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。
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。
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。
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