电子元器件的选用精选PPT.ppt
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1、电子元器件的选用第1页,此课件共28页哦电子元器件的选用电子元器件的选用 1可靠性与失效可靠性与失效1电子元器件的选用电子元器件的选用3电子元器件失效机理电子元器件失效机理2第2页,此课件共28页哦2.1 2.1 可靠性与失效可靠性与失效可靠性与失效可靠性与失效 可靠性:可靠性:可靠性:可靠性:广义的可靠性广义的可靠性是指产品在其整个寿命周期内完是指产品在其整个寿命周期内完成规定功能的能力,包括狭义的可靠性和维修性。成规定功能的能力,包括狭义的可靠性和维修性。狭义的可靠性狭义的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内,是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。即:在规定的时间
2、内完成规定功能完成规定功能的能力。即:在规定的时间内完成规定功能的可能性或概率,它包括以下的可能性或概率,它包括以下4层含义:层含义:第3页,此课件共28页哦1产品的可靠性是与“规定的条件”分不开的。2产品的可靠性是与“规定的时间”密切相关的。3产品的可靠性是与“规定的功能”密切关系的。4产品的可靠性从数学观点就是表示一种概率。第4页,此课件共28页哦有关失效的基本概念有关失效的基本概念有关失效的基本概念有关失效的基本概念(1 1)失效:)失效:)失效:)失效:产品丧失规定的功能。产品丧失规定的功能。产品丧失规定的功能。产品丧失规定的功能。(2 2)失效机理:)失效机理:)失效机理:)失效机理
3、:引起失效的物理、化学变化的内在原因。引起失效的物理、化学变化的内在原因。引起失效的物理、化学变化的内在原因。引起失效的物理、化学变化的内在原因。(3 3)误用失效:)误用失效:)误用失效:)误用失效:不按规定条件使用的产品引起的失效。不按规定条件使用的产品引起的失效。不按规定条件使用的产品引起的失效。不按规定条件使用的产品引起的失效。(4 4)本质失效:)本质失效:)本质失效:)本质失效:由于产品本身固有弱点而引起的失效。由于产品本身固有弱点而引起的失效。由于产品本身固有弱点而引起的失效。由于产品本身固有弱点而引起的失效。(5 5)完全失效:)完全失效:)完全失效:)完全失效:产品完全丧失规
4、定功能的失效。产品完全丧失规定功能的失效。产品完全丧失规定功能的失效。产品完全丧失规定功能的失效。(6 6)部分失效:)部分失效:)部分失效:)部分失效:产品没有完全丧失规定的功能的失效。产品没有完全丧失规定的功能的失效。产品没有完全丧失规定的功能的失效。产品没有完全丧失规定的功能的失效。(7 7)间隙失效:)间隙失效:)间隙失效:)间隙失效:产品失效后,不经修复而在规定的时间产品失效后,不经修复而在规定的时间产品失效后,不经修复而在规定的时间产品失效后,不经修复而在规定的时间内能自行内能自行内能自行内能自行恢复功能的失效。恢复功能的失效。恢复功能的失效。恢复功能的失效。第5页,此课件共28页
5、哦2.2 2.2 电子元器件失效机理电子元器件失效机理电子元器件失效机理电子元器件失效机理 电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的,电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的,与原材料、设计、制造、使用密切相关。与原材料、设计、制造、使用密切相关。电子元器件的种类很多,相应的失效模式和机理也很多。电子元器件的种类很多,相应的失效模式和机理也很多。失效模式失效模式失效模式失效模式是指失效的外在直观表现形式和过程规律,通常指测试或观察到的失效是指失效的外在直观表现形式和过程规律,通常指测试或观察到的失效现象、失效形式,如开路、短路、参
6、数漂移、功能失效等。现象、失效形式,如开路、短路、参数漂移、功能失效等。失效机理失效机理失效机理失效机理是指失效的物理、化学变化过程,微观过程可以追溯到原子、分是指失效的物理、化学变化过程,微观过程可以追溯到原子、分子尺度和结构的变化,但与此相对的是它迟早也要表现出的一系列宏观性能、子尺度和结构的变化,但与此相对的是它迟早也要表现出的一系列宏观性能、性质变化,如疲劳、腐蚀和过应力等。性质变化,如疲劳、腐蚀和过应力等。第6页,此课件共28页哦从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息从现场失效和试验失效中去收集尽
