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電子元件的可靠性與可靠性試驗

發(fā)布時間: 2020-04-13  點擊次數(shù): 1417次

高低溫濕熱試驗箱技術規(guī)格:

SEH-190 CE表示低溫度0℃ / CR表示低-20℃ / CL表示低-40℃ / CS表示低-70℃

型號

SEH-190

SEH-330

SEH-600

SEH-100

SEH-1500

工作室尺寸

(W x D x H cm)

58×45×75

58×76×75

80×80×95

100×100×100

110×147×95

外箱尺寸

(W x D x H cm)

87×155×180

87×185×180

109×196×199

139×215×199

139×268×199

溫度范圍

0℃/-20℃/-40℃/-70℃~+100℃/+150℃/+180℃

溫度均勻度

≤2℃

溫度偏差

±2℃

溫度波動度

≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示

升降溫速率

升溫3℃/min,降溫 1℃/min

濕度范圍

10~98%RH

濕度偏差

±3%(>75%RH), ±5%(≤75%R上)

溫度控制器

雙通道溫濕度控制器(控制軟件自行開發(fā))

設備運行方式

定值運行、程序運行

制冷系統(tǒng)

制冷壓縮機

進口全封閉壓縮機

冷卻方式

風冷(水冷選配)

加濕用水

蒸餾水或去離子水

安全保護措施

漏電、短路、超溫、缺水、電機過熱、壓縮機超壓、過載、過流

標準裝置

試品擱板(兩套)、觀察窗、照明燈、電纜孔(Ø50一個)、腳輪

電源

AC380V  50Hz 三相四線+接地線

可靠性是什么?  
關于可靠與不可靠
總能按要求完成工作——可靠!
有時能完成工作,有時不能完成工作——不可靠!
為什么有基本性能,還要評價可靠性?
為什么一批產(chǎn)品基本性能都經(jīng)測試合格,用一段時間后先會壞掉一部分?
為什么同一型號規(guī)格產(chǎn)品,基本性能值更高的,有時反而出現(xiàn)更多的壞品?
......
那是因為基本性能并沒有反映質量的全部,產(chǎn)品還有一個固有屬性—可靠性!
可靠性表示產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定工作的能力。產(chǎn)品基本性能直觀表征靜態(tài)質量合格與否,還不能反映產(chǎn)品質量的全貌、穩(wěn)定性。
產(chǎn)品質量特性包括構成產(chǎn)品質量的一切外在的特征和內在的特性:
電子元件的基本性能指標高,其可靠性不一定高。如果產(chǎn)品可靠性低,即使其初始技術性能再好也得不到發(fā)揮。 例如,陶瓷貼片電容器的介質擊穿電壓較高的產(chǎn)品,很可能在高溫負載加速壽命試驗中失效率較高。 可靠性可以綜合反映產(chǎn)品的質量。電子元件的可靠性是電子設備可靠性的基礎,要提高設備或系統(tǒng)的可靠性必須提高電子元件的可靠性。
可靠性是電子元件重要質量指標,須加以考核和檢驗。
可靠性的科學定義:元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件、規(guī)定時間,完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。
規(guī)定條件工作條件:電壓、電流、功率環(huán)境條件:溫度、濕度、氣壓
同一規(guī)格元器件,工作環(huán)境條件不同,其可靠性不同。工作負荷重、環(huán)境惡劣條件下,產(chǎn)品可靠性下降,損壞概率上升。規(guī)定時間產(chǎn)品可靠性隨使用/存貯時間的延長而降低,*工作時間越長,表示產(chǎn)品可靠性越高。談及可靠性必須有時間長度(或使用次數(shù)),離開時間的可靠性無意義。規(guī)定功能“功能”就是產(chǎn)品的技術指標、技術要求。是正常工作的性能指標。
如何描述可靠性高低水平? 別人問你工廠制造的產(chǎn)品可靠性如何,該怎樣回答? 是的,大家都可以說自家產(chǎn)品可靠性很高,但是多高呢?! 
其實,產(chǎn)品的可靠性是可以量化描述,可靠性量化指標使用的是統(tǒng)計概率意義上的數(shù)據(jù)。 對電子元件描述可靠性高低主要特征量有:可靠度、失概率、壽命。
可靠度Rt)電子元件在規(guī)定條件和規(guī)定時間內,完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度。
