元器件的失效规律及失效水平

三、元器件的失效规律及失效水平

了解元器件的失效规律和实际失效水平，可以帮助我们采取措施，控制失效的发生，提高元器件及产品的可靠性水平。电子元器件按失效的规律可分为普通元器件和半导体器件二类。

1．普通元器件的失效规律

普通元器件指电阻、电容、继电器等元器件。在大量使用后，发现它们的失效规律如图2－6所示。该曲线形状像一条船或一个浴盆，所以也称为船形曲线或浴盆曲线。该曲线可明显分为三个阶段。

图2－6　普通元器件失效规律

1－早期失效阶段　2－偶然失效阶段　3－耗损失效阶段

(1)早期失效阶段。该阶段失效特点是失效率较高，但随着元器件工作时间的增加，失效率迅速降低。主要是由于设计、制造上的明显缺陷所引起的，如用了不合格的原材料，装配中的明显错误，所以一旦使用，问题马上表现出来，去掉这些元器件后，失效率马上降下来了。采取的措施主要是通过对原材料和生产工艺加强检验和质量控制，可以大大减少早期失效率。在出厂前对元器件进行筛选、老炼工艺，剔除失效元器件，使出厂的元器件保持在较低的失效率水平。

(2)偶然失效阶段。经过早期失效阶段后，元器件的失效率迅速降低，并且基本稳定下来，即此时的失效率λ(t)为常数。质量不合格的元器件在第一阶段已剔除;元器件在这一阶段发生失效的主要原因是一些意外的、偶然因素造成的，如受到了机械撞击而造成的元器件破损，电压突然升高造成的元器件烧毁。元器件都使用在这一阶段，所以该阶段也称为使用寿命期。如何避免偶然因素的发生以减少失效，如何延长该阶段的时间以延长寿命，都是这一阶段需要研究的问题。

(3)耗损失效阶段。这一阶段失效率的特点是元器件失效迅速上升。其原因是元器件已超过其使用寿命，由于机械磨损，材料的老化、氧化等，所以故障随时可能发生，失效迅速上升。该阶段的产品应作报废处理，以免造成重大的人身、经济损失。

2．半导体器件的失效规律

如图2－7所示，它只有早期失效阶段和偶然失效阶段，没有耗损失效阶段。这是因为半导体器件不存在材料的老化、氧化及应力破坏等因素。

图2－7　半导体器件失效规律

1－早期失效阶段　2－偶然失效

3．元器件的失效水平

了解国内外元器件的失效率水平，对电子设备的可靠性设计是很重要的。它可以帮助设计者选用何种元器件。

表2－2为国外元器件的失效率水平。表2－3为国内某300路载波电缆通信设备用的无人增音机中的元器件失效率水平，可供设计时参考。

从表2－3可以看出，薄膜电容器、纸介、瓷介电容器的失效率为2fit和5fit，即100万个元器件中工作1 000小时后出现2个或5个失效元器件。这样高的失效率分配要求标志着我国高的元器件水平。

表2－2　元器件实际失效率

表2－3　无人增音机元器件失效率