7、可能多的信息(包括失效包括失效包括失效包括失效形态、失效表现现象及失效结果等形态、失效表现现象及失效结果等形态、失效表现现象及失效结果等形态、失效表现现象及失效结果等)进行归纳和总结电子元器进行归纳和总结电子元器进行归纳和总结电子元器进行归纳和总结电子元器件的失效模式,分析和验证失效机理,并针对失效模式和失效件的失效模式,分析和验证失效机理,并针对失效模式和失效件的失效模式,分析和验证失效机理,并针对失效模式和失效件的失效模式,分析和验证失效机理,并针对失效模式和失效机理采取有效措施,是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。机理采取有效措施,是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。机理采取有效措施
8、,是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。机理采取有效措施,是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。下面介绍电子元器件失效规律第7页,此课件共28页哦1 1 集成电路失效模式和机理介绍集成电路失效模式和机理介绍集成电路的主要失效模式有功能失效、参数漂移、短路、开路等。集成电路集成电路的主要失效模式有功能失效、参数漂移、短路、开路等。集成电路失效模式统计分布见图失效模式统计分布见图1图图1集成电路失效模式分布集成电路失效模式分布第8页,此课件共28页哦集成电路的主要失效机理有:集成电路的主要失效机理有:集成电路的主要失效机理有:集成电路的主要失效机理有:1 1)过电应力(过电应力(过电应力(过电应力
9、(EOSEOS):是指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其允许:是指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其允许的最大范围。的最大范围。2 2)静电损伤静电损伤静电损伤静电损伤(ESD)(ESD):微电子器件在加工生产、组装、贮存以及运输过程中,微电子器件在加工生产、组装、贮存以及运输过程中,可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触,所带静电经过器件引可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触,所带静电经过器件引脚放电到地,使器件受到损伤或失效脚放电到地,使器件受到损伤或失效3 3)闩锁效应(闩锁效应(闩锁效应(闩锁效应(latch-uplatch-up):集成电路由于过电应力触发内部寄
10、生晶体管结构而呈:集成电路由于过电应力触发内部寄生晶体管结构而呈现的一种低阻状态,这种低阻状态在触发条件去除或终止后仍会存在。现的一种低阻状态,这种低阻状态在触发条件去除或终止后仍会存在。4 4)电迁移(电迁移(电迁移(电迁移(EMEM):当器件工作时,金属互连线内有一定的电流通过,:当器件工作时,金属互连线内有一定的电流通过,金属离子会沿导体产生质量的运输,其结果会使导体的某些部位出现金属离子会沿导体产生质量的运输,其结果会使导体的某些部位出现空洞。空洞。第9页,此课件共28页哦5 5)栅氧击穿栅氧击穿栅氧击穿栅氧击穿:在:在MOS器件及其集成电路中,栅氧化层缺陷会导致栅氧漏电,器件及其集成
11、电路中,栅氧化层缺陷会导致栅氧漏电,漏电增加到一定程度即构成击穿。漏电增加到一定程度即构成击穿。6 6)与时间有关的介质击穿(与时间有关的介质击穿(与时间有关的介质击穿(与时间有关的介质击穿(TDDBTDDB):施加的电场低于栅氧的本征击穿强度,:施加的电场低于栅氧的本征击穿强度,但经历一定的时间后仍发生击穿的现象。但经历一定的时间后仍发生击穿的现象。7 7)金铝键合失效金铝键合失效金铝键合失效金铝键合失效:由于金:由于金-铝之间的化学势不同,经长期使用或铝之间的化学势不同,经长期使用或200以上的高温以上的高温存储后,会产生多种金属间化合物,如紫斑、白斑等。使铝层变薄、粘附性下降、存储后,会