r(t):工作到t時刻失效數(shù);
N0 : 試驗產(chǎn)品總數(shù);例:投入1000075KΩ的電阻器,以天為計量單位,使用一年后(365天)時,發(fā)現(xiàn)3只電阻器壞了,則一年的可靠度 :R(365)=(10000-3)/10000=0.9997失效率λ(t)產(chǎn)品在t時刻后的單位時間內發(fā)生失效的概率。Ntt時刻性能正常產(chǎn)品數(shù); 
 t:監(jiān)測的時間間隔;△r(t):監(jiān)測的時間間隔△t內失效產(chǎn)品數(shù)。 失效率的單位通常有三種表示方法:1/h  , %/1000h , Fit(非特)1Fit=10-9/h,每1000個產(chǎn)品工作1百萬小時之后,只有一個失效。電子元件失效率較低,常以Fit(非特)為單位。 例:投入1000000只貼片電容,使用1000小時后,發(fā)現(xiàn)3只電容器壞了,則失效率為:λ(t)=3/(1000000*1000)=3*10-9/h=3Fit 命平均壽命MTTF產(chǎn)品使用時失效時間的平均值,對電子元件因其壽命服從指數(shù)分布,所以MTTF=1/λ。
儲存壽命對某些電子元件,如液態(tài)電解電容器,即使在不工作的狀態(tài)下,其功能和可靠性也會隨時間的延長而下降,因此對這類產(chǎn)品儲存壽命是一個重要的指標。
 電子元件的失效服從指數(shù)分布,失效率為常數(shù),可靠度與失效率的關系為:R(t)=e-λ(t)我國有可靠性指標電子元件按失效率大小分七級:
級別符號大失效率(1/h1/10次)亞五級Y310-5  W110-5  L110-6  Q110-7  B110-8  J110-9  S110-10
注:當工作壽命按次數(shù)計算時,單位為1/10, %/1000, 1Fit 電子元件失效率試驗所確定的失效率是基本失效率,是在產(chǎn)品技術標準條件下的失效率,不是產(chǎn)品實際使用條件下的失效率。
電子元件失效規(guī)律              大量的使用和試驗表明,電子產(chǎn)品失效與時間曲線的特征是兩端高、中間低,呈浴盤狀,如圖,通常稱為浴盤曲線。
早期失效
產(chǎn)品使用初期,失效率較高,并迅速下降。對電子元件這一階段的失效主要是設計不當、材料缺陷、制造缺陷和安裝不當引起的。在工作應力的作用很快會暴露出來。
偶然失效
產(chǎn)品使用一段時間后,失效率會降到一個較低的水平,基本處于平穩(wěn)的狀態(tài),失效主要由偶然因素所造成。偶然失效期是產(chǎn)品主要工作的時期。
耗損失效
產(chǎn)品使用相當長的時間后,失效率迅速上升,這是產(chǎn)品老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等原因所引起的,是產(chǎn)品的壽命“終了”,稱為耗損失效期。
對于實際電子產(chǎn)品,不一定都必須出現(xiàn)上述三個階段。高質量等級產(chǎn)品的失效率曲線在其壽命期基本上是一條平穩(wěn)的直線,而低劣產(chǎn)品可能存在大量的早期失效或很快進入耗損失效期。
如產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工藝不合理,只出現(xiàn)早期失效期和耗損失效期,這是產(chǎn)品質量過于低劣。
提高系統(tǒng)(或產(chǎn)品或元器件)在整個壽命周期內可靠性的一門有關設計、分析、試驗的工程技術??煽啃栽囼炇强煽啃怨こ痰闹匾M成部分。
可靠性試驗                    
為了評價分析電子產(chǎn)品可靠性而進行的試驗稱為可靠性試驗??煽啃栽囼灴梢詼y算產(chǎn)品可靠性指標,分析產(chǎn)品的失效原因。
可靠性試驗與例行測量測試的區(qū)別: 
例行測量:用儀器直接測量,判定性能參數(shù)是否滿足出廠指標。
可靠性試驗:用統(tǒng)計方法作定量分析,得出可靠性指標,不能直接測讀出來。
可靠性試驗時,對受試樣品施加一定的應力,并監(jiān)測應力作用下的樣品性能的變化,判斷產(chǎn)品是否失效。 
[應力]對產(chǎn)品的功能有影響和各種因素,包括電壓、電流、機械力和環(huán)境等。
可靠性試驗分類:
按試驗地點和試驗方式分:
    現(xiàn)場試驗:工作現(xiàn)場測量
    模擬試驗:模擬實際工作狀態(tài)的試驗
    實驗室進行的試驗多屬模擬試驗。
 按試驗項目分類:
通常慣用的分類法,是把它歸納為四大類:
A. 環(huán)境試驗
B. 壽命試驗
C. 特殊試驗
D. 現(xiàn)場使用試驗

