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技術文章

大功率直流穩壓電源電子元件的可靠性與可靠性

来源:美端电气 ??发布时间:2019-05-08 16:39

大功率直流穩壓電源電子元件的可靠性與可靠性试验可靠性是什么?  

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!
爲什麽有基本性能,還要評價可靠性?
爲什麽一批宅男影院a基本性能都經測試合格,用一段時間後先會壞掉一部分
爲什麽同一型號規格宅男影院a,基本性能值更高的,有時反而出現的壞品?。接地電阻測試儀型号電阻測試儀的种类比较多,包括接地電阻測試儀、绝缘電阻測試儀、接地電阻測試儀、直流电阻测量仪、表面電阻測試儀以及回路電阻測試儀。...
那是因爲基本性能並沒有反映質量的全部,宅男影院a還有一個固有屬性(property)—可靠性!
可靠性表示宅男影院a連續穩定工作的能力。宅男影院a基本性能直觀表征靜態質量(Mass)合格與否,還不能反映宅男影院a質量的全貌、穩定性。
 宅男影院a質(Character)量特性包括構成宅男影院a質量的一切外在的特征和內在的特性:
大功率直流穩壓電源電子元件的基本性能指標高,其可靠性不一定高。如果宅男影院a可靠性低,即使其初始技術性能再好也得不到發揮。
 
例如,陶瓷貼片電容器的介質擊穿電壓較高的宅男影院a,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宅男影院a的質量。大功率直流穩壓電源電子元件的可靠性是電子設備可靠性的基礎,要提高設備或系統的可靠性必須提高大功率直流穩壓電源電子元件的可靠性。
 
可靠性是大功率直流穩壓電源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、宅男影院a或系統在規定條件、規定時間,完成規定功能的能力稱爲可靠性。
規定條件
工作條件:電壓(voltage)、電流、功率
環境條件:溫度、濕度、氣壓
 
同一規格元器件,工作環境條件不同,其可靠性不同。接地電阻測量儀是一種電阻測量裝置,用于電力、郵電、鐵路、通信、礦山等部門測量各種裝置的接地電阻以及測量低電阻的導體電阻值;還可以測量土壤電阻率及地電壓。工作負荷重、環境惡劣條件下,宅男影院a可靠性下降(descend),損壞概率(probability)上升。
規定時間
宅男影院a可靠性隨使用/存貯時間的延長而降低,無故障工作時間越長,表示宅男影院a可靠性越高。
談及可靠性必須有時間長度(或使用次數),離開時間的可靠性無意義。
規定功能
“功能”就是宅男影院a的技术指标、技术要求。是正常工作的性能(xìng néng)指标。
如何描述可靠性高低水平?
 
別人問你工廠制造的宅男影院a可靠性如何,該怎樣回答?
 
的,大家都可以說自家宅男影院a可靠性很高,但是多高呢?!
 
其實,宅男影院a的可靠性是可以量化描述,可靠性量化指標使用的是統計概率意義上的數據。 
對大功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)直流穩壓電源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R(t)
大功率直流稳压电源电子元件在規定條件和規定時間内,完成規定功能的概率(probability)称为可靠度。
r(t):工作到t時刻失效數;
N0 : 试验宅男影院a总数;
例:投入10000只75KΩ的电阻器,以天为计量单位,使用(use)一年后(365天)时,发现3只电阻器坏了,则一年的可靠度 :
R(365)=(10000-3)/10000=0.9997
失效率λ(t)
宅男影院a在t時刻後的單位時間內發生失效的概率。
Nt:t时刻性能(xìng néng)正常宅男影院a数; 
△ t:监测的时间间隔;
△r(t):監測的時間間隔△t內失效宅男影院a數。
 
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個宅男影院a工作1百萬小時之後,只有一個失效。大功率直流穩壓電源電子元件失效率較低,常以Fit(非特)爲單位。 
例:投入1000000只貼片電容,使用1000小時後,發現3只電容器壞了,則失效率爲:
λ(t)=3/(1000000*1000)=3*10-9/h=3Fit
 