12、产生多种金属间化合物,如紫斑、白斑等。使铝层变薄、粘附性下降、接触电阻增加,最后导致开路。接触电阻增加,最后导致开路。8 8)“爆米花效应爆米花效应爆米花效应爆米花效应”:塑封元器件塑封材料内的水汽在高温下受热发生膨胀,使塑塑封元器件塑封材料内的水汽在高温下受热发生膨胀,使塑封料与金属框架和芯片间发生分层效应,拉断键合丝,从而发生开路失效。封料与金属框架和芯片间发生分层效应,拉断键合丝,从而发生开路失效。第10页,此课件共28页哦2 2 分立器件失效模式和机理介绍分立器件失效模式和机理介绍分立器件失效模式主要有短路、开路、参数漂移、壳体破碎等。分立器件失效模式统计分立器件失效模式主要有短路、开
13、路、参数漂移、壳体破碎等。分立器件失效模式统计分布见图分布见图2。图图2分立器件失效模式分布分立器件失效模式分布第11页,此课件共28页哦分立元件的主要失效机理有:分立元件的主要失效机理有:分立元件的主要失效机理有:分立元件的主要失效机理有:1)过电应力(过电应力(过电应力(过电应力(EOSEOS)。2)机械应力和热变应力机械应力和热变应力机械应力和热变应力机械应力和热变应力:元器件在生产、运输、安装和焊接等过程中受到外来的:元器件在生产、运输、安装和焊接等过程中受到外来的机械和热应力的作用而失效。机械和热应力的作用而失效。3)二次击穿二次击穿二次击穿二次击穿:器件被偏置在某一特殊的工作点时,
14、电压突然跌落,电流突然上升:器件被偏置在某一特殊的工作点时,电压突然跌落,电流突然上升的物理现象。这时若无限流装置及其他保护措施,元器件将被烧毁。的物理现象。这时若无限流装置及其他保护措施,元器件将被烧毁。4)热击穿热击穿热击穿热击穿:功率器件芯片与底座粘接或烧结不良,会存在众多大小不等的空洞,:功率器件芯片与底座粘接或烧结不良,会存在众多大小不等的空洞,导致器件工作时产生的热量不能充分往外传导,形成局部热点而发生击穿的现导致器件工作时产生的热量不能充分往外传导,形成局部热点而发生击穿的现象。象。5)栅氧击穿栅氧击穿栅氧击穿栅氧击穿。6)金铝键合失效金铝键合失效金铝键合失效金铝键合失效。第12
15、页,此课件共28页哦3 3 阻容感元件失效模式和机理介绍阻容感元件失效模式和机理介绍阻容感元件的失效模式主要有参数漂移、短路、壳体破碎、外观不合格等。阻容感元件阻容感元件的失效模式主要有参数漂移、短路、壳体破碎、外观不合格等。阻容感元件失效模式统计分布见图失效模式统计分布见图3。图图3阻容感元件失效模式分布阻容感元件失效模式分布第13页,此课件共28页哦阻容感元件的主要失效机理有:阻容感元件的主要失效机理有:阻容感元件的主要失效机理有:阻容感元件的主要失效机理有:1 1)过电应力(过电应力(过电应力(过电应力(EOSEOS)。2 2)机械应力和热变应力机械应力和热变应力机械应力和热变应力机械应
16、力和热变应力。3 3)腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀:金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏叫做腐蚀,它会:金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏叫做腐蚀,它会:金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏叫做腐蚀,它会:金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏叫做腐蚀,它会导致元器件的电性能恶化。导致元器件的电性能恶化。导致元器件的电性能恶化。导致元器件的电性能恶化。4 4)银迁移银迁移银迁移银迁移:电子元器件在存储和使用中,由于存在湿气、水分,导致其中相:电子元器件在存储和使用中,由于存在湿气、水分,导致其中相:电子元器件在存储和使用中,由于存在湿气、水分,导致其中相:电
17、子元器件在存储和使用中,由于存在湿气、水分,导致其中相对活泼的金属银离子发生电化学迁移,从而出现短路、开路及绝缘性能变坏等失对活泼的金属银离子发生电化学迁移,从而出现短路、开路及绝缘性能变坏等失对活泼的金属银离子发生电化学迁移,从而出现短路、开路及绝缘性能变坏等失对活泼的金属银离子发生电化学迁移,从而出现短路、开路及绝缘性能变坏等失效。效。效。效。第14页,此课件共28页哦4 4 其他元件失效模式和机理介绍其他元件失效模式和机理介绍除了以上常见的电子元器件以外,还有很多其它电子元器件,如连除了以上常见的电子元器件以外,还有很多其它电子元器件,如连除了以上常见的电子元器件以外,还有很多其它电子元
