我們介紹了可靠性和故障的基本概念以及工程中實際使用的各種可靠性測試方法。從這里開始,我們將以多層陶瓷電容器為例,討論為評估電子組件的使用壽命而進行的加速測試。
電子組件內置于許多不同種類的電子設備中。當在市場上實際使用時,它們會遭受各種外部壓力。例如,存在電子設備的物理應力下降,溫度差的熱應力以及設備通電時施加的電應力。這些類型的外部壓力成為可能會導致在使用嵌入電子產品的產品期間導致電子元件故障的因素。為了解決這個問題,我們從設計階段開始研究每種類型的電子元件的外部應力和故障發生的機制,并將結果用作電子元件可靠性設計的反饋。此外,為了給出具體的加速度模型示例,我將討論多層陶瓷電容器使用壽命中的溫度和電壓加速度方面。通常,多層陶瓷電容器由電絕緣體(電介質)制成,并且即使連續通電,也具有極高的可靠性。
例如,在使用過程中,安裝在汽車發動機室附近的控制模塊周圍的環境溫度變得非常高。 圖1顯示了在高溫環境下通電時,電容器所用陶瓷材料內部會發生什么。
陶瓷材料中微量的原子級電缺陷被認為從陽極(+)移至陰極(-)。
在鈦酸鋇和其他電陶瓷中,在焙燒過程中,微量原子級缺陷(稱為氧缺陷)被封裝在晶體結構中。當外部施加電壓時,它們會逐漸移位,并最終在陰極附近積聚,從而導致陶瓷擊穿。
因此,多層陶瓷電容器的使用壽命(壽命)取決于氧缺陷在陶瓷材料中的移動速度以及存在的缺陷數量。
因此,可以認為多層陶瓷電容器的使用壽命(壽命)取決于氧氣缺陷在陶瓷材料中的移動速度和存在的缺陷數量,并且已經建立了一個模型,該模型以產品使用過程中的環境溫度和施加電壓為參數。最常見的加速度模型使用Arrhenius理論,但以下經驗公式也可以用作估計的簡單方法。
根據此關系表達式,您可以在相對苛刻的條件(較高的溫度和較高的電壓)下進行加速測試,以估算在實際使用該產品的條件下的使用壽命。 讓我們考慮一下在多層陶瓷電容器上的加速測試與實際產品使用的估計條件之間的比較。為此,我們將使用上面的公式,將在電容器上進行加速測試的耐久性測試時間作為LA,并將在實際使用條件下在標準條件下的壽命作為LN。
在85oC施加20V電壓下進行的1000小時長時間耐力測試,估計在65oC施加5V電壓下相當于362039hrs(≒41年!)。這是大約165年!公式中使用的電壓加速度常數和溫度加速度常數隨陶瓷材料的類型和結構而變化。但是,我們可以根據相對較短的測試結果,使用加速模型來長期驗證某些使用條件下的使用壽命。
這是使用多層陶瓷電容器的示例,但是常用電子組件的類型和估計的使用條件差異很大。因此,重要的是要建立與影響每種電子元件類型的應力有關的加速度模型。 |