環(huán)境試驗
測試產(chǎn)品對環(huán)境條件的適應能力,環(huán)境條件主要包括以下:
氣候條件:溫度、濕度、氣壓、潮熱、鹽霧
機械條件:振動、沖擊、離心
輻射條件:電場、磁場、電磁場、各種射線
生物條件:霉菌
電氣條件:雷擊、電暈放電
人為因素:運輸、使用、維護
電子產(chǎn)品依據(jù)工作環(huán)境,選擇顯著影響可靠性項目條件(單一或組合)進行環(huán)境試驗。
對電子元件常用的環(huán)境試驗項目有:
氣候試驗:密封性試驗、溫度循環(huán)試驗、熱沖擊試驗、氣壓試驗、潮熱試驗、鹽霧試驗。
機械試驗:振動、沖擊、離心、碰撞、跌落等
 壽命試驗
為測定電子元件在工作或貯存下壽命的長短所做的試驗。
將一定數(shù)量的產(chǎn)品放在特定的試驗條件下,記錄樣品的失效時間,并進行統(tǒng)計分析,評估可靠性數(shù)量特征。
于大部分電子產(chǎn)品,壽命是主要的一個可靠性特征量。因此,對電子元件,可靠性試驗往往指的就是壽命試驗。
 長期壽命試驗:1000小時以上的試驗時間
長期貯存壽命試驗:元件放在一定條件下(不放加電應力)貯存,以確定貯存壽命和失效率。試驗時間3年左右,有的達10年。失效率低。 
長期工作壽命:產(chǎn)品置于一定的工作條件下進行工作,確定正常使用狀態(tài)下的壽命和失效率。累積失效率40%左右即可進行統(tǒng)計分析可靠性指標。 
加速壽命試驗
長期壽命耗時耗力,通訊衛(wèi)星用元器件工作壽命要求>5年,海底電纜增益晶體管工作壽命要求>20年!為了縮短試驗周期、減少樣品數(shù)量和試驗費用,常常采用加速壽命試驗,在不改變失效機理前提下,提高應力,使元件加速失效,在較短的時間內取得失效率壽命數(shù)據(jù),推算正常狀態(tài)應力條件下的可靠性特征量。
加速應力可以是電氣的、機械的、物理化學的,或它們的綜合。 
一般以高于正常用應力的固定恒定應力進行試驗,本試驗方法簡單,普遍使用。
  特殊試驗
用特殊的設備或儀器進行試驗或檢查。
在可靠性篩選試驗中使用較多,主要用于非破壞試驗和失效樣品分析。
紅外熱譜檢測:檢測電子元件存在的雜質缺陷。這些弱點產(chǎn)生局部過熱,紅外探測可分辯。
現(xiàn)場使用試驗
對模擬試驗正確與否加以證實和檢驗。
  可靠性篩選試驗                                      
采用外加應力將電子元件成品中潛在的早期失效產(chǎn)品剔除,從而分選出具有高可靠性產(chǎn)品的試驗稱為可靠性篩選試驗。
 外加應力可以是熱應力、電應力、機械應力或者幾種應力的組合。 
 普通篩選:剔除低劣品
精密篩選:在普通篩選的基礎上進行二次篩選,剔除參數(shù)漂移大的產(chǎn)品,得到可靠性特別高的產(chǎn)品。
 可靠性篩選試驗方法
根據(jù)篩選性質和應力或工具不同,大致分為:
檢查篩選:目視或顯微鏡檢查篩選
              紅外線、 X射線非破壞檢查篩選
                超聲波非破壞檢查篩選
               測量特性值檢查篩選 
致密性篩選:濕度試驗篩選 
環(huán)境應力篩選:振動加速度、沖擊加速度
溫度循環(huán)、熱沖擊
壽命篩選 :高溫存儲、功率老化
 篩選項目和篩選應力確定的原則
1、必須針對元件的質量、使用環(huán)境、工作狀態(tài)等確定篩選條件。
2、要有大量的可靠性摸底試驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)資料,確定與失效機理相應的篩選項目、應力和時間。
3、篩選方法對無缺陷品應是一種非破壞試驗。
4、篩選參數(shù)據(jù)電子元件種類而不同
 篩選應力大小及篩選時間的確定
應力強度過大過小,時間過長或過短均帶來不好的結果,篩選應力大小和作用時間的選取原則是:
①針對產(chǎn)品的主要失效機理確定;
②所用的應力不破壞良好的產(chǎn)品,快速暴露有缺陷的產(chǎn)品;
③根據(jù)用途、成本、批量大小和設備等條件統(tǒng)一考慮:

④充分調查,收集數(shù)據(jù),掌握產(chǎn)品的失效分布和失效機理,才能確定合理的篩選項目。
具體篩選應力上限和篩選時間,須根據(jù)大量的可靠性摸底試驗數(shù)據(jù)確定。
 篩選方法的評價 
理想的篩選結果是次品數(shù)全部剔除,好品沒被剔除。
 評價方法
篩選淘汰率Q
Q=篩選剔除數(shù)/篩選總數(shù)*100% 
國外高可靠性產(chǎn)品的技術標準中,一般都規(guī)定了篩選淘汰率的上限值,如美國軍用標準中規(guī)定了各種元器件的篩選淘汰率:
紙介電容器5%
云母電容器8%
陶瓷電容器5%
碳膜和金屬膜電阻器為3%
 篩選效率
η=剔除產(chǎn)品失效數(shù)/總失效數(shù)=r/R
比值越大,早期失效產(chǎn)品被剔除得越多,篩選方法越好
 篩選效果
β=(λ-λ')λ*100%
表征篩選前后,失效率下降的相對幅度
 可靠性篩選花費的時間和費用都是很大的,但對于新型電子元件和要求可靠性*的電子元件,可靠性篩選意義重大。特別是空間技術和軍事工業(yè)上用的電子元件均經(jīng)過嚴格科學的流程進行可靠性篩選。

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