,本文将围绕电子元器件的降额应用和 “二次” 筛选展开详细探讨。
元器件的应用方法直接影响其实际可靠性。据相关资料和资深分析,电子元器件在应用中的失效,约一半与生产、制造有关,另一半则是由于使用、保管或传输不当导致的损伤失效。因此,保障电子元器件的正确使用已引起国内外的高度关注。本文将从降额应用和 “二次” 筛选两方面分享相关经验,为相关工作人员提供参考。
各种电子元器件都有其设计额定值,如电容器的耐压、电阻器的功率、半导体器件的电压和电流等。额定值是指元器件在一定环境温度和时间范围内,能承受的应力值。为确保可靠性,元器件在实际使用中应避免长时间处于额定状态,这就是降额使用。降额使用可提高元器件可靠性、延长使用寿命,并提升电子产品质量。
根据国家和行业标准,电子元器件的降额系数一般在 0.5 - 0.9 之间,具体取值需根据降额等级确定。部分元件,如继电器的某些参数降额系数可能需取 0.4 以下。在进行降额设计时,实际工作中可能会遇到以下问题。

在元器件选取过程中,由于经验不足或考虑不周全,可能会导致降额不足。降额标准中的降额因子通常是常温下的数值,对于特定高温条件下的器件,如钽电容器,还需考虑温度效应引起的降额。
例如,在一个末端为三端稳压器 W78M12 的电源输出电路中,前后的固钽滤波电容器 C1 和 C2 在降额要求上有所不同。有些设计者简单选取 25V 150μF 的电容器,认为降额足够。但在高温(70℃±2℃)测试时,C1 常出现击穿失效。经核算,考虑到三端稳压器的压差问题,输入电压提高到 18V 甚至近 20V,常温下降额系数为 0.8。然而,当环境温度为 70℃时,机内温度达 90℃以上,电解电容器的高温漏电流明显上升,耐压的温度降额不容忽视。若温度耐压降额取 0.8,此时电容器的实际降额系数为 1,处于危险使用状态。若再考虑电源整流的波形脉动因素,就容易导致 C1 滤波电容器击穿。将 C1 更换为 35V 100μF 后,高温试验时 C1 易失效的问题得到解决。
过度降额也不可取。过度降额会使实际使用应力远小于器件额定值,一方面增加器件体积和成本,给产品设计和结构带来困难;另一方面,对器件可靠性的提升作用有限,甚至可能产生负面影响。有认为,器件处于极低应力水平的 “休闲” 状态时,失效比率可能高于正常使用状态。
当元器件失效率高,无法满足高可靠性要求时,不应通过降额使用来补偿。低质量元器件即使大幅度降额,仍可能频繁失效,导致大量维修更换,尤其在航天、航空、航海、空间应用和军事应用等重要领域,可能造成灾难性后果。根据重要工程的电子元器件和破坏性物理分析(DPA)报道,不同质量等级的元器件 DPA 结果差异显著。国产国军标级器件的 DPA 不合格率约为 4.5%,而一般工业级器件高达 30% 以上。因此,选用合适质量等级的元器件至关重要。
对元器件进行筛选的目的是剔除因材料或工艺不完善而存在缺陷的早期失效产品。通常通过施加较大的温度、电、力学应力,加速有缺陷产品的淘汰,降低器件使用中的失效比率,提高批产品可靠性。但筛选只能挑选合格器件,不能提高其固有可靠性。若筛选条件失控、应力过度,反而会降低器件固有可靠性。
筛选工作一般在器件生产的特定阶段按顺序进行,顺序不能颠倒。例如,电应力筛选不能在机械、环境应力筛选之前进行,密封性检测不能在应力筛选前进行。
由于某些元器件的可靠性无法满足整机产品的要求,整机单位会进行 “二次” 筛选。部分整机单位为节省成本,采购低质量等级器件,试图通过 “二次” 筛选弥补可靠性不足。然而,许多人对 “二次” 筛选存在误解,简单地按标准重新筛选,导致出现诸多问题。以下是对这些问题的详细讨论。
各项应力筛选的顺序至关重要。即使 “二次” 筛选本身顺序合理,但与器件生产方的 “” 筛选综合考虑时,可能会出现不当或不合理的情况。例如,生产方通常将电热应力(老化)筛选安排在后面,以消除前面筛选项目产生的机械应力。若使用方进行温度循环应力筛选,可能会产生新的应力,破坏器件表面的保护膜。再进行检漏时,可能会出现假象和错判。实际上,对已进行过某项筛选的器件再次进行相同筛选,效果甚微,还可能产生负面影响。
许多使用方在进行 “二次” 筛选时,工装不完善,操作不熟练。在 “二次” 老化过程中,器件可能处于非控的寄生振荡状态,导致损伤或失效。部分器件还可能因插错等原因失效。若使用方认为生产方的筛选条件不够严酷,可与生产方协商,增加筛选应力,但应将筛选工作安排在生产方的生产过程中性完成。对于缺乏筛选方法和经验的大功率器件,使用方不宜贸然进行筛选,以免造成祸患。例如,国外对大功率器件的结温老化常采用流动的高温水蒸气使壳温保持恒定,缺乏此条件的使用方不可勉强进行。
“二次” 筛选并非简单重复,而是针对生产方筛选的不足进行补充和完善。例如,可根据特殊要求提高器件的高温性能检测温度,或与生产方协商延长老化时间。对于有参数对称性或一致性要求的器件,可安排相关检测工作。总之,“二次” 筛选不能盲目进行,否则可能适得其反。
选用较低质量等级的元器件并套用高标准加严筛选时,需注意以下事项:
- 器件的材料和结构能否承受筛选应力或试验条件。
- 筛选后失效器件数大幅超过允许的不合格品率(PDA)时的处理方法。
- 筛选后的合格器件是否受到筛选强应力的潜在损伤。
过度的筛选条件若未充分考虑元器件结构,可能会带来不良后果。部分用户按指定条件进行 “二次” 筛选后,原本无质量问题的元器件反而出现大量问题。筛选方法和试验条件应与器件生产制造的技术规范相配套,使用方在不了解生产工艺技术规范的情况下,增加应力筛选环节前应先与生产方沟通,以确保筛选能提高可靠性。