寿 命
平均壽命(lifetime)MTTF
宅男影院a使用時失效時間的平均值,對大功率直流穩壓電源電子元件因其壽命服從指數分布,所以MTTF=1/λ。
 
儲存壽命
对某些大功率直流稳压电源电子元件,如液态电解电容器,即使在不工作的状态下,其功能和可靠性也会随时间的增加而下降,因此对这类宅男影院a儲存壽命(lifetime)是一个重要的指标。
 
大功率直流穩壓電源電子元件的失效服從指數分布,失效率爲常數,可靠度與失效率的關系爲:
R(t)=e-λ(t)
我國有可靠性指標大功率直流穩壓電源電子元件按失效率大小分七級:
級別
符號
最大失效率
(1/h或1/10次)
亞五級
Y
3╳10-5
五  级
W
1╳10-5
六  级
L
1╳10-6
七  级
Q
1╳10-7
八  级
B
1╳10-8
九  级
J
1╳10-9
十  级
S
1╳10-10
 注:当工作寿命按次数计算时,单位为1/10次, %/1000次, 1Fit
 
大功率直流稳压电源电子元件失效率试验所确定的失效率是基本失效率,是在宅男影院a技术标准条件(tiáo jiàn)下的失效率,不是宅男影院a实际使用条件下的失效率。
大功率直流稳压电源电子元件失效规律              
大量的使用和試驗表明,電子宅男影院a失效與時間曲線的特征是兩端高、中間低,呈浴盤狀,如圖,通常稱爲浴盤曲線。

早期失效
宅男影院a使用初期,失效率較高,並迅速下降。對大功率直流穩壓電源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
宅男影院a使用一段時間後,失效率會降到一個較低的水平,基本處于平穩的狀態,失效主要由偶然因素所造成。偶然失效期是宅男影院a主要工作的時期。
 
耗損失效
宅男影院a使用相当长的时间后,失效率迅速上升,这是宅男影院a老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等原因所引起的,是宅男影院a的寿命“终了”,称为耗損失效期。
对于实际电子宅男影院a,不一定都必须出现上述三个阶段。高质量等级宅男影院a的失效率曲线在其寿命期基本上是一条平稳的直线,而低劣宅男影院a可能存在大量的早期失效或很快进入耗損失效期。

如宅男影院a设计、宅男影院a工艺不合理,只出现早期失效期和耗損失效期,这是宅男影院a质量过于低劣。

提高系統(或宅男影院a或元器件)在整個壽命周期內可靠性的一門有關設計(Design)、分析、試驗的工程技術。可靠性試驗是可靠性工程的重要組成部分。
可靠性试验                    
爲了評價分析電子宅男影院a可靠性而進行的試驗稱爲可靠性試驗。可靠性試驗可以測算宅男影院a可靠性指標,分析宅男影院a的失效原因。
 
可靠性試驗與例行測量測試的區別: 
例行測量:用儀器直接測量,判定性能參數是否滿足出廠指標。
可靠性試驗:用統計方法作定量分析,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,並監測應力作用下的樣品性能的變化,判斷宅男影院a是否失效。 
[應力]對宅男影院a的功能有影響和各種因素,包括電壓、電流、機械力和環境等。
可靠性試驗分類:
按試驗地點和試驗方式分:
    现场试验:工作现场测量
    模拟试验:模拟实际工作状态的试验
    实验室进行的试验多属模拟试验。
 
按試驗項目分類:
通常慣用的分類(Classification)法,是把它歸納爲四大類:
A. 環境試驗
B. 壽命試驗
C. 特殊試驗
D. 現場使用試驗
 
環境試驗
測試宅男影院a對環境條件的適應能力,環境條件主要包括以下:
气候条件(tiáo jiàn):温度、湿度、气压、潮热、盐雾
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:黴菌
电气条件(tiáo jiàn):雷击、电晕放电
人爲因素:運輸、使用(use)、維護
 
电子宅男影院a依据工作环境,选择显著影响可靠性项目条件(单一或组合)进行環境試驗。
 
对大功率(High-power)直流稳压电源电子元件常用的環境試驗项目有:
氣候試驗:密封性試驗、溫度循環試驗、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
爲測定大功率直流穩壓電源電子元件在工作或貯存下壽命的長短所做的試驗。
將一定數量的宅男影院a放在特定的試驗條件下,記錄樣品的失效時間,並進行統計分析,評估可靠性數量特征。
 