18、器件,如连除了以上常见的电子元器件以外,还有很多其它电子元器件,如连接器、继电器、半导体激光器、传感器、霍尔器件等。这些元器件失接器、继电器、半导体激光器、传感器、霍尔器件等。这些元器件失接器、继电器、半导体激光器、传感器、霍尔器件等。这些元器件失接器、继电器、半导体激光器、传感器、霍尔器件等。这些元器件失效主要是由于工艺过程控制不严,在生产过程中产生了缺陷或引入污效主要是由于工艺过程控制不严,在生产过程中产生了缺陷或引入污效主要是由于工艺过程控制不严,在生产过程中产生了缺陷或引入污效主要是由于工艺过程控制不严,在生产过程中产生了缺陷或引入污染源(水汽、沾污)等。其主要失效模式主要表现为参数漂
19、移和功能染源(水汽、沾污)等。其主要失效模式主要表现为参数漂移和功能染源(水汽、沾污)等。其主要失效模式主要表现为参数漂移和功能染源(水汽、沾污)等。其主要失效模式主要表现为参数漂移和功能失效。失效。失效。失效。第15页,此课件共28页哦2.3 2.3 电子元器件的选用电子元器件的选用电子元器件的选用电子元器件的选用 在各种电子设备和电子电路中,元器件是组成电路的最小单元,合理的选择和使用元器件在各种电子设备和电子电路中,元器件是组成电路的最小单元,合理的选择和使用元器件将保证和提高电路的工作性能和可靠性。将保证和提高电路的工作性能和可靠性。选用电子元器件应该注意以下原则:选用电子元器件应该注
20、意以下原则:选用电子元器件应该注意以下原则:选用电子元器件应该注意以下原则:1 1)元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足装备的要求;元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足装备的要求;元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足装备的要求;元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足装备的要求;2 2)选用被列入优选手册的元器件或被实践证明产品质量过硬产品选用被列入优选手册的元器件或被实践证明产品质量过硬产品选用被列入优选手册的元器件或被实践证明产品质量过硬产品选用被列入优选手册的元器件或被实践证明产品质量过硬产品;3 3)尽量压缩品种规格,提高同类元器件的复用率;尽量压缩
21、品种规格,提高同类元器件的复用率;尽量压缩品种规格,提高同类元器件的复用率;尽量压缩品种规格,提高同类元器件的复用率;4 4)在满足整机电气性能指标和可靠性要求的前提下,选用廉价的元器在满足整机电气性能指标和可靠性要求的前提下,选用廉价的元器在满足整机电气性能指标和可靠性要求的前提下,选用廉价的元器在满足整机电气性能指标和可靠性要求的前提下,选用廉价的元器 件和库存元器件;件和库存元器件;件和库存元器件;件和库存元器件;5 5)尽量优先选用国标或部标的元器件,再选用厂标的元器件。尽量优先选用国标或部标的元器件,再选用厂标的元器件。尽量优先选用国标或部标的元器件,再选用厂标的元器件。尽量优先选用
22、国标或部标的元器件,再选用厂标的元器件。第16页,此课件共28页哦电子元器件在应用时应重点考虑的问题电子元器件在应用时应重点考虑的问题1 1)降额使用。)降额使用。)降额使用。)降额使用。有意识的降低施加在有意识的降低施加在有意识的降低施加在有意识的降低施加在 元件上的工作应力。元件上的工作应力。元件上的工作应力。元件上的工作应力。2 2)热设计。)热设计。)热设计。)热设计。元器件的布局、安装等过程必须充分考虑到热的因素。元器件的布局、安装等过程必须充分考虑到热的因素。元器件的布局、安装等过程必须充分考虑到热的因素。元器件的布局、安装等过程必须充分考虑到热的因素。3 3)抗辐射问题。)抗辐射
23、问题。)抗辐射问题。)抗辐射问题。元器件通常要受到来自各种射线的损伤,进而使整个电元器件通常要受到来自各种射线的损伤,进而使整个电元器件通常要受到来自各种射线的损伤,进而使整个电元器件通常要受到来自各种射线的损伤,进而使整个电子系统失效。目前国内外已陆续研制了一些抗辐射加固的半导体器件。子系统失效。目前国内外已陆续研制了一些抗辐射加固的半导体器件。子系统失效。目前国内外已陆续研制了一些抗辐射加固的半导体器件。子系统失效。目前国内外已陆续研制了一些抗辐射加固的半导体器件。4 4)防静电损伤。)防静电损伤。)防静电损伤。)防静电损伤。由于设备、材料及操作者的相对运动,均可能因摩擦而由于设备、材料及
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