效），引起国内外有关人士的高度重视，已着手探讨消除的办法，以保证电子元器件的正确使用。由于这方面的问题牵涉面广，在此不可能一一进行讨论。本文只从降额应用和“二次”筛选等几个方面浅谈一些体会和经验，希望能对从事相关工作的人员有所帮助和借鉴。
2元器件的降额应用
各种元器件都有其设计的额定值。譬如，电容器的耐压，电阻器的功率，半导体器件的电压、电流等等。所谓额定值是指元器件设计上所允许承受的最大应力值，一般是指在一定的环境温度下和一定的时间范围内，器件能承受该应力而不致失效的能力。器件在实际使用中，为了“保险”，不应较长时间处在额定状态，而应视其应用场合的重要性或关键性“远离”这种状态，这就是降额使用。降额使用可使元器件的可靠性增长，延长器件的寿命，并使电子产品质量受益。
根据国家和行业有关标准，电子元器件的降额系数一般可在0.5～0.9之间,按照要求的降额等级来选取.有的元件,如继电器的某些参数的降额系数甚至要取0.4以下甚至更小。
在对电子产品所用元器件进行降额设计时，实际工作中可能遇到如下问题，有必要作以讨论。
2.1降额不足
由于在元器件的选取上往往存在一定困难，经验不足的设计人员有时做出不周全的考虑。应该指出，有关降额标准上给出的降额因子只是常温应用下的数值，对于处于特定高温条件下的某些器件，如钽电容器等,则还应考虑其因温度效应而引起的降额。
例如，对一个如下图所示、末端为三端稳压器W78M12的电源输出，对其前后所加的固钽滤波电容器C1和C2，在降额要求上就有些不同。粗心的设计者，简单地选取25V150μF，认为降额足够，不会发生问题。实际情况是，当产品进行高温（70℃±2℃）测试时，常常发生C1击穿失效。仔细核算发现，C1位置所用25V耐压的电解电容器其降额使用存在问题。
因为考虑到三端稳压器的压差问题，设计者将输入电压提高到18V（实际甚或达到了近20V），其常温下的降额系数为：
n=20V（使用值）/25V（额定值）=0.8
但实测环境温度为70℃时，其机内温度已达90℃以上，此时，电解电容器的高温漏电流便会明显上升，其耐压的温度降额已不容忽视。如果温度耐压降额也取0.8，则：
U′额定=25×0.8=20(V)
此时该电容器的实际降额系数为：
n′=20/20=1
这便是一种危险的使用状态。还没有考虑电源整流的波形脉动因素，如果加进波动和其它杂波尖峰，就势必引起C1位置滤波电容器的击穿。
认识到上述情况后，将C1电容器更换为35V
100μF，高温试验时，C1易失效的现象便消失了。
2.1降额过大
使用中不加计算的过度降额也不可取。过度降额，即实际使用的应力条件大大小于器件的额定值。这一方面增大了器件的体积和成本，给产品设计、结构带来困难，另一方面对器件的可靠性提高也是很有限的。甚至有专家认为，过度降额，使器件处于甚低的应力水平，近似“休闲”状态，反而可能带来负面影响。实际上，处于非工作状态下的器件，有时反比正常使用状态下的器件有着较高的失效比率。