对于大部分电子宅男影院a,寿命(lifetime)是最主要的一个可靠性特征量。因此,对大功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)直流稳压电源电子元件,可靠性试验往往指的就是壽命試驗。
 
长期壽命試驗:1000小时以上的试验时间
长期贮存壽命試驗:元件放在一定条件下(不放加电应力)贮存,以确定贮存寿命和失效率。试验时间3年左右,有的10年。失效率低。 
长期工作寿命:宅男影院a置于一定的工作条件下进行工作,确定正常使用状态下的寿命和失效率。電阻測試儀是测量物体导电性的一种仪器,電阻測試儀被广泛的应用于电气安全检查与接地工程竣工验等场合。累积失效率40%左右即可进行统计分析可靠性指标。 
加速壽命試驗
长期寿命耗时耗力,通讯卫星用元器件工作寿命要求>5年,海底电缆增益晶体管工作寿命要求>20年!为了缩短试验周期、减少样品数量和试验费用,常常采用加速壽命試驗,在不改变失效机理前提下,提高应力,使元件加速失效,在较短的时间内取得失效率寿命数据,推算正常状态应力条件下的可靠性特征量。
加速應力可以是電氣的、機械(machinery)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:檢測大功率直流穩壓電源電子元件存在的雜質缺陷。這些弱點産生局部過熱,紅外探測可分辯。
 
現場使用試驗
對模擬試驗正確與否加以證實和檢驗。
  
可靠性筛选试验                                      
采用外加應力將大功率直流穩壓電源電子元件成品中潛在的早期失效宅男影院a剔除,從而分選出具有高可靠性宅男影院a的試驗稱爲可靠性篩選試驗。
 
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(precise)篩選:在普通篩選的基礎上進行二次篩選,剔除參數漂移大的宅男影院a,得到可靠性特別高的宅男影院a。
 
可靠性篩選試驗方法
根據篩選性質和應力或工具不同,大致分爲:
檢查篩選:目視或顯微鏡檢查篩選
              红外线、 X射线非破坏检查筛选
                超声波非破坏检查筛选
               测量特性值检查筛选 
致密性篩選:濕度試驗篩選 
環境應力篩選:振動加速度、沖擊加速度
溫度循環、熱沖擊
寿命(lifetime)筛选 :高温存储、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、使用環境、工作狀態等確定篩選條件。
2、要有大量的可靠性摸底試驗數據或現場使用數據資料,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(parameter)據大功率直流穩壓電源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(role)時間的選取原則是:

  ①針對宅男影院a的主要失效機理確定;

  ②所用的應力不破壞良好的宅男影院a,快速暴露有缺陷的宅男影院a;

  ③根據用途、成本、批量大小和設備等條件統一考慮,力求最佳的經濟效果;

  ④充分調查,收集數據,掌握宅男影院a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,須根據大量的可靠性摸底試驗數據確定。
 
篩選方法的評價 
理想的篩選結果是次品數全部剔除,好品沒被剔除。
 
評價方法
篩選淘汰率Q
Q=篩選剔除數/篩選總數*100% 
國外高可靠性宅男影院a(Product)的技術標准中,一般都規定了篩選淘汰率的上限值,如美國軍用標准中規定了各種元器件的篩選淘汰率:
紙介電容器5%
雲母電容器8%
陶瓷電容器5%
碳膜和金屬膜電阻器爲3%
 
篩選效率
η=剔除宅男影院a失效數/總失效數=r/R
比值越大,早期失效宅男影院a被剔除得越多,篩選方法越好
 
篩選效果
β=(λ-λ')\ λ*100%
表征篩選前後,失效率下降的相對幅度
 
可靠性筛选花费的时间和费用都是很大的,但对于新型大功率直流稳压电源(power supply)电子元件和要求可靠性极高的大功率直流稳压电源电子元件,可靠性筛选意义重大。特别是空间技术和军事工业上用的大功率直流稳压电源电子元件均经过严格科学的流程进行可靠性筛选。